基于云計算技術的高職計算機實驗室建設探析

一、引言

云計算可以定義為一個移動的概念，它以公開的標準和服務為基礎，以互聯網為中心，提供安全和快捷的數據存儲和網絡計算服務，讓互聯網這片“云”成為每位網絡用戶的數據中心和計算中心，應用云計算技術用戶可以低成本建設本地資源，大量服務由云服務提供商來完成，用戶只需向云計算中心提交所需的服務，如應用軟件的使用，硬盤資源的分配，開發(fā)平臺的使用等，提交完成后即可正常使用，定期支付相應費用即可，這種技術優(yōu)勢對于高職院校計算機實驗室建設來說，可節(jié)省大量建設、維護與資源成本。近年來隨著云計算概念和相關技術的不斷涌現和應用，利用云計算來解決實驗教學所面臨的新問題與挑戰(zhàn)，通過建立基礎設施及服務平臺，以私有云計算基礎架構為基礎，為實驗教學提供有力的支撐與服務已成為高職院校計算機實驗室建設的新趨勢。作為高職教育重要的的教學一環(huán)，實驗實訓教學發(fā)揮著理論教學不可替代的作用，為加強實驗教學管理、使實驗資源利用達到最大化、不斷提升技能人才培養(yǎng)的質量，利用新技術進行實驗實訓教學正成為高職院校努力探索并實踐的實驗教學模式，然而實現新技術理念下的實驗實訓教學對于實驗資源以及設備依賴程度較高，而當下大部分高職院校普遍面臨有限資金來源、實驗實訓設備日趨老化、軟件資源不足等各種問題，制約著實驗教學的高質量開展。云計算技術的應用為這些問題的解決帶來了新的技術機遇，在硬、軟件條件上為實驗教學提供了新的模式和思路。

二、高職院校計算機實驗室現存問題分析

當前高職院校計算機實驗室使用現狀基本采用傳統(tǒng)方式，普遍存在的問題表現在：

1、計算機實際使用頻率失衡

傳統(tǒng)的計算機實驗室大多采用PC模式，每臺機器有獨立的一套資源，彼此之間共享資源有限。隨著計算機的功能越來越強，很多用戶可能只使用了計算機功能的一小部分，甚至只使用到計算機10%的性能，大量的PC性能被閑置或很少用到，不能很好地發(fā)揮計算機的性能。再有高職院校實驗室的計算機可能存在不同批次不同時期購置的計算機，這些計算機在品牌、配置及硬件系統(tǒng)上都存在有一定的差異，在這樣的硬件環(huán)境下，分配教學及實訓用機房的時候就需要根據機器配置及新舊情況酌情安排，從而導致配置較低、機器老化的機房的使用頻率相對較低，機器新、配置高的機房的使用頻率較高的情況的發(fā)生，有些機房的使用甚至超過其承載負荷，長期處于超負荷的狀態(tài)，長期閑置不用與超負荷使用都會對計算機的硬件造成不同程度的損傷。

2、計算機實驗室硬件投入落后于軟件發(fā)展步伐

按照計算機正常使用年限，計算機實驗室從建成到淘汰的周期大致是在3至5年，頻繁更新計算機房不是所有的院校財力所能達到的，況且計算機軟件的開發(fā)速度比硬件發(fā)展更快，計算機專業(yè)軟件每年都會推出更新版本，而且更新版本對硬件配置又有更高的要求，軟件要求的最低配置門檻不斷地提升，學校機房設備是遠遠不能適應這種變革的，拿硬件建設速度去緊跟軟件的開發(fā)速度是財力所達不到的，這樣的后果使得硬件條件逐漸不能適應實驗實訓和考試所使用的軟件的更新，長久如此對教學效果是一個很大的影響。

