基于云計算的高校計算機實驗室建設(shè)探析

任云鳳

（山東萬杰醫(yī)學(xué)院，255213）

0 引言

高校中計算機實驗教學(xué)采用傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，通常有自己固定的機房，擁有獨立的人員配置，獨立的軟硬件設(shè)備。在這種模式中，因?qū)I(yè)的不同而設(shè)置的課程也會有所更新，因此所學(xué)課程的軟件也需不斷更新升級[1]，無形中增加了實驗室人員的工作負擔；另外，還會造成設(shè)備、人員的冗余，帶來一定的經(jīng)濟浪費。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，作為一種新型的服務(wù)模式云計算技術(shù)在不斷的走向成熟。不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享通過基于云計算的高校計算機實驗室輕而易舉就實現(xiàn)了，給用戶提供了無限的計算能力和存儲空間，并對數(shù)據(jù)的可靠、安全提供了保證。

1 系統(tǒng)建設(shè)

云計算可以看做是動態(tài)的概念，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，在公開的服務(wù)和標準的基礎(chǔ)上，提供快捷安全的網(wǎng)絡(luò)計算和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。在設(shè)計一層次式結(jié)構(gòu)的云計算系統(tǒng)中，需要結(jié)合高校計算機實驗的特點來進行，云計算平臺基本架構(gòu)如下：

1.1 云客戶端

云客戶端提供規(guī)范統(tǒng)一的接口給云計算機用戶，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是其中最常見的，例如：IE、Avant Browser、Mozilla Firefox、Netscape Navigator[2]等，在部分應(yīng)用程序入口也可以被使用。計算機用戶可以通過云客戶端對云中的資源進行很便捷的訪問。在這一系統(tǒng)中，各個實驗室終端計算機上都安裝有云客戶端，對于系統(tǒng)的硬件云客戶端要求不高，建立本地高性能的終端機器的時候不需要投入很大資金就能實現(xiàn)海量資源的訪問，從而進行高強度計算和大存儲容量工作。計算機實驗室中需要運行autodesk 3Ds Max、Maya 等時，通過云客戶端學(xué)生就可以使用這些程序，這就突破了機器性能受軟件的限制性。

1.2 云管理層

在這一層中包括云數(shù)據(jù)管理、云平臺安全管理、負載均衡管理、云資源管理，他們的具體作用如下表：

1.3 虛擬資源層

虛擬化的資源池是云計算的核心。虛擬化技術(shù)能夠把物理資源轉(zhuǎn)化為邏輯資源，物理資源的復(fù)雜性被屏蔽掉，把簡單的邏輯形態(tài)呈現(xiàn)在客戶端。在調(diào)用已整合的資源采用無關(guān)物理位置的方式，資源利用率提高、維護管理的復(fù)雜度降低，這就是資源虛擬化的過程。通過以下方向進行物理資源向虛擬資源的映射：用一個向量來表示加入云中的資源Ri：

Ri=（CPU，Memory，Disk），資源Ri的CPU的速度、磁盤大小和內(nèi)存大小有上述三個參數(shù)表示。假設(shè)在虛擬資源池中Uni.tCpu、Unit Disk、Unit Memory 是一個可調(diào)度資源的最小單位[3]，映射成虛擬資源的資源Ri的個數(shù)為：

當在云中加入資源Ri時，在資源池中對應(yīng)的各種虛擬資源總數(shù)更新后為：

1.4 物理資源層

在該層中主要包括物理計算機，可以是工作站、服務(wù)器、PC機等，另外數(shù)據(jù)存儲設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等也包括在其中，通過網(wǎng)絡(luò)來連通全部設(shè)備。

2 分析系統(tǒng)性能

2.1 大范圍的資源共享可以得到實現(xiàn)，分布不均、資源不足的問題得到了很好的解決。各個院系的資源可以通過元計算技術(shù)共同構(gòu)筑一個虛擬資源池，同時資源的利用率得到了很大的提高，大幅度降低了建置成本。

2.2 云服務(wù)器管理高效，易于維護，系統(tǒng)維護和升級方面的工作量大大減少了。因所有教學(xué)軟件在服務(wù)器端安裝配置完成，所有軟硬件升級和維護只需在服務(wù)器端運行，而不需要對客戶終端中的軟件進行逐個更新。云終端軟硬件穩(wěn)定可靠，大大降低了管理者在日常計算機實驗室的維護工作量。

