云計(jì)算技術(shù)在高職院校建設(shè)高效綠色計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

趙元禎，衡友躍

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系， 安徽 淮北 235000)

云計(jì)算技術(shù)在高職院校建設(shè)高效綠色計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

趙元禎，衡友躍

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系， 安徽 淮北 235000)

云技術(shù)作為一種新的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的影響。構(gòu)建云環(huán)境下虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室架構(gòu),可以有效解決高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本高、管理維護(hù)效率低、實(shí)驗(yàn)室利用率低、資源共享程度低等問(wèn)題。高職院校建設(shè)虛擬云技術(shù)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室,能更好地滿足實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、科研課題和日常教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求，在群體協(xié)作、團(tuán)體開(kāi)發(fā)以及課堂教學(xué)等方面發(fā)揮更大作用。

高職院校；高效綠色；云計(jì)算

云計(jì)算最早由Google提出，是一種新的計(jì)算模式，它極大地降低了運(yùn)算成本，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的新應(yīng)用，是分布式計(jì)算技術(shù)的一種，它運(yùn)用大數(shù)據(jù)的處理技術(shù)并將計(jì)算分析處理后的結(jié)果反饋給用戶。

虛擬實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不同，主要表現(xiàn)在以下三各方面：①云計(jì)算技術(shù)在提供服務(wù)的同時(shí)還能為服務(wù)商開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序提供方便，從而加快開(kāi)發(fā)速度，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，提高資源的利用率。②云計(jì)算技術(shù)降低了對(duì)硬件處理能力的依賴，其本身就是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論水平方向還是垂直方向都具有比較好的可拓展性。將不同的云計(jì)算服務(wù)器相連結(jié)是其水平可拓展性；云中節(jié)點(diǎn)的靈活性是其垂直可拓展性，從而擴(kuò)大用于自我管理以及維護(hù)的虛擬計(jì)算資源的范圍，形成更大的云計(jì)算服務(wù)器，有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和處理。③在云計(jì)算的軟、硬件管理、處理以及資源的分配階段，將全程使用自動(dòng)化運(yùn)作模式，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

一、高等職業(yè)技術(shù)類院校組建虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室采用云計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

1.更高的性能

云技術(shù)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)終端存儲(chǔ)的程序、運(yùn)行的數(shù)據(jù)以及其它應(yīng)用程序的任務(wù)減少。只需將少量的程序和進(jìn)程加載到內(nèi)存中，就能在計(jì)算機(jī)配置不高的情況下提高性能，終端啟動(dòng)和運(yùn)行速度都可以加快。

2.更低成本的計(jì)算機(jī)投入

云技術(shù)的應(yīng)用，降低了以往對(duì)于計(jì)算機(jī)硬件的較高要求，在計(jì)算機(jī)硬件不變的情況下可以大大提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理數(shù)據(jù)的效率。由于應(yīng)用程序不是在臺(tái)式機(jī)上運(yùn)行，而是在云中進(jìn)行運(yùn)算，所以不需要傳統(tǒng)較高性能的臺(tái)式機(jī)，不需要花費(fèi)昂貴的價(jià)格購(gòu)置性能較高的硬件設(shè)備，性能較低計(jì)算機(jī)作為云終端已綽綽有余，從而減少了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本的投入。

3.更強(qiáng)的計(jì)算能力

我們把運(yùn)用云技術(shù)的框架組建的實(shí)驗(yàn)室連接到一個(gè)云系統(tǒng)中，便擁有支配和使用整個(gè)云資源的能力。單機(jī)將不再是傳統(tǒng)意義的單機(jī)，具有了云系統(tǒng)運(yùn)算能力，能夠執(zhí)行超大級(jí)別的計(jì)算類任務(wù)。

4.更加方便快捷的硬件維護(hù)

電腦在云計(jì)算中可以當(dāng)做一個(gè)具有輸出與輸入能力的單元，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)單機(jī)性能要求的降低。由于計(jì)算機(jī)運(yùn)行的軟件及程序，都處于一個(gè)云中軟件棧結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)硬件維護(hù)更加方便快捷。

5.增強(qiáng)的數(shù)據(jù)安全

由于數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)在軟件棧結(jié)構(gòu)中，更容易實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)：在軟件棧中存儲(chǔ)的信息相對(duì)集中，管理者可以比較方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，負(fù)載均衡，資源分配合理，軟件運(yùn)行安全，能夠較大幅度地節(jié)省使用者的使用成本并提高使用效率。

云計(jì)算可以為重要數(shù)據(jù)提供安全的防護(hù)，無(wú)論使用者是誰(shuí)，都可以僅憑密碼存取重要數(shù)據(jù)。同時(shí)，云存儲(chǔ)服務(wù)商擁有專業(yè)的團(tuán)隊(duì)和先進(jìn)的技術(shù)，更有能力對(duì)數(shù)據(jù)和設(shè)備進(jìn)行高水平的維護(hù)。

