現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境的構(gòu)建與效用

劉海寧, 王曉磊, 楚丹琪, 何翔欣

(1. 上海大學(xué) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備處, 上海 200444； 2. 上海大學(xué) 經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中心, 上海 200444)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代,傳統(tǒng)的高校商科實(shí)驗(yàn)室教學(xué)理念和管理方法亟待轉(zhuǎn)變[1]。其中最重的一點(diǎn)就是需要在充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源的同時,與現(xiàn)代新技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合,從而進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺的建設(shè),為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生能力的培養(yǎng)提供支撐和保證,以融合新技術(shù)的智能化、共享化信息平臺實(shí)現(xiàn)商科實(shí)驗(yàn)室管理的轉(zhuǎn)型升級[2]。

現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺使實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理在時間和空間上得到延展,在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)調(diào)度、資源整合、開放共享的同時,使實(shí)驗(yàn)室成為管理制度化、科學(xué)化、現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室,從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,推動素質(zhì)教育水平的提高。

本文主要分析虛擬化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)這兩種現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境構(gòu)造技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢。虛擬化技術(shù)和云計(jì)算技術(shù),為高校商科實(shí)驗(yàn)室提供了能積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室信息化平臺發(fā)展所需要的解決方案,有效地實(shí)現(xiàn)資源整合、開拓創(chuàng)新,滿足創(chuàng)新型社會對現(xiàn)代商科高等教育的要求[3-5]。

1 基于虛擬化技術(shù)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境

1.1 虛擬化技術(shù)概述

虛擬化技術(shù)是將各種計(jì)算資源和存儲資源進(jìn)行集中整合和利用的資源管理關(guān)鍵技術(shù),是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源[6],比如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存等,予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來,打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間不可切割的障礙,使用戶能夠以比原本組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。同時,虛擬化的資源不再受原有架設(shè)方式、地域或物理組態(tài)所限制。

在現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與管理過程中,利用虛擬化技術(shù)對實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)進(jìn)行平臺環(huán)境的構(gòu)建,使用最多的技術(shù)是服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化。

服務(wù)器虛擬化就是把一個物理服務(wù)器虛擬成若干個虛擬服務(wù)器進(jìn)行使用。利用服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在有限的硬件服務(wù)器環(huán)境下部署更多的虛擬服務(wù)器資源,以達(dá)到降低硬件建設(shè)成本、提高資源使用效率和動態(tài)調(diào)度資源的效果。服務(wù)器虛擬化架構(gòu)如圖1所示。

圖1 服務(wù)器虛擬化架構(gòu)圖

桌面操作系統(tǒng)虛擬化也叫虛擬桌面技術(shù),是一種利用基于服務(wù)器的計(jì)算模型來實(shí)現(xiàn)桌面系統(tǒng)遠(yuǎn)程動態(tài)訪問和數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一托管的技術(shù)。虛擬桌面技術(shù)借用了傳統(tǒng)的瘦客戶端模型,讓管理員能夠?qū)⑺凶烂嫣摂M機(jī)在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行托管并統(tǒng)一管理,同時讓用戶通過本地計(jì)算機(jī)客戶終端能夠獲得完整的計(jì)算機(jī)桌面系統(tǒng)使用體驗(yàn)。簡單來說,可以利用虛擬桌面技術(shù)通過任何設(shè)備、在任何地點(diǎn)、任何時間在網(wǎng)絡(luò)上訪問屬于個人的桌面系統(tǒng)。

1.2 基于虛擬化技術(shù)的平臺環(huán)境構(gòu)建

利用服務(wù)器虛擬化、桌面虛擬化等技術(shù),對現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境進(jìn)行技術(shù)框架構(gòu)建,主要通過實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)的分離,將服務(wù)器、桌面系統(tǒng)等物理資源抽象成邏輯資源,CPU、內(nèi)存等硬件資源因此也就變成可以動態(tài)管理的資源池,構(gòu)建C/S技術(shù)架構(gòu)。

通過服務(wù)器虛擬化,能夠?qū)⒁慌_物理服務(wù)器虛擬成多臺虛擬服務(wù)器,可以同時運(yùn)行多個不同的操作系統(tǒng),各個虛擬服務(wù)器根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行資源的動態(tài)分配,從而使服務(wù)器的利用率得到提高,也能夠更靈活地適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變化。采用遠(yuǎn)程托管的專用虛擬桌面技術(shù),配合服務(wù)器虛擬化,構(gòu)建統(tǒng)一的虛擬化環(huán)境平臺,可以保證每個用戶在服務(wù)器上擁有一套屬于自己的獨(dú)立虛擬桌面系統(tǒng),與其他用戶僅共享服務(wù)器硬件資源,而不共享文件目錄和應(yīng)用程序,實(shí)現(xiàn)用戶之間的資源隔離,也提高了平臺中數(shù)據(jù)信息資源的安全性。

