云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用模式初探

摘要 云計(jì)算是一種基于網(wǎng)絡(luò)的新型服務(wù)模式，是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究中的熱點(diǎn)。云計(jì)算本身并不僅是計(jì)算機(jī)技術(shù)的革新，更是服務(wù)模式的革新，目前云計(jì)算模式主要應(yīng)用于電子政務(wù)等領(lǐng)域。本文將云計(jì)算引入高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，從硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的角度，對(duì)云計(jì)算在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用予以了探討，并試圖建立一個(gè)更高效、更易維護(hù)的實(shí)驗(yàn)室管理模式。

關(guān)鍵詞 云計(jì)算 虛擬資源 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1 引言

1.1 高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的壓力

高校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是基于院系的，以院系為單位構(gòu)建自己的機(jī)房，獨(dú)立的硬件和軟件設(shè)備，獨(dú)立的人員配置。而這種模式所帶來(lái)的后果一方面造成人員、設(shè)備的冗余，造成了一定的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)；另一方面，由于高校課程教學(xué)的特點(diǎn)，每學(xué)期的課程都會(huì)有所更新，相應(yīng)的軟件也需要及時(shí)更新，給實(shí)驗(yàn)室工作人員增加了巨大的負(fù)擔(dān)；同時(shí)由于計(jì)算機(jī)病毒的破壞性影響，學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中必須攜帶移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，也給學(xué)生造成了一定的不便。

1.2 云計(jì)算的概念

云計(jì)算（cloud computing）是一種基于網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)計(jì)算模式，可以理解為：云計(jì)算通過(guò)將計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上而非本地計(jì)算機(jī)中，按照互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)作模式將資源切換到所需要的應(yīng)用上，并根據(jù)需求訪問網(wǎng)絡(luò)資源的共享利用模式。云計(jì)算具有分布式存儲(chǔ)和計(jì)算、高可擴(kuò)展性、高可用性、用戶友好等特點(diǎn)。

在云計(jì)算模式中，數(shù)據(jù)、軟件不再存放在本地計(jì)算機(jī)中，而是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問云來(lái)獲得所需數(shù)據(jù)或軟件服務(wù)。本地計(jì)算機(jī)不再需要硬盤、內(nèi)存、CPU等設(shè)備，只需要終端，因此，云計(jì)算是一種超級(jí)瘦客戶家模式。

2 基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)

將云計(jì)算模式應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，主要目標(biāo)包括：一方面，利用最新服務(wù)器虛擬化技術(shù)建設(shè)數(shù)據(jù)中心云實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行整合，提高院校中心機(jī)房服務(wù)器整體利用率，減輕管理人員負(fù)擔(dān)，降低中心機(jī)房整體功耗，減少高校對(duì)機(jī)房及實(shí)驗(yàn)教室的運(yùn)維成本；另一方面，利用現(xiàn)有的桌面虛擬化技術(shù)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室教室桌面客戶端計(jì)算平臺(tái)，所有桌面資源及應(yīng)用軟件配置在管理端統(tǒng)一配置，節(jié)約客戶端管理成本，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速的部署與實(shí)施。

3 基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容

3.1 實(shí)驗(yàn)室硬件平臺(tái)的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室硬件平臺(tái)的建設(shè)主要分為兩部分：存儲(chǔ)子系統(tǒng)和服務(wù)器/操作系統(tǒng)主系統(tǒng)。

3.1.1 存儲(chǔ)子系統(tǒng)（如圖1）

存儲(chǔ)子系統(tǒng)位于平臺(tái)的最底層，主要提供整個(gè)服務(wù)器虛擬化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理，由通用的SAN存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。

存儲(chǔ)系統(tǒng)支持FCP、OCFS/NFS、iSCSI等方式連接到服務(wù)器子系統(tǒng)，提供靈活的可擴(kuò)展的存儲(chǔ)空間，由于采用開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議方式連接，具有無(wú)限可擴(kuò)展性，支持按需在線增加存儲(chǔ)設(shè)備、按需在線增加到存儲(chǔ)云子系統(tǒng)，方便于未來(lái)服務(wù)器虛擬化及實(shí)驗(yàn)室虛擬桌面客戶端系統(tǒng)的容量擴(kuò)展。

在云平臺(tái)中，可以把整個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)分為兩部分：服務(wù)器虛擬化資源池中心及虛擬桌面資源池中心。

存儲(chǔ)子系統(tǒng)主要完成計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理與保存功能，所有管理平臺(tái)、系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室桌面客戶端系統(tǒng)平臺(tái)、各個(gè)獨(dú)立的虛擬服務(wù)器都要依賴其存儲(chǔ)功能來(lái)完成計(jì)算需求。

3.1.2 服務(wù)器/操作系統(tǒng)子系統(tǒng)

服務(wù)器云是整個(gè)服務(wù)器虛擬化的最核心部分，所有服務(wù)器虛擬化及桌面虛擬化中的功能及子系統(tǒng)都是依賴于服務(wù)器系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它既包括硬件服務(wù)器和底層操作系統(tǒng)部分，同時(shí)又包括實(shí)驗(yàn)室建設(shè)整體環(huán)境中的虛擬機(jī)超級(jí)監(jiān)督器功能，是運(yùn)行虛擬桌面系統(tǒng)/功能服務(wù)器系統(tǒng)的底層基礎(chǔ)平臺(tái)。