3、信息資源安全得不到充分保障

計算機病毒歷來是計算機實驗室管理人員所面臨的最棘手的問題，計算機病毒難以杜絕的主要原因是計算機和存儲介質的交叉使用，而且實驗室的計算機均處于局域網中，有些病毒極易通過本地網絡傳播，導致一損俱損的不良后果。一旦病毒泛濫，即會影響到機器的正常使用，大大增加了管理維護人員的工作量，同時也對計算機造成損耗，它所帶來的影響是不可估量的。

4、實驗實訓產生的數據及文件難以安全長久存儲

實驗實訓室為了防病毒，一般都會給機器安裝還原卡。然而安裝還原卡又帶了另外一個問題，那就是教師和學生在上機實訓的過程中產生的一些操作數據和個人文件，這些都需要存儲在機房以備后續(xù)使用，可是還原卡的存在阻撓了這種存儲的意愿。當然解決的方法可以是使用移動存儲設備進行存儲，但移動存儲設備是目前主要的病毒傳播途徑之一，勢必會帶來病毒在機房內的廣泛傳播，再有一種解決方法是上傳至機房的服務器進行存儲，雖然這種方法要強于使用移動存儲設備進行存儲，但是又存在有服務器存儲空間容量有限和存儲時效性等一些列問題，管理不便。

三、應用云技術對計算機實驗室建設的影響

1、可以有效降低硬、軟件投入

云計算是將強大的計算能力與存儲能力集中起來，使接入的計算機不必擁有很高的配置，利用云計算所提供的服務將原先需要在本地計算機上完成的處理、存儲等一些列消耗機器資源的工作放置到“云”中，這樣實驗室可以利用現有的計算機設備，硬件投入可以不必追逐高性能，也不必安裝許多軟件就可以享有同等的處理及存儲能力。隨著機房對計算機配置需求的降低，不同機房的使用頻率也將逐漸趨于平衡，機器的使用也更趨合理和安全。

2、海量存儲教師及學生的個人數據

計算機實驗室應用云計算技術服務后，資源數據存儲在云端，而且存儲量可以非常大，為實驗室資源儲存提供了安全和可靠的保證。這樣可以避免高校師生將實驗室資源數據存放在個人計算機上，可能感染計算機病毒而造成數據丟失。同時高校實驗室不需要購置數據庫服務器，也能滿足日益增加的實驗室資源數據。

3、提高實驗室信息安全性

現在幾乎所有的殺毒軟件都已經步入“云安全”時代，云安全的實質其實就是“團結協(xié)作、共同御敵”的理念，它是網絡時代信息安全的最新體現，它融合了并行處理、網格計算、未知病毒行為判斷等新興技術和概念，通過網狀的大量客戶端對網絡中軟件行為的異常監(jiān)測，獲取互聯網中木馬、惡意程序的最新信息，推送到Server端進行自動分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發(fā)到每一個客戶端。依托云安全服務，計算機實驗室對病毒的防殺能力就會得到進一步加強。

四、云計算技術下計算機實驗室建設解決方案

通過分析云計算的技術特點，結合高職院校實驗室資源的現狀，可以認為云計算技術對高校實驗室資源的優(yōu)化應用大有可為。在傳統(tǒng)的高職院校機房建設中，存在PC資源利用率低，維護工作量大、設備管理復雜、建設和使用成本高等缺點，云技術的出現和應用使得構建云計算環(huán)境的實驗室成為可能。在計算機實驗室建設中，首先需要對實驗室的層次結構進行規(guī)劃設計，課程對機器配置、軟件環(huán)境都有各自的特性要求，如果所有實驗室均采用統(tǒng)一安裝模式則可能造成資源的浪費、設備使用率低，有時可能導致機器和系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，從而影響實驗實訓的進行，達不到理想的教學效果。以網站開發(fā)課程實驗為例，這門課程需要安裝大量大型的軟件，其開發(fā)使用環(huán)境配置較復雜，在以往實驗實訓時每次需要花費大量時間進行實驗環(huán)境的搭建，而且由于設備老化等原因還要受到各種條件限制，在云計算環(huán)境下則可得到很好的解決。

