基于云計算的計算機實驗室建設模型研究

摘要：云計算是一種在網絡上共享資源的新型服務模式，是網絡領域研究中的熱點。借鑒云計算的服務層次，提出基于云計算的高校計算機實驗室建設模型，對該模型的基礎設施層、云管理層和云客戶端進行描述，分析了建設基于云計算的高校計算機實驗室的優點，該模型可為高校實驗室建設提供參考。

關鍵詞：云計算；虛擬資源；實驗室建設

中圖分類號：TP393.02 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163(2011)04-0072-03

0 引言

云計算是一個完全由第三方提供計算資源的新的計算理念，已經成為當前研究的一大熱點。不同于個人終端式計算和企業集中式計算，云計算由大量計算機群組成，動態地分配資源，實時監控資源的部署和分配情況，提供可托管的應用程序環境。在戴爾申請云計算商標的文件中稱：云計算是在數據中心和巨型規模的計算環境中，為他人提供計算硬件定制制造。云計算的出現為高校實驗室建設提出新的建設方案。目前許多高校計算機實驗室硬件設備落后，配置較低，手工安裝軟件過程繁瑣，學生個人研究資料保密性差，存儲設備的使用給實驗室帶來很多不安全因素。而云計算能利用虛擬化技術構建虛擬化資源池，快速部署云端的資源以獲取服務，動態組織異構資源，構建不同的應用環境，將存儲空間等資源共享，杜絕資源的浪費，達到效益最大化。所以云計算的使用為解決實驗室問題提供可能。本文討論如何基于云計算的平臺，構建高校實驗室建設模型。

1 云計算及云計算的服務層次

1.1云計算的概念

云計算(cloud computing)是一種基于因特網的超級計算模式。廣義的云計算是指服務的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務。狹義的云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源(硬件、平臺、軟件)。提供軟件資源的網絡被稱為“云”。存在于互聯網的服務器集群上的資源，包括服務器、存儲器、CPU等硬件資源和應用軟件、集成開發環境等軟件資源。這些資源可以按使用者的需求隨時獲取，隨時擴展，并按使用情況付費。

1.2云計算的服務層次

云計算的目的是按需提供服務，其基礎構造是不可見的，虛擬的，可以安裝在網絡的任何位置。根據提供的服務層次，云計算中的服務可以分為軟件即服務(software as aerrJoe，SaaS)、平臺即服務(plafform as a service，PaaS)和基礎設施即服務(infrastructure a service，IaaS)3個層次，如圖1所示。

(1)軟件即服務(saaS)

SaaS提供一種應用框架。SaaS服務提供商將應用軟件統一部署在自己的服務器上，由服務提供商維護和管理軟件，并提供軟件運行的硬件設施。用戶根據個人需求訪問所需要的軟件，服務提供商根據客戶所訂軟件的數量、時間的長短等因素收費。用戶只需要支出一定的租賃服務費用，不再需要花費大量資金投資在硬件、軟件、維護人員培訓上。

(2)平臺即服務(PaaS)

PaaS提供一個集成環境。廠商提供開發環境、服務器平臺、硬件資源等服務給客戶，并給用戶提供研發的中間件平臺，同時還提供應用程序開發、數據庫、應用服務器、試驗、托管及應用服務。用戶只需在廠商提供平臺的基礎上開發自己的應用程序，并通過其服務器和互聯網傳遞給其他客戶。開發人員是這個云平臺的直接用戶，借助云平臺提供的高層次集成環境，對用戶需求的應用進行測試和配置。

(3)基礎設施即服務(haS)

laaS把廠商的、由多臺服務器組成的“云端”基礎設施作為計量服務提供給客戶，即提供了一個軟件應用環境，包括提供用戶需要的計算資源、存儲資源、通信資源等。Iaas將計算能力、內存、I／0設備等整合成一個虛擬的資源池，為用戶提供所需要的存儲資源和虛擬化服務器等服務。這些基礎設施的規模可以根據資源的需求情況動態分配，更精準地為用戶提供服務。

2 基于云計算的高校計算機實驗室建設模型

云計算的最終目的是向用戶提供方便、快捷、易于獲取的服務。基于云計算3種服務層次的劃分，并結合高校計算機實驗的特點，構建了基于云計算的高校計算機實驗室建設模型，如圖2所示。

2.1基礎設施層

(1)物理資源層

物理資源層主要指實實在在的物理機、存儲器、通信線路等物理意義上的資源。這些資源通過網絡聯接，實現資源共享。云計算系統中資源共享包括計算資源，存儲資源和網絡資源的共享等。在高校計算機實驗室建設中可以是Pc機、服務器、工作站、交換機、存儲設備等，這里主要使用的是高校局域網內部的設備，既可以是一個高校的設備，也可以是多個高校的設備，這些物理設備共同構成“云”。

(2)虛擬資源池

虛擬資源池是通過不同的技術將相同類型的資源構成同構或近似同構的虛擬資源池；可以屏蔽掉物理資源的復雜性，實現從物理資源向邏輯資源的轉化。把物理資源整合成與位置和實物無關的方式進行調用，可提高資源的利用率，并降低維護管理的復雜度。比如：在兩臺服務器上分別利用虛擬軟件虛擬出10臺虛擬機，動態分配虛擬的CPU、內存、硬盤、I／0設備及網絡資源，并分別在這些虛擬機上安裝不同的操作系統及配置相應的應用程序，從而建立出來20臺服務器建成的虛擬資源池的云計算環境。

