云技術應用在實驗室建設中的問題及思考

邵 林, 辜 媛, 魏 玲

(武漢紡織大學 傳媒學院, 湖北 武漢 430073)

云技術應用在實驗室建設中的問題及思考

邵 林, 辜 媛, 魏 玲

(武漢紡織大學 傳媒學院, 湖北 武漢 430073)

云技術應用作為高校信息化建設的一個重要方面,有著移動性、便捷性、可擴展性等諸多優點,但也面臨一些問題。根據實驗室實際建設和運行情況,從成本、管理維護、應用性能、資源再利用等方面與傳統PC模式做了分析對比,并就云技術應用存在的問題進行了思考,給出了相關建議。

云技術； 實驗室建設； PC模式

云技術是近些年發展和推廣的一門分布式計算技術,集合了計算機領域中分布式處理、并行處理、虛擬化技術、網絡存儲和網格計算等多種技術，最初主要是從Google、亞馬遜等互聯網公司發展起來[1-3]。《教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)》指出“充分整合現有資源,采用云計算技術,形成資源配置與服務的集約化發展途徑,構建穩定可靠、低成本的國家教育云服務模式”。云技術應用有移動性、便捷性等諸多優點,為高等學校數字化教學環境建設、實驗室建設、資源共享等提供了新思路和機遇[4-5]。

然而,云技術在高校的實際應用中也面臨一些問題,不能盲目趕潮流式地上項目,需要綜合考慮應用需求、成本、人員配備等現實因素來理性選擇和詳細規劃。本文根據實驗室建設與發展的實際情況出發，從成本、維護、性能等方面與傳統PC機模式進行了客觀的分析比較，在此基礎上提出相關建議，以期加強這方面的交流與探討。

1 云技術的應用現狀

1.1 云存儲

針對近些年高校信息化建設中逐步積累的大量文檔、音視頻數據的存儲和共享問題,在線云存儲技術從存取的實效性、操作的分布性、存儲容量的可擴展性等幾個重要方面有效解決了相應問題[6-7]。其應用的領域涉及圖書館電子資源開放、在線課堂建設、校園安全監控、辦公自動化等[8]。云存儲具體實現技術涉及多方面,但總體上的系統架構模型可分為存儲層、數據管理層、應用接口層、訪問層[9]。

1.2 云桌面

把運算處理的主機端遷向服務器端,在服務器端集中數據管理、資源調配等功能,讓客戶端精簡化,并支持包括傳統PC機以外的智能手機、平板電腦等,云桌面以這種“集中運算,分布顯示”的系統架構特點,一方面推動了移動化辦公的應用,另一方面使得系統的維護、管理變得更加便捷[10-12]。因此,近年來云桌面成為云技術在高校信息化建設推進中的重要應用形式。

2 云技術應用中存在的問題及思考

2.1 投入成本對比

成本因素是云技術在高校推廣應用的一個重要方面。下面以我校建設一個50人規模計算機基礎實驗室為實例,對比傳統PC機模式和云技術模式的成本投入情況。

(1) 傳統PC機模式。單機核心部件CPU為酷睿四核i7-4790,內存8 GB DDR3 1600。總的軟、硬件配套投入為30.8萬元左右(見表1)；該項目建設完成于2015年4月。

表1 傳統PC機模式成本投入

(2) 云技術模式。單臺虛擬工作站核心部件CPU為雙顆INTEL XEON處理器 E5-2680 V2,高性能顯卡NVIDIA GRID K2,內存為256 GB DDR3 1600,最大支持8節點虛擬化。總的軟、硬件配套投入為50.4萬元左右(見表2)；該項目建設完成于2015年5月。

表2 云技術模式成本投入

(3) 對比分析。根據項目建設的實際招投標結果對比,不難發現要達到相近計算性能水平,傳統PC機模式的成本投入要比云技術模式低很多。而且,本項目中采用云技術模式最多只能支持24點位云端虛擬化桌面,按照2～3人共用一個點位進行分配,才能勉強滿足50人規模的實驗教學需求。此外,在24點位云端桌面同時滿負荷運算請求下,服務器端分配到單點位的計算資源有限,單點位綜合性能不及傳統PC機模式下的單機性能,其CPU只能接近Intel Core i5-2400性能水平。

