基于云計算的高校計算機實驗室建設(shè)方案優(yōu)化

張趁香，朱旦晨

(淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機與通信工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003)

0 引言

目前很多高校己形成計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機通信、計算機軟件、多媒體技術(shù)等多個發(fā)展方向的學(xué)科，各個方向所需實驗室和設(shè)備已經(jīng)建設(shè)完備。但是隨著計算機的快速發(fā)展，各個高校的計算機實驗室原有儀器設(shè)備配置變低，不得不重新購買新的設(shè)備，這就需要投入大量資金，加上給設(shè)備安裝軟件的過程相對繁瑣，也需要花費大量的人力和時間［1］。另外，學(xué)生上機實驗的數(shù)據(jù)也不能在機器上存儲，只能自己通過移動存儲設(shè)備來存儲數(shù)據(jù)，這樣會使實驗室中的機器感染病毒，給后期的維護(hù)和使用帶來負(fù)擔(dān)，這些問題都嚴(yán)重影響了實驗室的發(fā)展。如何優(yōu)化實驗室建設(shè)，提高實驗室使用率，讓教師和學(xué)生能滿意地使用，對各個高校來說都是一個令人頭疼的問題。云計算技術(shù)的出現(xiàn)為解決上述問題提供了可能，也為高校計算機實驗室建設(shè)提出新的建設(shè)方案［2］。本文主要將云計算技術(shù)與虛擬化技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建一個基于云計算的計算機實驗室，可以很好地實現(xiàn)計算機實驗室資源共享，提高實驗室的使用效率，還可以充分滿足實驗的多樣性需求。

1 云計算平臺概述

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)中對云計算的概念有很多種解釋，定義也各式各樣，可以將其理解為分布式計算、并行處理、網(wǎng)格計算綜合發(fā)展而成的商業(yè)產(chǎn)物，同時又提出了IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))、PaaS(平臺即服務(wù))、SaaS(軟件即服務(wù))、虛擬化(Virtualization)等概念［3］。

云計算是一個完全由第三方提供計算資源的理念［4］。近年來在計算機領(lǐng)域中備受關(guān)注，它利用虛擬化技術(shù)構(gòu)建虛擬資源池，屏蔽具體硬件體系結(jié)構(gòu)和多樣化的軟件系統(tǒng)平臺，動態(tài)分配資源和組織異構(gòu)資源，將存儲空間等資源進(jìn)行共享，根據(jù)用戶的需求進(jìn)行動態(tài)分配，并通過管理軟件實時監(jiān)控資源的分配情況，保證資源不浪費，既提高了計算機實驗室資源的利用率，又能使效益最大化。

采用云計算平臺構(gòu)建高校實驗室，可以給出一個較為理想的解決方案，減少用于計算機軟件技術(shù)、硬件設(shè)備更新的經(jīng)費投入，減少用于實驗室人員的維護(hù)和培訓(xùn)方面的經(jīng)費的投入，節(jié)省時間，還可以使廢棄的設(shè)備被再利用。

以淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件實驗室為例，采用傳統(tǒng)方式與采用云計算平臺設(shè)備在投入成本上的配置情況比較如表1所示。

表1 傳統(tǒng)實驗室與云計算平臺實驗室配置情況一覽表

從表1中可以看出，采用云計算平臺的軟件實驗室費用比傳統(tǒng)方式要節(jié)省3/4的投資，后期計算機實驗室如果要考慮擴展硬件或者更新軟件，云計算平臺的實驗室只需考慮擴充云終端服務(wù)器上的硬件設(shè)備以及對云終端的軟件進(jìn)行更新。而傳統(tǒng)方式則需要考慮每臺計算機硬件的更新和軟件更新，這樣所投入的成本就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過采用云計算平臺所投入的成本。因此，通過虛擬化技術(shù)和云計算技術(shù)相結(jié)合來構(gòu)建實驗室，形成存儲資源池、計算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池以及安全資源池，并根據(jù)用戶的需要進(jìn)行分配，可達(dá)到實驗室方案優(yōu)化的目的，還可以節(jié)約成本。云計算平臺的實驗室建設(shè)基本架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云計算平臺的實驗室建設(shè)基本架構(gòu)

2 云計算平臺的實驗室建設(shè)方案

2.1 云計算平臺的實驗室建設(shè)基本架構(gòu)

目前，可以選擇較為穩(wěn)定的虛擬化方案，將云計算技術(shù)與虛擬化技術(shù)有機結(jié)合，用于構(gòu)建高校的計算機實驗室，既提高了實驗資源的共享性與使用效率，又充分滿足實驗的多樣性需求。以淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機實驗室為例，結(jié)合學(xué)院的特點，設(shè)計了一種云計算平臺建設(shè)方案(見圖1)。

2.2 云計算實驗平臺軟件選擇

服務(wù)器虛擬化軟件品牌有很多，比如VMWare提供的 vSphere和 ESXi，vSphere是收費的，ESXi是免費的，思杰提供的Essentials和XenServer，Essentials是收費的，XenServer是免費的。目前很多的服務(wù)器虛擬化都是選擇VMWare的vSphere，它不但提供了完善的服務(wù)器解決方案，也可以安裝不同的操作系統(tǒng)，使得云終端服務(wù)器的功能更強大，可滿足不同的用戶需求。通過使用VMWare的vSphere對服務(wù)器虛擬化，就可以將一臺服務(wù)器虛擬出多臺虛擬服務(wù)器來使用，這樣可以實現(xiàn)多個不同的操作系統(tǒng)在一臺服務(wù)器上運行，相互之間不受影響，就不需要花大量的投資來購買多個服務(wù)器了，很大程度上節(jié)約了成本［5］。VMWare的vSphere解決方案如圖2所示。