現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境主要采用服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化技術(shù)來構(gòu)建,技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。通過服務(wù)器虛擬化技術(shù),可以對實(shí)驗(yàn)室所有安裝虛擬仿真教學(xué)軟件、專業(yè)數(shù)據(jù)庫軟件、計(jì)量統(tǒng)計(jì)軟件的服務(wù)器進(jìn)行有機(jī)整合、統(tǒng)一管理。通過桌面虛擬化,能夠?qū)⑺薪K端桌面和應(yīng)用程序集中到實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)器中,支持各種計(jì)算機(jī)瘦客戶端、平板電腦、筆記本等跨平臺設(shè)備訪問虛擬桌面。管理人員在實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)器上就可以對所有桌面進(jìn)行集中管理和監(jiān)控。統(tǒng)一的虛擬化環(huán)境平臺不僅能夠提高服務(wù)器資源的利用率,同時也可以提升實(shí)驗(yàn)室的整體管理效率和運(yùn)維能力。

圖2 現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境的虛擬化技術(shù)架構(gòu)圖

1.3 應(yīng)用虛擬化技術(shù)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境特點(diǎn)

(1) 統(tǒng)一管理、提升效率、降低成本。采用統(tǒng)一的虛擬化環(huán)境平臺的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)⑾鄬Ψ稚⒌膶?shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行統(tǒng)一管理,所有數(shù)據(jù)和應(yīng)用軟件的配置、存儲均集中在遠(yuǎn)程的虛擬化服務(wù)器內(nèi),突出實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)終端的應(yīng)用功能,降低其配置要求壓力。而通過建立在服務(wù)器虛擬化平臺上的虛擬桌面管理器,可以實(shí)現(xiàn)對商科實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)終端的統(tǒng)一配置和維護(hù),提升了管理效率,同時也降低了計(jì)算機(jī)配置成本和運(yùn)行維護(hù)成本。

(2) 共享資源、提高利用率。采用統(tǒng)一虛擬化環(huán)境平臺的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室可以按照不同應(yīng)用軟件的配置要求對應(yīng)配備在不同的服務(wù)器上,高配置的軟件安置在高配置的服務(wù)器,低配置的軟件安置在低配置的服務(wù)器,這樣可以提升服務(wù)器的資源利用率。此外,實(shí)驗(yàn)室的軟硬件不再是固定在單個實(shí)驗(yàn)室中,而是通過虛擬化技術(shù)開放在平臺環(huán)境內(nèi),通過給學(xué)生和教師分配相應(yīng)的訪問權(quán)限，即可實(shí)現(xiàn)商科實(shí)驗(yàn)室資源的開放共享。

(3) 靈活部署個性化平臺環(huán)境。現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室在虛擬化環(huán)境平臺下,通過對虛擬桌面的靈活部署與管理,可以滿足教師和學(xué)生定制個性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究環(huán)境的需求。在實(shí)驗(yàn)室虛擬化環(huán)境平臺中,師生可以配置個性化的虛擬桌面,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究過程中調(diào)用不同的實(shí)驗(yàn)工具。

(4) 提升系統(tǒng)安全性。由于傳統(tǒng)的商科實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)屬于本地環(huán)境部署,往往部署環(huán)境較多、操作復(fù)雜,并且容易在日常運(yùn)行過程中受到病毒入侵。而采用統(tǒng)一的虛擬化環(huán)境平臺的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室,由于本地系統(tǒng)和虛擬化平臺從物理上是分離的,所以能夠更有效地隔離病毒威脅,提升了系統(tǒng)的安全性。

2 基于云計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境

2.1 云計(jì)算技術(shù)概述

云計(jì)算技術(shù)是對大量的用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和部署,從而構(gòu)成計(jì)算資源池并向用戶提供基于網(wǎng)絡(luò)的交互式服務(wù)的技術(shù)[7-10]。云計(jì)算技術(shù)是集分布式數(shù)據(jù)文件管理、分布式網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬集群化硬件管理于一體的新型信息交互技術(shù)。

從技術(shù)角度來看,云計(jì)算技術(shù)將硬件資源、數(shù)據(jù)庫資源“云”化,并進(jìn)行集群管理,與虛擬化技術(shù)非常相似,但是云計(jì)算技術(shù)的分層模式要更復(fù)雜。云計(jì)算技術(shù)主要有三個基本技術(shù)層,分別是基礎(chǔ)設(shè)施層(IAAS,infrastructure as a service)、管理平臺層(PAAS,Platform as a service)和應(yīng)用服務(wù)層(SAAS,software as a service)。在云計(jì)算中,每一個技術(shù)層都可以當(dāng)作服務(wù)層,即理論上系統(tǒng)訪問設(shè)備可以做到對每一個技術(shù)層的交互服務(wù)訪問。

