基于云計算技術的高校實驗室的設計與實現

那治廣

摘要：隨著云計算技術的不斷發展，云技術已成為高校實驗室建設的可選方案。本文結合高校實驗室建設實際情況，從云計算技術實驗室物理設施、虛擬化兩方面，介紹基于云計算技術實驗室的設計與實現。相對于傳統非云技術的高校實驗室平臺而言，該平臺能有效地提高管理效率、降低配置成本，且能把云計算框架中的相關技術納入現有的計算機相關專業課程中。

關鍵詞：云計算;虛擬化;云終端;實驗室;云桌面

中圖分類號：TP393.1? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）02-0256-02

The Design and Implement of An Universities' Computer Laboratory Based on Cloud Computing

NA Zhi-guang

（School of Information Engineering， Guangdong Medical College， Dongguan 523808， China）

Abstract： As it development， Cloud Computer technology become? as a variable option for the construction of? universities' computer lab's installations. This paper， according to the actual situation of the construction of? universities' computer lab's installations， explores the design and implement of an universities' computer? laboratory based on Cloud Computing from both physical facilities and virtualization. This solution， in comparison with? the traditional method ，? can improve the efficiency of management， reduce the cost of construction and? Combine compulsory course with cloud computing

Key words： cloud computer; virtualization; cloud end-point; laboratory; Cloud desktop

經過多年的技術發展和經驗積累，云計算行業已經進入一個相對成熟的階段。在國內，許多公司已從傳轉架構向“云”架構遷移，例如傳統服務器提供商逐步成為云服務器提供商，互聯網企業通過云計算提供的彈性服務節省購買、管理和維護IT基礎結構方面的成本，又如通過組建私有云、采用云桌面方便地根據需求設置即時可用的測試和開發環境;又如通過云存儲可以獲得高可用性、高速、高可擴展的文件存儲解決方案。可見，云計算已成為當前信息技術產業發展和應用創新的熱點，任何接入互聯網的用戶都或多或少享受“云”服務帶來的便利。

高校組網架構選擇一般相對于互聯網公司比較慎重，但隨著云計算技術的不斷發展，云技術已成為高校實驗室建設的可選方案。計算機的云技術與虛擬技術被引入實驗室打破了傳統實驗室管理的局限性[1，2]。采用云計算平臺構建高校計算機實驗室，一方面可以利用云桌面降低人員維護、培訓與再學習的成本，另一方面云計算可伸縮的架構也能降低由于計算機軟、硬件技術的日新月異所帶來的關于設備更新的需求問題、提高硬件可利用率、進而為維護教學與科研環境的環保需求問題等給出一個較為理想的解決方案[3]。同時，云計算平臺可以為專業學生提供云技術學習的實踐環境。通過搭建云計算應用場景，設置與專業課程和行業接軌的實踐課程，讓學生能夠在校期間掌握當前流行的云計算技術，以勝任日后信息化的建設、維護及云計算系統集成及方案設計的相關工作。

本文結合工作實踐，通過以所在單位計算機實驗室云平臺搭建為例，介紹一種基于云計算技術的高校實驗室的設計與實現。實踐表明，該平臺能有效地提高管理效率、降低配置成本，且能把云計算框架中的相關技術納入現有的計算機相關專業課程之中。

1 云計算技術

1.1 云計算的定義

云計算（cloud computing），是分布式處理、并行處理和網格計算的發展。早期的分布式計算，主要是通過網絡中的集群把龐大的計算任務通過拆分，以網絡通信方式交換數據和結果以獲得高的算力。[1，2]本文的云計算主要指通過虛擬化實現計算機資源的高度整合和利用，它是云計算的基礎。云計算提供的服務可以分為三種類型：（1）平臺即是服務（PaaS），用戶通過呈現出的封裝好的界面，與虛擬的平臺進行交互;（2）基礎設施即是服務（IaaS）以服務的形式將計算機的基礎設施交付，通過轉移基礎設施到“云”中，實現伸縮性的供應模式，例如騰訊云，阿里云;（3）軟件即服務（SaaS）需要通過網絡訪問完整的軟件，例如MicrosoftOfficeOnline，無須在本機安裝，打開瀏覽器，注冊帳號，可以隨時隨地通過網絡來使用這些軟件編輯、保存、閱讀自己的文檔。

1.2 云計算的特點

云計算最大的特點是一切都可以看成是資源，用戶可以隨時獲取和按需擴展。這也使得它具有以下幾個特征：（1）資源動態配置（2）需求服務自助化（3）云計算以網絡為中心，并通過網絡為用戶提供服務;（4）服務可計量化（5）資源的池化和透明化云。云計算的特征恰恰解決高校計算機實驗室構建及管理的痛點需求。資源動態配置可以根據實驗室需求及課程需求動態增配或釋放物理和虛擬資源，實現實驗室資源的彈性供給。任課教師或實驗室管理員可以根據課程要求采用自動的方式選擇構建實驗的測試和開發環境;監控出口網關實現校園網接入的計量化;同時，對學生和非計算機專業教師使用是透明的。因此，云計算機的特點使得成為高校計算實驗構建的可選方案。

