云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用探索

馮學(xué)軍 黃四青

【摘要】云計(jì)算通過將計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，按照互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作模式將資源切換到所需要的應(yīng)用上，并根據(jù)需求訪問網(wǎng)絡(luò)資源。建設(shè)基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享。云計(jì)算與高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的結(jié)合，有效整合了高校教學(xué)資源，提高了資源的利用率。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算;實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

云計(jì)算是一個(gè)完全由第三方提供計(jì)算資源的新的計(jì)算理念，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。可以將其理解為：云計(jì)算通過將計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上而非本地計(jì)算機(jī)中，按照互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作模式將資源切換到所需要的應(yīng)用上，并根據(jù)需求訪問網(wǎng)絡(luò)資源的共享利用模式。云計(jì)算具有分布式存儲(chǔ)和計(jì)算、高可擴(kuò)展性、高可用性、用戶友好等特點(diǎn)[1]。

在云計(jì)算模式中，數(shù)據(jù)、軟件不再存放在本地計(jì)算機(jī)中，而是通過網(wǎng)絡(luò)訪問云來獲得所需數(shù)據(jù)或軟件服務(wù)。本地計(jì)算機(jī)不再需要硬盤、內(nèi)存、CPU等設(shè)備，只需要終端。

一、高校傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的壓力

目前在我國(guó)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中均存在著這些問題：機(jī)房是以院系為單位建設(shè)的，造成設(shè)備、人員的冗余，機(jī)房使用率不高;由于每學(xué)期開設(shè)的課程都在調(diào)整，相應(yīng)的軟件在不斷地升級(jí)也需要更新，由于早幾年配置的機(jī)器硬件較低，導(dǎo)致上計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)機(jī)器運(yùn)行速度極慢，嚴(yán)重影響上課進(jìn)度，而且不斷地更新軟件給實(shí)驗(yàn)室管理老師增加了巨大的工作量;每隔幾年就要換高端機(jī)型，這要花費(fèi)大量的金錢。這些問題嚴(yán)重制約了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展。如何提高現(xiàn)有計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室資源的利用率，最大限度的利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)是很多人都研究的問題。

近幾年，云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展為解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的升級(jí)改造提供了一種新的方案。

二、基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)構(gòu)成

圖1 云計(jì)算平臺(tái)基本架構(gòu)

（一）物理資源層

物理資源層主要指實(shí)實(shí)在在的物理計(jì)算機(jī)，它可以是PC機(jī)、服務(wù)器、工作站等，存儲(chǔ)器，通信線纜以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等底層硬件設(shè)備，設(shè)備資源之間通過網(wǎng)絡(luò)連接。這些物理設(shè)備共同組成了“云”[2]。

物理資源層中的資源總的規(guī)模和能力理論上不受限制，可以在網(wǎng)絡(luò)中的任意地方。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要使用的是學(xué)校局域網(wǎng)內(nèi)擁有的設(shè)備，把這些設(shè)備通過高速局域網(wǎng)連接起來，構(gòu)成了系統(tǒng)中的物理資源層。也可以把幾個(gè)高校的物理設(shè)備連接起來或者把物理資源擴(kuò)展到學(xué)校外部的其他設(shè)備構(gòu)成規(guī)模更大的云，從而提供處理能力更強(qiáng)、種類更豐富的資源。

（二）虛擬資源層

云計(jì)算的核心是虛擬化的資源池[3]。虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從物理資源向邏輯資源的轉(zhuǎn)化，它屏蔽了物理資源的復(fù)雜性，并對(duì)外呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的邏輯形態(tài)。通過對(duì)資源進(jìn)行虛擬化，可以把已整合的資源以一種與物理位置無關(guān)的方式進(jìn)行調(diào)用，從而降低管理維護(hù)復(fù)雜度、提高資源利用率。

（三）云管理層

云管理層的功能是確保整個(gè)云計(jì)算中心能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，主要包括：云資源管理、云安全管理、云數(shù)據(jù)管理和用戶管理。