2.2 管理維護對比

在硬件工作正常的前提下,高校實驗室管理維護工作的實際應用需求往往集中在2個方面:一個是多系統平臺發布,另一個是軟件統一配置和更新[13-14]。

采用云技術模式,桌面以虛擬機方式運行在服務器虛擬化平臺中,通過高效的遠程交付協議將桌面展示給客戶,每個虛擬桌面相互隔離,以一對一的模式交付給用戶,為用戶提供個性化Windows桌面體驗。在操作設置上,可以建立桌面模板的方式對服務器端資源進行統一分配和部署。而軟件的配置和更新,只需要在桌面模板中安裝調試完畢即可。

采用傳統PC機模式,配套使用硬盤保護卡,其比較成熟的頻道技術、系統分發和行為管理模塊功能等,也能方便實現多系統平臺發布,以及客戶端軟件的統一配置和更新。

兩者對比,在日常涉及的核心需求上,均能方便實現管理維護工作的便捷化。

2.3 應用性能對比

采用云技術模式,可以對服務器端計算資源實現動態分配和平衡,在用戶端差異化業務請求時,可以充分發揮服務器端高性能計算資源的優勢而提高工作效率,特別是在做3D圖形設計、動畫建模和影視后期編輯等類似工作時,這種優勢體現得更加明顯。

采用傳統PC機模式,單機性能存在瓶頸,而且不能集中計算資源再分配來提高使用效率。

然而,從實驗教學的實際情況考慮,同一課堂上用戶端差異化的業務請求并不普遍,更多時候是學生在教師指導下做同樣的作業,其對服務器端的業務請求大體均衡。在這種情況下,服務器端計算資源被均分而導致單個用戶端的計算性能大幅下降。此時,傳統PC機模式就充分體現了單機性能的優勢。

另一方面,云技術模式對網絡帶寬要求高,在大數據量傳輸情況下,只有整體光纖化的網絡環境才能充分體現云技術的優勢。在實驗教學中,三維設計、影視后期編輯等相關課程的實驗素材數據量相當大,這些數據必須上傳到服務器端才能進行計算處理,此時,“網絡瓶頸”就成了制約云技術優勢的難點。而現實中,目前我國高校的校園網絡大體上以“光纖化主干節點+以雙絞線為介質構造基礎局域網”的網絡格局為主。在實驗室建設中,局域網的光纖化改造還是一個亟待推進的重要方面。

2.4 安全穩定性對比

在高校實驗室建設的應用環境下考慮安全穩定性的問題,主要涉及2個方面:數據安全性和硬件穩定性。

(1) 數據安全性問題。一方面是存儲的安全性,另一方面是訪問控制。針對數據的存儲,云端服務器存儲在容錯及冗余機制上已經有比較成熟的技術保障,相對傳統PC單機而言,有存儲容量和存儲安全上的優勢。針對數據的訪問控制,云技術模式除了面臨傳統PC機模式所涉及的訪問安全性問題外,還涉及數據共享存儲的加密保護等問題[15-16]。總體上,在對數據安全的敏感性要求不高的情況下,云技術模式較之傳統PC機模式有一定優勢。但在建設重大研究型實驗室的項目中,云技術模式要確保數據安全,還需要更深入的應用研究。

(2) 硬件穩定性問題。主要考慮在硬件故障的情況下對實驗教學與研究工作的影響程度。云技術模式下,一旦服務器端硬件故障而不能正常工作時,整個實驗教學工作即刻停擺,只能等待設備恢復正常。而設備的維修是需要一定周期的,這樣會導致正常的實驗教學進度中斷,形成教學事故。傳統PC機模式下,所有單機同時段內整體性崩潰的概率極低,而少數單機的故障并不會完全中止整個實驗教學工作的進行。總體上,傳統PC機模式對硬件故障風險的承受能力更強。