服務(wù)器子系統(tǒng)主要包括物理服務(wù)器運(yùn)行的操作系統(tǒng)及虛擬化軟件，使得所有服務(wù)器整合為一個(gè)統(tǒng)一的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，抽象出統(tǒng)一的硬件資源，包括cpu資源池，memory資源池、network資源池，storage資源池，任意云都可以按需在統(tǒng)一資源池中獲得硬件資源并運(yùn)行。

3.2 云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)

云管理平臺(tái)提供所有的管理功能，包括從裸機(jī)到虛擬機(jī)的應(yīng)用以及端到端的整體管理功能。由于整個(gè)云平臺(tái)復(fù)雜的軟硬件架構(gòu)，必須通過(guò)一個(gè)強(qiáng)大的統(tǒng)一管理平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件資源的整合和虛擬化，對(duì)功能服務(wù)器的模板制作與部署，對(duì)所有虛擬機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、刪除、回收克隆、快照等，對(duì)整個(gè)計(jì)算平臺(tái)運(yùn)行性能進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控的日志報(bào)告等功能，并且盡可能保證服務(wù)器的正常運(yùn)行。

3.3 桌面云系統(tǒng)建設(shè)

瘦客戶機(jī)的云實(shí)驗(yàn)室使得，客戶端的操作只能通過(guò)虛擬桌面來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)“桌面→數(shù)據(jù)中心”的虛擬化解決組合方案，來(lái)管理用戶軟硬件堆棧從應(yīng)用到磁盤，包括虛擬服務(wù)器、虛擬桌面、存儲(chǔ)以及應(yīng)用軟件。

圖1 儲(chǔ)存云子系統(tǒng)示意圖

4 基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

（1）基于web的集中管理工具，提供對(duì)虛擬機(jī)生命周期管理，包括虛擬機(jī)的創(chuàng)建、配置、克隆、共享、啟動(dòng)、遷移等；負(fù)載均衡、高可用、在線遷移等高級(jí)特性，可以充分保障學(xué)校教學(xué)任務(wù)及科研項(xiàng)目的高可用性和連續(xù)性；快速的應(yīng)用部署，無(wú)論是物理機(jī)到虛擬機(jī)的轉(zhuǎn)換還是全新的應(yīng)用部署，都能保證學(xué)校在最短的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算機(jī)相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、教學(xué)課題以及科研項(xiàng)目系統(tǒng)的搭建；先進(jìn)靈活的結(jié)構(gòu)，可以滿足學(xué)校不同規(guī)模的虛擬化需求。

（2）跨越時(shí)空的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只能提供學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，而基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供虛擬化服務(wù)，只要虛擬服務(wù)器不停，學(xué)生可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問虛擬服務(wù)器而獲得服務(wù)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

（3）維護(hù)性好。管理人員可以通過(guò)統(tǒng)一的Web界面對(duì)大規(guī)模計(jì)算、存儲(chǔ)資源進(jìn)行快速的管理和維護(hù)，節(jié)約人力和時(shí)間資源成本。

（4）可擴(kuò)展性。彈性架構(gòu)，可以方便按需水平擴(kuò)展，新購(gòu)置的服務(wù)器或存儲(chǔ)部署虛擬化之后，字節(jié)加入資源池即可使用。

（5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全。所有運(yùn)算和存儲(chǔ)集中在服務(wù)器端，用戶端不存放任何數(shù)據(jù)，方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生客戶的使用，同時(shí)避免了移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的隨意使用造成的病毒侵害。

（6）高可用性。虛擬機(jī)的高可用性是針對(duì)客戶機(jī)整體的高可用方案，當(dāng)單個(gè)虛擬機(jī)失效時(shí)，自動(dòng)重啟該虛擬機(jī)；如果服務(wù)器池中的某個(gè)物理服務(wù)器失效，運(yùn)行于該服務(wù)器上的所有虛擬機(jī)在負(fù)載均衡的配合下自動(dòng)重啟，無(wú)需人工干預(yù)。

（7）快速靈活的安裝部署。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特殊性，管理人員需要定期對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行更新，過(guò)程繁瑣而復(fù)雜。而基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室由于虛擬服務(wù)器和虛擬桌面都提供了克隆、模板及分發(fā)的功能，可充分利用這些功能批量生成新的桌面系統(tǒng)，部署虛擬環(huán)境和應(yīng)用變得輕而易舉。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟，云計(jì)算不再是高聳云端的高端理念，作為一種新型的服務(wù)模式，必將為計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來(lái)新的變革。建設(shè)基于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享，為用戶提供無(wú)限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算性能，并保證數(shù)據(jù)的安全、可靠。云計(jì)算與高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的結(jié)合，對(duì)于有效整合高校教學(xué)資源，提高資源的利用率，從而為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供參考，也進(jìn)一步拓展了云計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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