二、云計(jì)算核心技術(shù)在虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建設(shè)中的具體應(yīng)用

云計(jì)算的核心技術(shù)主要有：數(shù)據(jù)管理技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，虛擬化技術(shù)，虛擬資源的管理與調(diào)度，SOA服務(wù)。

1.數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)是對(duì)社會(huì)生活以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中大數(shù)據(jù)的處理和分析。目前，技術(shù)上還存在一些不足，解決數(shù)據(jù)的隨機(jī)讀速率與更新速率是迫切需要解決的新問(wèn)題。當(dāng)前數(shù)據(jù)管理技術(shù)最有實(shí)力的是BigTable管理技術(shù)。

2.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算面對(duì)的業(yè)務(wù)與客戶都比較多，要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高吞吐率、分布式和信號(hào)傳遞的高傳輸率成為云計(jì)算存儲(chǔ)的三個(gè)顯著特點(diǎn)。當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)主要有Google的GFS和HDFS。

3.虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)，主要是依靠服務(wù)器虛擬化，用來(lái)實(shí)現(xiàn)單個(gè)資源和多個(gè)虛擬資源相互轉(zhuǎn)化以及虛擬機(jī)之間的隔離等，從而實(shí)現(xiàn)由物理層的變化到簡(jiǎn)單邏輯的呈現(xiàn)。從具體的技術(shù)角度理解可以把它看作是一種邏輯簡(jiǎn)化技術(shù)，這種技術(shù)通過(guò)復(fù)雜物理層變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.虛擬資源的管理與調(diào)度

對(duì)物理資源的重新整合可以形成資源池這樣的過(guò)程通過(guò)云技術(shù)實(shí)現(xiàn)，云技術(shù)還可以通過(guò)管理中間件實(shí)現(xiàn)對(duì)資源池中虛擬資源的調(diào)度。

5.SOA服務(wù)

SOA是一種具有松耦合、粗粒度特性的服務(wù)架構(gòu)方法。利用構(gòu)件模塊來(lái)創(chuàng)建軟件系統(tǒng)，通過(guò)良好的接口和契約，運(yùn)用應(yīng)用程序?qū)⒉煌δ軉卧?lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間交互更加迅速、更加可靠。

三、虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室云計(jì)算的框架結(jié)構(gòu)技術(shù)

1.虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室各重要功能的結(jié)構(gòu)框圖

虛擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)室中資源的鏡象是在一個(gè)軟件棧結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)的，資源的鏡象包含：①中間件層；②應(yīng)用軟件；③虛擬機(jī)監(jiān)控程序?qū)踊虻讓硬僮飨到y(tǒng)。

虛擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)室中可供訪問(wèn)的資源包括：操作系統(tǒng)資源、應(yīng)用軟件資源、開(kāi)發(fā)平臺(tái)資源、數(shù)據(jù)庫(kù)資源、硬件資源等 (見(jiàn)圖1)。

圖1 虛擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)框圖

圖2為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)型的鏡象棧結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)自己不同的任務(wù)需求減少或增加鏡像棧層次。系統(tǒng)運(yùn)用服務(wù)檢索、注冊(cè)、存儲(chǔ)和訪問(wèn)等形式對(duì)鏡象資源所提供的服務(wù)進(jìn)行管理。

圖2 鏡象棧

2.虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中的資源使用流程和預(yù)約

圖3給出的整個(gè)流程是關(guān)于資源的預(yù)約到使用的過(guò)程。根據(jù)圖3我們可以知道，實(shí)現(xiàn)資源的預(yù)約，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器即可。在預(yù)約成功以后，通過(guò)遠(yuǎn)程程序遠(yuǎn)程桌面程序(RDP)實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的訪問(wèn)和調(diào)用。

圖3 資源預(yù)約和使用流程

虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室能更好地滿足實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、科研課題和日常教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求，虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行于校園網(wǎng)，對(duì)終端用戶完全透明。虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)廣泛適用于群體協(xié)作、團(tuán)體開(kāi)發(fā)以及課堂教學(xué)等，現(xiàn)實(shí)意義重大。

[1] 鄭嘯云，計(jì)算研究現(xiàn)狀綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2011 (4).

[2] 張懷南.楊成我國(guó)云計(jì)算教育應(yīng)用的研究綜述[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育, 2013(1).

[3] 劉鳳娟.大數(shù)據(jù)的教育應(yīng)用研究綜述[J].現(xiàn)代教育技術(shù), 2014(8).

[4] 張?jiān)朴?陳清金,潘松柏.魏進(jìn)武云計(jì)算安全關(guān)鍵技術(shù)分析[J].電信科學(xué), 2010(9).

責(zé)任編輯：何玉付

2017-05-10

本文系2016年安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目“Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)”(編號(hào)：2016xx130)研究成果。

趙元禎(1982—)，男，安徽淮北人，助教,研究方向：網(wǎng)絡(luò)管理。

TP39

A

1671-8275(2017)04-0142-02