1.3 云計算的組件

虛擬化是云計算的基礎。在高校計算機實驗室云計算構建中，最重要的組件是云桌面[3]。云桌面是云計算技術中對大量虛擬計算機管理的系統軟件，可以完成虛擬資源的分配、虛擬系統生成、虛擬系統軟件的管理及系統數據存儲的維護。本文采用uSmartView桌面虛擬化平臺，它是基于KVM技術的云桌面軟件。KVM是基于LINUX內核的虛擬機，相對于Xen和VMware，該技術是一個可以實現基于硬件完全虛擬化的低成本方案。其次，在構建中另一個重要組件是云存儲。云存儲是最容易給用戶理解和廣泛應用的云計算概念，例如百度云。云存儲通過集群應用、網格技術或分布式文件系統等功能，將網絡中大量異構存儲設備通過應用軟件集合起來進行協同工作，并為用戶提供透明、可伸縮的數據訪問。高校實驗室中存在大量需要管理的軟件數據和相關課程實驗數據，因此在構建中離不開云存儲。

2 基于云計算技術實驗室的設計與實現

云計算實驗室一般分為以下兩層：物理設施和虛擬化。物理設施提供底層網絡通信、數據存儲和數據安全、計算資源的支撐。通過云桌面虛擬化，為計算機管理員提供物理資源和虛擬資源池的管理、部署、監控等[4]。

本文從云計算技術實驗室物理設施（實驗室結構）、虛擬化（云桌面）描述基于云計算機技術實驗室的設計與實現。

（1）云計算技術實驗室結構

實驗室一般規劃3個區域：1）實驗分組架區：所有云計算實驗設備被安裝在機架中。包括服務器、存儲、網絡設備和虛擬化軟件，所有的實驗內容均運行在該實驗設備區內。機架管理控制服務器、虛擬實驗平臺、云服務器連接至實驗室中心交換機。2）學生實驗臺與教師機：學生和教師可以通過預先構建的虛擬實驗平臺進行實驗，虛擬系統對用戶透明。教師機負責演示實驗課程內容并對所有實驗組的實驗設備做監控和管理;學生學習云實驗中心課程內容和實際操作實驗課程的區域，根據每組學生數量配置終端3）出口區：所有訪問外部網絡資源的流量必須通過出口網關。通過出口網關的應用識別和審計功能，可管理學生的上網時間和網絡應用訪問權限。

按照上述的設計思想，基于云計算的計算機實驗室結構如圖1所示。

（2）云計算應用實驗平臺

云計算應用實驗平臺由8臺浪潮5240M4服務器作為硬件資源，通過虛擬化技術進行包括CPU、內存、硬盤等硬件資源的整合，通過VCenter管理平臺進行資源統一分配，分別建設了4個班共64套嵌套ESXI實驗虛擬機，可以滿足2個班同時使用32套實驗虛擬機開展云計算課程實驗，學生使用老師分配好的實驗虛擬機的IP、用戶名、密碼通過VMware vSphere Client登錄進行包括：服務器虛擬化、桌面虛擬化、存儲虛擬化等實驗課程，教師期末可以通過檢查相應的學生的ESXI實驗虛擬機所實驗程度對學生課程成績進行評分。

（3）公共桌面云平臺

公共桌面云平臺通過uSmartView桌面虛擬化管理平臺對2臺浪潮5270M4服務器進行批量部署64個點的云桌面，這些云桌面可以滿足64臺云終端使用云桌面;平臺采用KVM[5]桌面虛擬化技術，機房管理人員可以通過不同的模板采用鏈接克隆的方式進行批量部署實現云桌面的統一管理和批量交付，如圖2，圖3， 圖4所示;云終端只需安裝桌面云客戶端輸入相應IP、用戶名、密碼就可以使用云桌面進行包括云計算、大數據以及其他計算機基礎課。

3 結束語

高校云計算技術實驗室的建設，既是高校建設計算機實驗室過程中優化資源配置，降低成本的內在要求，同時也是計算機專業課程與時俱進，實現“產學對接”的外在需求。實踐表明，基于云計算技術實驗室的設計與實現，對學校計算機網絡、信息管理與信息系統、信息資源等相關專業在云計算實踐教學的有重大作用。

參考文獻：

[1] 蘇曉光，于莉莉. 云計算在高校計算機實驗室建設管理中的應用[J]. 電腦知識與技術，2018（6）： 244-245.

[2] 黃葉超. 基于云計算在高職計算機實驗室建設管理中的應用[J]. 電腦知識與技術，2018（2）： 132-134.

[3] 李建芳.云計算技術在高校計算機實驗室中的應用[J]. 電子技術與軟件工程， 2017 （12） ： 159-160.

[4] 閆格.基于云計算架構的高校實訓室設計與實施[J].漳州師范學院學報（自然科學版），2011（4）：25-29.

[5] 曾德生.駱金維.劉倍雄.郭雅.基于 KVM 的桌面云管理系統設計與實現[J].電腦編程技巧與維護，2017（23）：62-63，87.