在云計算模式下可根據機房規(guī)模的大小，結合計算機實驗室的特點，筆者認為可以在以下幾種解決方案中進行合理選擇。

方案一：ncomputing云終端解決方案

ncomputing計算機分享解決方案將是學院以有效的經費與人力資源配置計算機實驗室最理想的解決方案，ncomputing云終端通過自帶虛擬化軟件（vSpace）安裝在電腦主機上，利用PC電腦主機的資源創(chuàng)建多個虛擬化的桌面系統(tǒng)。允許多名用戶使用不同的賬戶同時登錄到一臺PC上，借助Windows操作系統(tǒng)底層的多用戶環(huán)境設計，每個用戶可以擁有完全獨立的桌面環(huán)境。不同賬號之間的數據和用戶設定可以完全隔離。對于用戶而言，使用虛擬桌面和PC沒有任何差異。

實驗室中的教師機和學生機相對較集中，通常是以班級為單位進行組織教學，并通過一臺或多臺交換機直接相連，使用云終端模式部署實驗室，教師機選用云服務器來充當，學生機選用云終端替代傳統(tǒng)PC，無需改變其現有的綜合布線系統(tǒng)及網絡結構，部署成本更加低廉、實施更加方便快捷。此外，云服務器使用的是Windows操作系統(tǒng)，實驗室中的課件也多是基于Windows操作系統(tǒng)的設計，所以僅需在云服務器上安裝相應的教學軟件，眾多的云終端即可同時并獨立地享用課件資源，教學網絡結構更加清楚明朗，后期管理維護也更加簡單容易。

采用云終端替代傳統(tǒng)PC作為計算機實驗室實驗終端，優(yōu)勢明顯：(1)可大幅降低建置成本。(2)具有超強的管理、監(jiān)控的功能，也有許多第三方開發(fā)的免費管理程序可搭配應用，教師可以在課堂中實時監(jiān)控每位學生的畫面，更好地進行課堂教學管理。(3)硬件使用率高。云終端采用先進的Windows虛擬桌面技術，支持多用戶共享一臺PC資源，充分釋放PC機富余的性能，在滿足學生使用的前提下，避免了性能過剩。(4)管理高效、易維護。云服務器集中管理所有終端，所有教學軟件在服務器端安裝配置完成，一切軟硬件升級和維護都只需在服務器端進行，而云終端是軟硬件集成一體化的小巧設備，基本無需維護和升級，學生使用授權可使用的軟件，并且無法隨意刪改權限。云終端軟件硬件穩(wěn)定可靠，大大降低了管理者維護工作量。(5)云終端軟硬件具有免費升級的特點，這樣云終端顯示給用戶的始終是軟件的最新版本，而且使用云終端替代傳統(tǒng)PC機可以提高計算機實驗室的整潔性和美感，給實驗實訓教學創(chuàng)造一個良好的環(huán)境。

方案二：私有云計算基礎架構解決方案

引入基于Hyper-V的服務器虛擬化來搭建私有云基礎架構。Hyper-V是內建于Windows Server 2008的一種虛擬化角色或功能，能夠在單一硬件服務器上，建立多個虛擬主機，讓這些虛擬主機共享更多硬件上的資源，能同時獨立運作各自的操作系統(tǒng)，并在上面執(zhí)行需要的應用程序或服務。針對服務器數量需求大，單臺服務器利用率低的情況，可引入基于Virtual Server的服務器虛擬化平臺，用虛擬化技術實現服務器整合，具有節(jié)省空間，降低能耗，便于管理等諸多優(yōu)勢。