2.2云管理層

云管理層的功能主要包括：云資源管理、云數據管理、云安全管理和用戶管理。

資源管理平臺建設中間件主要對虛擬資源層的各種虛擬資源進行管理，包括增加、刪除、修改、維護等，并對眾多的資源建設管理進行負載均衡優化和調度，從而為上層應用提供安全的服務。云數據管理主要對用戶及云平臺上的數據進行保管和維護，保證用戶實驗數據、軟件數據等資料的安全性。安全管理包括網絡的安全管理、數據的安全管理、訪問的安全管理及用戶的身份確認和訪問控制權限等。

2.3云客戶端

云客戶端主要通過應用技術將云計算能力封裝成標準的Web Service服務，使任何一個用戶按自己的需求對SaaS平臺進行個性化配置而不影響其他用戶的使用。云客戶端為用戶和云計算應用提供統一的接口規范。在高校計算機實驗室建設模型中所說的云客戶端主要是使用瀏覽器和應用程序接口，因而使用云客戶端就可以快速便捷地訪問云中的資源。云客戶端通常安裝在實驗室的終端計算機中，對計算機的硬件要求不高，這樣各高校可以不用投入很大資金到本地的終端上去，就可以使用云計算平臺的大量的信息資源，從而使用遠超過終端性能上限的高強度計算工作和存儲能力。

3 建設基于云計算的高校計算機實驗室的優點

3.1投入低，效益高

學校不用投入大量的資金用于配置大型機和購買昂貴的高性能設備，也不需要花費資金來更換陳舊設備，只需一臺Pc機做為終端就可以登錄到云系統中直接使用其高性能的資源，因此學校實驗窒只需配置一般的計算機做為終端，通過虛擬化、自動化等云計算關鍵技術，智能、動態地調配各種資源，如計算、存儲、帶寬、硬件、軟件等。學生上課時需要的大型程序不需要安裝在本地機器上，使用時只需借助云客戶端就可以使用安裝在云中的應用程序，突破對實驗室機器性能的限制，可以讓學校的實驗室在可控的成本范圍內獲得最佳的性能和巨大的存儲空間。

3 網絡攻擊。

3.3用戶使用方便

學生在實驗室沒有完成的作業存入“云”中，可以在任何地方通過瀏覽器在“云”的另一端打開繼續進行，可以和相關人員隨時分享信息，不用擔心機器上是否安裝了應用軟件，或擔心不是最新的版本。云計算可以輕松實現不同，設備間的數據與應用共享，實現云計算中“一切皆服務”的理念。

3.4充分利用資源共享

通過云計算技術，建設基于云計算的高校計算機實驗室，將各個高校的資源構筑成一個可以充分利用的資源池，這樣各個高校也可以改善資源分布不均的現狀，大幅提高各個高校資源的利用率。

4 結束語

云計算做為一種新型服務模式，為整個計算機應用帶來新的變革。建設基于云計算的高校計算機實驗室模式，輕松實現不同設備間的數據共享，為用戶提供無限的存儲空間和計算性能，并保證數據的安全、可靠。云計算應與實驗室建設結合起來，有效整合高校教學資源，提高資源的利用率，從而為高校實驗室建設提供參考，也進一步拓展了云計算的應用領域。2數據存儲安全，可靠

學校的實驗室一般都是流動使用的，學生存儲在本地機器上的作業、研究數據成果等難免被公用機器的其他人員瀏覽或刪除。而云計算提供最安全、可靠的數據存儲中心，不僅能夠確保數據的隱私性，而且確保數據不會受到破壞。用戶不必擔心自己的數據丟失或病毒入侵等，因為在“云”里有最專業的團隊在管理信息，有先進的數據中心負責保存數據，有專業的計算機維護人員在管理與維護硬件以及升級軟件，還有專門的殺毒軟件可防范病毒的攻擊和網絡攻擊。

3.3用戶使用方便

學生在實驗室沒有完成的作業存入“云”中，可以在任何地方通過瀏覽器在“云”的另一端打開繼續進行，可以和相關人員隨時分享信息，不用擔心機器上是否安裝了應用軟件，或擔心不是最新的版本。云計算可以輕松實現不同，設備間的數據與應用共享，實現云計算中“一切皆服務”的理念。

3.4充分利用資源共享

通過云計算技術，建設基于云計算的高校計算機實驗室，將各個高校的資源構筑成一個可以充分利用的資源池，這樣各個高校也可以改善資源分布不均的現狀，大幅提高各個高校資源的利用率。

4 結束語

云計算做為一種新型服務模式，為整個計算機應用帶來新的變革。建設基于云計算的高校計算機實驗室模式，輕松實現不同設備間的數據共享，為用戶提供無限的存儲空間和計算性能，并保證數據的安全、可靠。云計算應與實驗室建設結合起來，有效整合高校教學資源，提高資源的利用率，從而為高校實驗室建設提供參考，也進一步拓展了云計算的應用領域。