基于云計算的高校計算機類實驗室建設研究

孔燚

摘 要：通過對目前高校計算機實驗室的存在的問題分析，將云計算技術引入算機實驗室建設，可以解決目前計算機實驗室中管理難度大、資源利用率低等問題。文章分析介紹了多種云計算的技術方案優(yōu)缺點，結合高校計算機實驗室的實際情況，提出了一種采用混合式云計算技術架構的計算機實驗室建設方案。

關鍵詞：云計算;虛擬化技術;實驗室建設

0 引言

隨著信息網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，計算機在各個領域得到了很好的應用。作為培養(yǎng)高端人才的高校，均要求學生能夠熟練運用計算機進行專業(yè)學習。高校的計算機實驗室承載著學生學習各種計算機網(wǎng)絡技術知識的工作，是學生學習、實驗、實踐的重要基地。隨著高校擴招、專業(yè)人才培養(yǎng)方案的調(diào)整，計算機實驗室也面臨著資源不足、設備更新?lián)Q代快、管理困難等諸多難題，如何解決這些難題，成為當下高校實驗室技術管理人員的重要任務。

1? ? 高校計算機實驗室的現(xiàn)狀和存在的問題

近年來，各高校根據(jù)人才培養(yǎng)的需求，在相關專業(yè)推出了很多計算機應用方面的課程，并投入大量的資金進行計算機實驗室的建設，計算機實驗室建設的先進性和實驗室的管理水平直接影響著師生教學活動能否正常開展。目前，高校的計算機實驗室在管理維護和使用過程存在一些問題。

1.1? 建設成本高、使用周期短

隨著信息及時和網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，計算機軟件和硬件還有網(wǎng)絡的更新越來越頻繁，以適應高校人才培養(yǎng)的需要，計算機實驗室使用周期也越來越短，無法滿足日益增長的教學應用需求，建設成本也不斷增加[1]。

1.2? 管理工作繁重、難度大

目前高校計算機實驗室基本采用傳統(tǒng)的計算機部署模式，即在每個桌位配備一臺計算機硬件設備，在這臺計算機上安裝獨立的操作系統(tǒng)和應用軟件系統(tǒng)[2]。每個計算機實驗室都需有技術人員來進行管理和維護工作，需花費大量時間和精力在安裝和部署操作系統(tǒng)及軟件程序等應用環(huán)境;同時臨時性的軟件升級變更、系統(tǒng)補丁更新等維護工作，管理技術人員工作量極大，增加了日常管理及維護的成本。

1.3? 實驗室開放共享受限制

由于實驗室管理技術人員的不足，以及寒暑假等法定節(jié)假日特殊情況，實驗室基本處于閑置狀態(tài)。而很多實驗必須依靠實驗室的計算環(huán)境，進行相關實驗操作。

2? ? 云計算技術在高校計算機實驗室中的應用優(yōu)勢

云計算主要通過虛擬化技術來實現(xiàn)各種應用，虛擬化技術打破了固有的物理硬件之間的隔離，將網(wǎng)絡中所有的設備統(tǒng)一管理，形成共享資源池，通過管理程序將這些資源當成一個實體來管理[3]，從而實現(xiàn)資源分享、資源定制和按需服務。在高校計算機實驗室中，云計算主要發(fā)揮著如下的應用優(yōu)勢。

2.1? 降低實驗室建設成本，有效利用資源

云計算計算機實驗室將硬件設備集中管理、按需分配，當客戶端電腦性能不足時，只需將云端服務器集群的資源進行升級擴展即可。計算機實驗室對電腦客戶端的性能要求不高，可充分利用一些面臨淘汰的計算機設備，減少實驗室建設的硬件成本，提高設備的利用率。

2.2? 方便實驗室管理和維護

運用云計算技術將實驗室的軟硬件資源統(tǒng)一管理，大大減少管理人員升級和維護系統(tǒng)的工作量。管理人員在更新維護系統(tǒng)時，只需在服務器上進行操作，而不需逐臺更新，節(jié)省系統(tǒng)應用的部署時間，降低人力資源費用和管理成本，提高管理效率。

2.3? 突破實驗室使用限制

將實驗室接入校園網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)，師生可以利用不同的客戶端登錄云端，可以享受到云計算所提供的虛擬桌面及軟件環(huán)境。所有數(shù)據(jù)都存儲在云端，學生可即時學習，教師可即時備課或者進行科研，享受到實驗室的計算資源[3]。

3? ? 主流的云桌面技術

3.1? VDI技術

虛擬桌面基礎架構（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）技術是基于各種虛擬化技術（KVM，XEN，VMware，Hyper-v），在服務器硬件資源進行虛擬化，然后通過高速網(wǎng)絡，把“桌面”實時傳輸?shù)浇K端上，用戶在終端可實時對云桌面進行操作。