2.2 基于云計(jì)算技術(shù)的平臺環(huán)境構(gòu)建

利用云計(jì)算技術(shù)通過建立基礎(chǔ)設(shè)施層、管理平臺層和應(yīng)用服務(wù)層三個基本技術(shù)層面搭建完整的云平臺架構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境技術(shù)框架的構(gòu)建,技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。基于云計(jì)算技術(shù)的平臺環(huán)境通常采用B/S技術(shù)架構(gòu),這是因?yàn)樵贐/S架構(gòu)中,技術(shù)架構(gòu)結(jié)合瀏覽器的Script語言和ActiveX技術(shù),業(yè)務(wù)邏輯極少在系統(tǒng)前端實(shí)現(xiàn),絕大多數(shù)業(yè)務(wù)邏輯在服務(wù)器端執(zhí)行,所以B/S技術(shù)架構(gòu)更符合云平臺的構(gòu)建理念。

圖3 現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境的云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)圖

基于云計(jì)算的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境主要采用分層設(shè)計(jì)理念來構(gòu)建,將平臺系統(tǒng)功能有序地分層,應(yīng)用程序功能位于上層,平臺管理功能位于中層,環(huán)境配置部署功能位于底層。多層設(shè)計(jì)使各個業(yè)務(wù)邏輯互相獨(dú)立,某一技術(shù)層的變化不會影響其他技術(shù)層的運(yùn)行,能夠使整個平臺以較為松散的方式耦合,從而便于維護(hù)。

(1) 基礎(chǔ)設(shè)施層(IAAS)的構(gòu)建。基礎(chǔ)設(shè)施層的構(gòu)建原則是動態(tài)化、集約化、共享化。通過對資源的抽象部署和治理,充分整合計(jì)算機(jī)硬件資源和數(shù)據(jù)庫資源,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源和存儲資源的共享,形成云計(jì)算資源池并動態(tài)管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫,按需分配給應(yīng)用層,降低管理復(fù)雜性。與此同時,對于一些跨校區(qū)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室,或者部分財經(jīng)類高校分散在各學(xué)院的商科實(shí)驗(yàn)室群,在云計(jì)算技術(shù)下可以利用高速網(wǎng)絡(luò)光纜在平臺基礎(chǔ)設(shè)施層打通不同校區(qū)或不同學(xué)院實(shí)驗(yàn)室之間的資源,實(shí)現(xiàn)硬件資源、數(shù)據(jù)庫資源的計(jì)算、存儲和交互共享。

(2) 管理平臺層(PAAS)的構(gòu)建。管理平臺層的構(gòu)建是為了保證上層應(yīng)用與底層資源之間的聯(lián)系,通過API數(shù)據(jù)調(diào)用接口來解決數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的問題,實(shí)現(xiàn)資源整合和共享。管理平臺層的構(gòu)建能夠靈活應(yīng)對應(yīng)用服務(wù)層遇到的各種需求,并根據(jù)需求變化,在底層資源整合的基礎(chǔ)上快速開發(fā)和建設(shè)豐富的應(yīng)用接口,同時保證這些應(yīng)用接口在平臺上的有機(jī)統(tǒng)一和集成創(chuàng)新。通過管理平臺層可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范統(tǒng)一的管理部署、保障數(shù)據(jù)安全管理,同時能夠嵌入式配置用戶認(rèn)證和訪問權(quán)限管理,為應(yīng)用服務(wù)層的正常運(yùn)行奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

(3) 應(yīng)用服務(wù)層(SAAS)的構(gòu)建。應(yīng)用服務(wù)層的構(gòu)建是對整個基于云計(jì)算技術(shù)的平臺環(huán)境的信息展現(xiàn)。利用B/S技術(shù)架構(gòu)可以很好地將基于云計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)嵌入網(wǎng)頁瀏覽器界面,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)展現(xiàn)和人際交互,并在業(yè)務(wù)操作過程中通過管理平臺層完成應(yīng)用數(shù)據(jù)調(diào)用和反饋,執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。由于能夠很好地融入B/S技術(shù)架構(gòu),因此對于應(yīng)用服務(wù)層的系統(tǒng)訪問也是非常友好和兼容的,用戶可以通過臺式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)、平板電腦等設(shè)備進(jìn)行平臺系統(tǒng)的訪問和操作。

3 應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境特點(diǎn)