資源管理負(fù)責(zé)管理虛擬資源層的各種虛擬資源，包括監(jiān)控資源狀態(tài)、分配資源、增加、刪除、修改、維護(hù)等，并對(duì)眾多的資源進(jìn)行負(fù)載均衡管理，包括任務(wù)調(diào)度、進(jìn)程遷移等。安全管理包括訪問的安全管理、數(shù)據(jù)的安全管理、網(wǎng)絡(luò)的安全管理等。云數(shù)據(jù)管理主要對(duì)計(jì)算機(jī)和云計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與維護(hù)，云數(shù)據(jù)的安全性問題可通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。用戶管理包括用戶的身份確認(rèn)、訪問控制權(quán)限等。

（四）云客戶端

云客戶端的作用是為用戶與云計(jì)算應(yīng)用提供統(tǒng)一規(guī)范的接口，云客戶端最常見的就是網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，比如人們熟知的IE、Mozilla、Firefox等，也可以是一些應(yīng)用程序入口。通過云客戶端用戶可以便捷地訪問云中的資源[4]。

在構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中，云客戶端安裝在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的終端計(jì)算機(jī)中，云客戶端對(duì)系統(tǒng)的硬件要求不高，這樣可以在不投入大量資金來建設(shè)高性能的本地終端機(jī)器的情況下訪問云計(jì)算平臺(tái)中的海量資源，進(jìn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過終端機(jī)器性能上限的高強(qiáng)度計(jì)算和大存儲(chǔ)容量的工作。

比如學(xué)生在上課時(shí)需要運(yùn)行Maya、3Dsmax等這些大型程序，學(xué)生可以通過云客戶端使用安裝在云中的這些應(yīng)用程序，從而突破軟件對(duì)機(jī)器性能的限制。

三、建設(shè)基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

（一）以低成本投入獲得高運(yùn)算能力。學(xué)生只需要一臺(tái)配置一般的計(jì)算機(jī)終端登錄到云系統(tǒng)中，然后直接使用云中的高性能資源。這樣學(xué)校就不需要花費(fèi)巨額資金來購(gòu)買大量高性能設(shè)備和頻繁更新設(shè)備，從而以低投入獲得高性能。

（二）提供巨大的資源存儲(chǔ)能力。通過云計(jì)算構(gòu)建的虛擬資源池理論上可以提供不受限制的存儲(chǔ)空間，在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)量巨大的物理資源可以容納海量的數(shù)據(jù)，并可以按照需要增加存儲(chǔ)空間，以滿足海量信息增長(zhǎng)對(duì)存儲(chǔ)空間的需求。

（三）大大減少升級(jí)和維護(hù)系統(tǒng)的工作量。日常維護(hù)中只需對(duì)云中的資源進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)，不需要逐個(gè)更新客戶終端中的軟件，這樣可以極大地減少實(shí)驗(yàn)室的工作量。

（四）可以實(shí)現(xiàn)大范圍的資源共享。解決了資源不足、分布不均的問題。通過云計(jì)算技術(shù)，各個(gè)院系的資源可以共同構(gòu)筑一個(gè)虛擬資源池。這樣各個(gè)學(xué)院就可以共享這個(gè)資源池中的資源，從而解決資源分布不均的問題，同時(shí)還可以大幅度提高資源利用率。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟，作為一種新型的服務(wù)模式，云計(jì)算必將為計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來新的變革。建設(shè)基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享，為用戶提供無限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算性能，并保證數(shù)據(jù)的安全、可靠。云計(jì)算與高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的結(jié)合，有效整合了高校教學(xué)資源，提高了資源的利用率，從而為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供參考，也進(jìn)一步拓展了云計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]李功麗，張艷.基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].河南機(jī)電高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011（5）：21-22.

[2]朱娟.云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用模式初探[J].科教導(dǎo)刊，2012（10）：205-206.