2.3 擁有強大的資源存儲能力，理論上虛擬資源池能夠提供不受限制的存儲空間。巨大數(shù)量的物理資源在實際應(yīng)用中能夠容納海量的數(shù)據(jù)，并且存儲空間的增加可以按照需要來進行，從而使海量信息的存儲得以實現(xiàn)。

2.4 使用此項云計算技術(shù)，既降低了成本的投入，又實現(xiàn)了高運算能力。學(xué)生在進行云系統(tǒng)登錄的時候只需要一臺普通配置的計算機終端即可，云中的高性能資源就可以直接被使用。

3 基于云計算的計算機實驗室的優(yōu)勢及特點

此實驗平臺在web 平臺上進行集中統(tǒng)一管理，對虛擬機提供生命周期管理，如虛擬機的開發(fā)、啟動、遷移、配置、共享、創(chuàng)建等[4]；提供快速的應(yīng)用部署，無論是全新的應(yīng)用部署還是將物理機轉(zhuǎn)換為虛擬機，計算機相關(guān)科研項目、教學(xué)課題及實驗項目的搭建都能夠保證在最短的時間內(nèi)完成；該平臺具有高級特性，如在線遷移、高可用性、負載平衡等，給學(xué)校的科研項目及教學(xué)任務(wù)的高連續(xù)性和可用性提供充分的保障；另外不同規(guī)模的學(xué)校虛擬化需求通過靈活先進的結(jié)構(gòu)都能夠滿足。

3.1 高可用性

此實驗平臺保持其服務(wù)的高可用性，在客戶機中經(jīng)過專門的設(shè)計，從而減少了停工時間，提升了服務(wù)質(zhì)量，且出現(xiàn)錯誤較少，在高校計算機實驗室中得到主要應(yīng)用。當單片虛擬機失效的時候，虛擬機會自動重啟[5]；如果某個物理服務(wù)器在服務(wù)器池中失效了，通過負載均衡的配合，在服務(wù)器上運行的所有虛擬機不需要人工操作都會自動重啟。

3.2 時空穿越的實驗?zāi)Ｊ?/h3>

在此實驗平臺中，只要虛擬化服務(wù)器不停，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在任何時空對虛擬服務(wù)器進行訪問[6]，從而獲取相應(yīng)服務(wù)來完成實驗。

3.3 安全的實驗數(shù)據(jù)

集中在服務(wù)器端的所有存儲和運算，不存放任何數(shù)據(jù)在用戶端，避免了隨意使用移動存儲設(shè)備過程中的病毒侵害。

4 結(jié)束語

通過上述系統(tǒng)建設(shè)、分析系統(tǒng)性能、基于云計算的計算機實驗室的優(yōu)勢及特點，針對這種實驗室的建設(shè)進行了深入探析。由此可知，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，云計算技術(shù)在不斷的走向成熟，不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享通過基于云計算的高校計算機實驗室輕而易舉就實現(xiàn)了，并且它提供無限的計算能力和存儲空間給用戶，并對數(shù)據(jù)的可靠、安全提供了保證。在這一實驗系統(tǒng)中，高校教學(xué)資源得到了有效的整合，資源利用率得到提高，在整個計算機的應(yīng)用中云計算勢必會帶來新的變革。

[1]李功麗，張艷.基于云計算的計算機實驗室建設(shè).河南機電高等專科學(xué)校學(xué)報，2011.5.

[2]吳朱華.云計算核心技術(shù)剖析[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[3]孟慶偉，劉婷.基于云計算的計算機實驗室建設(shè)模型研究.只能計算機應(yīng)用，2011.12.

[4]李莉，廖建偉，歐靈.云計算初探[J].計算機應(yīng)用研究，2010，27（12）：4419-4422.

[5]王祖析，包巨南，基于云計算技術(shù)的高職計算機實驗室建設(shè)探析[J].電子世界，2012，10：4-5

[6]朱娟，云計算在高校計算機實驗室建設(shè)中的應(yīng)用模式初探[J].《科教導(dǎo)刊（上旬刊）》2012-10-05