虛擬化技術是云計算的基礎，在私有云解決方案中，可選用數據庫服務平臺SQL Server 2008以及WindowsServer 2008 R2/Hyper-V（虛擬化技術）/IIS組進行有機地融合，構建出云計算服務平臺。以Hyper-V服務器虛擬化技術構建底層虛擬化平臺，結合SystemCenter Virtual Machine Manager（簡稱SCVMM）虛擬機管理套件將現有的硬件服務器資源統(tǒng)一整合成為資源池，進行集中管理與調配。通過System Center實現了對整個私有云平臺和動態(tài)數據中心的基礎架構、應用的管理。在該管理架構下的各類計算資源可得到充分的整合與利用，各類計算資源根據需求動態(tài)地、智能地、自動化地分配到各個應用中，保證了各個應用的順暢運行，使得整個監(jiān)管系統(tǒng)在任何時間都可以提供給用戶一個切實可查的信息。具有穩(wěn)定性、易用性、安全性、高度擴展性的微軟私有云架構，能夠提高性能而不會成為擴展的瓶頸。

五、云計算技術應用的幾點思考

云計算雖然可以為職業(yè)院校計算機實驗室?guī)肀憷透咝У倪\行，但云計算不是包治百病的萬金油，不同層次的云計算技術解決的問題都有其局限性，因此在選擇云計算技術時必須要明確核心需求?；谠骗h(huán)境下進行計算機實驗室建設，我們必須對以下幾個問題進行深入、全面的思考，先謀定而后動。

1、網絡暢通、帶寬問題。云計算的各項服務的運行都是依托于網絡而發(fā)揮作用的，對于學校現在的網絡性能來說，還面臨著超乎想象的挑戰(zhàn)，云計算可能會大幅度增加互聯網流量，由此引發(fā)的服務中斷、網絡延遲等問題會嚴重制約云平臺使用，假若學校網絡帶寬不足以保證云服務的暢通，那么“云”所帶來的實際效果將會大打折扣，所以如何保障良好的網絡環(huán)境和網絡性能是成為云計算能否在院校計算機實驗室中得到高效的應用之重要前提。

2、信息資源存儲策略問題?；谠朴嬎慵夹g的計算機實驗室管理模式，是完全依賴于互聯網的，因此一旦接入的鏈路出現連接問題，可能會導致終端訪問不到任何機房資源，影響用戶正常的教學，因此，在云計算技術的使用過程中，建議不要將所有的資源完全放置在云端，最佳的方式是在本地備份相應的資源，在出現故障時可臨時切換。而目前一些比較大型的軟件，包括專業(yè)設計軟件、數據庫軟件與考試平臺等，要想在云端運行，還需要技術與標準的不斷提高才可行，需要進行進一步的探索與大量的測試。

3、安全保障問題。融入“云”也即暴露給“云”，實驗室的信息資源及師生個人信息等就特別需要有可靠的安全保護。所以計算機實驗室在享受云計算帶來的便利之前必須對云服務提供商提出應用程序質量、可移植性和安全、對于數據提供方式的控制、認證和標準等以及數據安全性和合規(guī)性。

4、建設投入問題。學院使用云計算服務必然要把原有相關軟件移植到新的云計算模式中，這就要進行原有的計算模式和云計算模式成本的比較，要考慮搭建云計算環(huán)境的價格、總體擁有成本的相關因素及自身資源和需求，要考慮是否將所有的軟件應用和開發(fā)轉向云計算平臺等一系列問題，通過聚合服務而虛擬化的存儲資源，提高現有資產的回報率。

云計算為信息技術行業(yè)帶來了前所未有的機遇，云計算愿景令人矚目。高職院校計算機實驗室建設必將直面云計算技術發(fā)展的大潮，如何緊跟高新技術的發(fā)展潮流，根據學校實際靈活應用云計算技術，是擺在高職院校計算機實驗室管理工作者面前的新挑戰(zhàn)和新機遇。

[1]吳朱華.云計算核心技術剖析[M].北京:人民郵電出版社,2011.

[2]陳建新.云計算在數字化微格實驗室建設中的應用探究[J].中國教育信息化,2010(12).

[3]崔文,王國勇.基于校園網的云計算應用初探[J].微計算機信息,2010(18).