(1) 資源統(tǒng)一管理，提高兼容性。采用云計(jì)算環(huán)境平臺的現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)⑾鄬Ψ稚⒌膶?shí)驗(yàn)室信息資源、教學(xué)資源、科研資源和管理資源進(jìn)行有效整合和統(tǒng)一管理。同時借助云計(jì)算技術(shù)的平臺利用B/S架構(gòu),能夠很好地提供業(yè)務(wù)訪問與操作的兼容。教師和學(xué)生在不同的操作系統(tǒng)、不同的網(wǎng)頁瀏覽器下均可以實(shí)現(xiàn)對云平臺的訪問和對應(yīng)用程序的操作。

(2) 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，共享實(shí)驗(yàn)資源。云計(jì)算平臺環(huán)境構(gòu)建的是一個科學(xué)合理、開放互聯(lián)的應(yīng)用服務(wù)平臺,它不僅是一個即時互動、資源共建的協(xié)同界面,也是一個資源共享的網(wǎng)絡(luò)平臺。通過應(yīng)用接口,可以實(shí)現(xiàn)資源深度整合和網(wǎng)絡(luò)化存儲管理。同時,由于平臺兼容性高,能夠很好地與高校其他信息系統(tǒng)進(jìn)行對接,實(shí)現(xiàn)跨平臺管理。

(3) 便于未來升級發(fā)展。云計(jì)算是下一代因特網(wǎng)技術(shù)的核心,所以采用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的平臺環(huán)境，能夠有效解決信息化建設(shè)與發(fā)展的瓶頸問題,創(chuàng)新商科實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)、研究與管理模式。

3 虛擬化與云計(jì)算技術(shù)對現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺環(huán)境的效用分析

3.1 虛擬化與云計(jì)算的差異性分析

不論是虛擬化技術(shù)，還是云計(jì)算技術(shù)都是搭建現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化管理和信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用層環(huán)境的重要平臺技術(shù),但兩者也有所不同。基于虛擬化技術(shù)和基于云計(jì)算技術(shù)的平臺環(huán)境構(gòu)建本質(zhì)的區(qū)別在于,基于虛擬化技術(shù)的平臺環(huán)境更有利于構(gòu)建C/S架構(gòu),即客戶端/服務(wù)器的技術(shù)架構(gòu),強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室本地計(jì)算機(jī)具有客戶終端；而基于云計(jì)算技術(shù)的平臺環(huán)境則更有利于構(gòu)建B/S架構(gòu),即瀏覽器/服務(wù)器的技術(shù)架構(gòu),強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)“云”平臺的建設(shè)。同時,虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大本地計(jì)算資源的容量,簡化軟件配置的過程,允許多個平臺或系統(tǒng)在相對獨(dú)立的存儲空間中運(yùn)行,極大提高了現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化的構(gòu)建和管理效率,不過,虛擬化技術(shù)不能將所有計(jì)算過程轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程執(zhí)行,仍然需要依賴本地計(jì)算資源,而云計(jì)算技術(shù)則不存在這個問題。云計(jì)算技術(shù)全部采用實(shí)時遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源,通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行資源的實(shí)時輸送,擺脫了本地計(jì)算資源對于計(jì)算技術(shù)和計(jì)算能力的束縛。總的來說,虛擬化技術(shù)在構(gòu)建現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺的過程中需要依賴一定的本地計(jì)算資源,而云計(jì)算技術(shù)在構(gòu)建現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺的過程中則極其依賴高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)通信,因此,在采用不同技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室信息化平臺和分析其效用的過程中,也應(yīng)當(dāng)關(guān)注相應(yīng)的配套資源和技術(shù)。

3.2 虛擬化與云計(jì)算的融合發(fā)展

虛擬化與云計(jì)算的相互融合是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的一次拓展。在虛擬云計(jì)算環(huán)境中,云計(jì)算平臺可以實(shí)現(xiàn)硬件及軟件的虛擬化,支持傳統(tǒng)方式和云計(jì)算方式混合部署,將軟件直接復(fù)制到對應(yīng)物理節(jié)點(diǎn)上；硬件設(shè)備可以適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算要求和實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)變化的需要,能夠以較低成本更好地滿足資源需求，從而減輕實(shí)驗(yàn)室需要對硬件設(shè)施不斷進(jìn)行更新，而建設(shè)資金不足的問題。

4 結(jié)語

現(xiàn)代商科實(shí)驗(yàn)室借助虛擬化與云計(jì)算,實(shí)現(xiàn)信息化平臺的建設(shè)。在充分滿足實(shí)驗(yàn)室對實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究支撐的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)信息化管理,對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新上,都具有更重要的意義。