2.5 后期設備更新和資源再利用對比

在電子產品的正常生命周期內,面對設備性能升級的問題,云技術模式下可以直接將新增設備納入資源池的管理范疇,相比傳統PC機模式,其對原有設備的融合和性能擴展更有優勢。但在電子產品的生命周期末端,面臨零配件缺貨、停產和售后服務過保缺位時,傳統PC機模式下可以通過單機間的配件互換提高資源再利用率,并且容易從設備性能要求較高的教學研究領域,經二次分配轉向設備性能要求較低的行政辦公領域,從而節約辦學經費。因此,云技術模式在后期設備更新和資源再利用環節上,并沒有整體性的經濟效益優勢。

3 云技術應用建議

通過上述分析對比,云技術有其自身的優勢,但也面臨一些問題。在高校這個特定的應用環境下,做好云技術應用需要注意以下幾個方面:

(1) 整體上統籌規劃。云技術的推廣應用,需要從學校層面做好整體的統籌規劃,建立多層次云技術應用體系,明確定位不同層次的云技術應用環境需求,綜合考慮項目成本、應用穩定性、安全性等多方面因素,在項目建設中做到輕、重、緩、急合理有別。特別注意要避免院系間孤立、盲目建設導致云技術的優勢不能充分發揮,變成一朵朵的“云”,有可能產生新的信息孤島，而不能起到信息資源充分利用的效果。

(2) 管理人員技術培訓。云技術要保持穩定有效的應用,離不開管理維護人員及時細心的工作。校級層面的云技術應用項目建設,一般由高校信息中心牽頭組織實施,后期的管理維護有較好的保障。但是針對二級院系特定應用場景的云技術項目建設,特別是對非理工科類學院而言,后期管理維護存在明顯不足。管理的缺位,不僅會讓云技術的優勢得不到充分體現,而且還會影響正常的教學研究工作。所以,在云技術項目建設之初,就要認真考慮后期管理人員的配備和技術培訓工作。

(3) 基礎網絡光纖化改造。云技術的優勢建立在穩定、高速的網絡基礎之上。現階段,我國高校校園網的主干網基本實現光纖化。在推進二級院系特定應用環境下的云技術項目建設時,首先就要考慮局域網光纖化改造的問題。

(4) 應急預案制訂。為防止網絡故障導致云技術應用服務中斷而引發教學事故,在云技術項目規劃論證時,就要對應用的深度、廣度做出明確合理的劃定,并做好應急預案。在制訂預案時，針對教學環節的云技術應用,還應考慮應用服務的穩定性、時效性；針對科研環節的云技術應用,要充分考慮應用服務的安全性和保密性。

4 結語

綜上所述,云技術在高校建設中的深度推廣應用是未來發展的一個趨勢,但相對傳統PC機模式,目前在成本、管理維護、應用性能、資源再利用等方面暫未具有絕對整體優勢,甚至在對穩定性和安全性有嚴格要求的情況下還存在潛在風險。所以,當前云技術的應用實施要做好應用環境的研究和規劃,特別是在高校實驗室建設上,不能簡單視為傳統PC機模式的替代,而應充分利用兩者的優缺點,進行合理的功能布局。

References)

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Problems and reflections in application of cloud technology in laboratory construction

Shao Lin, Gu Yuan, Wei Ling

(School of Media and Communication, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China)

As an important aspect of informationization construction in colleges and universities, the cloud technology has many advantages such as mobility, convenience, extensibility, etc., but it also faces some problems. According to the actual laboratory construction and operation, this paper analyzes and compares the traditional PC mode with the cloud technology from the aspects of cost, management and maintenance, application performance, resource recycling, etc., makes some reflections on the existing problems in the application of the cloud technology and proposes some relevant suggestions.

cloud technology; laboratory construction; PC mode

10.16791/j.cnki.sjg.2017.08.059

2017-02-27

武漢紡織大學校基金項目(133045)

邵林(1985—),男,湖北仙桃,碩士,實驗師,主要從事計算機技術在實驗教學、實驗室建設與管理中的應用與研究工作.E-mail：shaolin8192@126.com

G482；TP 399

B

1002-4956(2017)08-0235-03