VDI架構的系統(tǒng)客戶端的計算和文件存儲工作均在服務器端完成，每個客戶端的CPU、硬盤、內(nèi)存資源由服務器端按需分配;系統(tǒng)安全性很好，所有的計算和數(shù)據(jù)存放都在服務器端。但VDI非常依賴網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中斷系統(tǒng)就不能使用，如果虛擬系統(tǒng)數(shù)量過多，客戶端分配的計算資源有限，影響客戶端的性能。此外VDI系統(tǒng)外設兼容性略差于傳統(tǒng)PC電腦，3D和高清視頻應用方面也有限制，需要GPU顯卡支持，方可完成簡單的3D渲染。

3.2? VOI技術

虛擬操作系統(tǒng)架構（Virtual Operating-system Infrastructure，VOI）架構虛擬終端電腦的操作系統(tǒng)，將終端電腦的操作系統(tǒng)鏡像保存在服務器上，服務器根據(jù)用戶需求下發(fā)操作系統(tǒng)鏡像，隨后操作系統(tǒng)在終端電腦硬件上獨立運行。VOl架構終端操作系統(tǒng)直接運行在本地硬件上，省略了本地虛擬化。

VOI架構沒有虛擬化層開銷，計算機性能沒損耗，客戶端對外設和其他設備兼容性好，對服務器性能和網(wǎng)絡依賴不高，即使網(wǎng)絡中斷、服務器故障，各終端仍然可以繼續(xù)使用。但VOI架構主要支持PC終端，不支持其他終端接入。此外，終端硬件配置種類多，系統(tǒng)兼容性不好，管理維護工作也比較困難。

3.3? IDV技術

智能桌面虛擬化（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）架構由英特爾公司（Intel）率先提出，其工作原理是在終端本地安裝相關的虛擬化管理程序，虛擬機鏡像在服務器集中管理，在終端的虛擬化管理程序上運行。

IDV架構的采用分布式計算，服務器只用來控制和管理，服務器成本較低，鏡像存儲在本地，支持離線使用。此外，不支持按需分配、不支持多終端接入。

4? ? 混合式云計算架構的計算機實驗室建設方案

每一種云計算架構都有各自的優(yōu)點和缺點，但高校計算機實驗室需求復雜，既要考慮學校各專業(yè)師生的上機實驗、移動教學、課外開放等個性化、多元化應用需求，又需要考慮管理維護、建設成本、擴展性等綜合因素，故能夠融合多種云技術架構建設的計算機實驗室建設方案是比較切合實際應用的。

目前武漢噢易公司推出的桌面云融合平臺，是一套融合VOL和VDI、IDV技術，將多種技術架構融合在同一平臺，可滿足多種場景多種應用需求的桌面云融合平臺。混合式云計算架構桌面云融合平臺突破了VOI和VDI的技術界限，同時具備VOI/IDV桌面的高性能、VDI桌面的可移動特性，并通過統(tǒng)一的Web視圖管理界面、良好的交互體驗實現(xiàn)電腦桌面、設備、機房實驗室的統(tǒng)一管理和集中運維。該方案的系統(tǒng)架構如圖1所示。

該系統(tǒng)包括基礎設施層、平臺層、桌面層、終端層、用戶層5層架構，并通過單一的融合管理平臺實現(xiàn)對用戶桌面、終端設備、專業(yè)機房統(tǒng)一管理和集中運維，從而大大降低管理運維難度，打造新時代的桌面云計算實驗室，在平臺架構和技術形態(tài)上，實現(xiàn)易管理、可擴展、高彈性、可開放共享的IT 服務資源平臺。

5? ? 結語

云計算技術給高校計算機實驗室建設帶來諸多便利，各高校相關實驗室管理部門和使用單位應懂得通過云計算的信息化技術改善實驗教學環(huán)境，推動高校實驗室建設走向云時代。云計算技術能給計算機實驗室的管理維護以及實驗室開放共享等提供很多的便利，同時也對實驗室的管理維護人員專業(yè)上提出了更高的要求，需要熟練掌握云計算實驗室系統(tǒng)的操作以及各種配置和故障處理等。

[參考文獻]

[1]李艷華.高校公共機房建設和管理的思[J].實驗室科學，2007（6）：111-113.

[2]翁國秀.云桌面技術在高校計算機實驗室建設和管理中的應用[J].信息與電腦（理論版），2012（1）：110-111.

[3]王梅源，鄭雙怡，張勁松，等.基于“云”的信息管理實驗室建設分析與思考[J] .實驗技術與管理，2015（11）：251-256.

（編輯 傅金睿）

Research on the construction of computer laboratory based on

cloud computing in colleges and universities

Kong Yi

（Training Center of Animation and Digital Art College， Communication University of Zhejiang， Hangzhou 310018， China）

Abstract：Through the analysis of the problems existing in the current computer laboratory in Colleges and universities， the introduction of cloud computing technology into the construction of computer laboratory can solve the problems of difficult management and low resource utilization rate in the current computer laboratory. This paper analyzes the advantages and disadvantages of a variety of cloud computing technology solutions， combined with the actual situation of university computer laboratory， puts forward a computer laboratory construction scheme using hybrid cloud computing technology architecture.

Key words：cloud computing; virtual technology; laboratory construction