2.3 云計算平臺的實驗室資源建設(shè)方案

選取一臺計算機作為物理計算機，在此計算機的主機上，使用虛擬化技術(shù)創(chuàng)建多個虛擬機，在所創(chuàng)建的虛擬計算機上安裝不同的操作系統(tǒng)，在各個操作系統(tǒng)之上再安裝所需要的系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、實驗軟件、辦公軟件等，云計算平臺的實驗室資源建設(shè)方案如圖3所示。

圖2 VMWare的vSphere平臺拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3 云計算平臺的實驗室資源建設(shè)方案

把所有數(shù)據(jù)都放在服務(wù)器的云終端，這樣管理人員可以很方便地管理各種軟件和實驗數(shù)據(jù)等信息，學(xué)生上機實驗時，只需要在客戶端輸入管理員分配的云計算用戶帳號進(jìn)入系統(tǒng)，所使用的軟件和要存放的數(shù)據(jù)全部在云終端的服務(wù)器系統(tǒng)中，云計算終端的資源管理軟件會根據(jù)用戶不同的需求自動分配。

3 云計算平臺的實驗室實施

依據(jù)上述設(shè)計方案，在不改變現(xiàn)行使用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的條件下，對計算機實驗室采用路由器連接外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)采用虛擬化技術(shù)和云計算相結(jié)合的方法來構(gòu)建虛擬機機群［6］。具體實施的步驟如下:

(1)利用一臺高性能服務(wù)器安裝vCenter Serve，在此計算機上安裝Windows 2008 64bit版、DNS、VMware vCenter Server和相關(guān)插件服務(wù)。

(2)選取一臺通用的計算機安裝vShere Client，提供與VMware vSphere系統(tǒng)進(jìn)行交互管理的主要連接方式。在此計算機上安裝vCenter Client實施管理，vSphere Client可用作vCenter Server系統(tǒng)的管理界面以及各個虛擬機的操作控制臺，為云終端的用戶提供可用的服務(wù)。

(3)數(shù)據(jù)庫用于組織VMware vSphere環(huán)境下的所有配置數(shù)據(jù)。vCenter Server支持多種不同的數(shù)據(jù)庫，比如 Mircosoft SQL Server 2008Express、Oracle等。如果部署規(guī)模較大，可以對vCenter Update Manager使用 Mircosoft SQL Server 2008 Express數(shù)據(jù)庫，對 vCenter Server使用 Oracle數(shù)據(jù)庫，這樣就可以確保數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡。如果部署的規(guī)模較小，那么可直接使用其中的一種數(shù)據(jù)庫設(shè)置少量的主機和虛擬機。

(4)對實驗室中的每一臺計算機指定要訪問IP地址或虛擬機的主機名稱、輸入管理員分配的用戶名和密碼，就可以通過云終端中提供的遠(yuǎn)程共享模式直接訪問云平臺中的各個虛擬機，也可以在瀏覽器中打開vSphere虛擬機管理界面，創(chuàng)建虛擬機并安裝自己要使用的軟件。

4 云計算平臺實驗室建設(shè)性能分析

(1)以低投入獲得高性能。用戶終端只需要一臺普通的計算機，通過云終端分配的賬戶登錄云終端服務(wù)器，就能使用云終端的相關(guān)資源。這樣學(xué)校就不需花費巨額資金頻繁地更新設(shè)備，從而以低投入獲得高性能。

(2)云終端提供海量的資源存儲空間。通過虛擬化技術(shù)和云計算相結(jié)合構(gòu)建的虛擬資源池能容納海量的數(shù)據(jù)，理論上提供了不受限制的存儲空間，可以按照需要隨時增加存儲空間，滿足各種信息增長對存儲空間的要求。

(3)減少實驗員對軟件升級和維護(hù)的工作量。實驗員不需要逐個更新客戶終端中的軟件，只需要對云中的資源進(jìn)行軟件的升級和維護(hù)，這樣就極大地減少了實驗室日常維護(hù)的工作量，提高了工作效率。

(4)采用云計算技術(shù)實現(xiàn)了計算機實驗室的資源共享。利用各個實驗室的資源構(gòu)筑一個虛擬資源池，當(dāng)某個實驗室客戶端要使用其中的資源時，可以直接從共享資源池中獲取相關(guān)資源，這樣就解決了高校里實驗資源分布不均的問題，提高了高校實驗室資源的利用率。

(5)實現(xiàn)了Vmware虛擬化實驗室的解決方案。教師能夠集中控制所有實驗室終端的桌面環(huán)境，同時依舊保持學(xué)生的靈活性和實驗數(shù)據(jù)，可以在任何地方、任何設(shè)備上開展工作，保證教師將更多時間花在教學(xué)工作上，提高教學(xué)質(zhì)量。

5 小結(jié)

本文給出了基于云計算的實驗室建設(shè)方案，學(xué)生所使用的計算機終端只需配置一般的計算機。軟件的安裝、更新、維護(hù)，硬件設(shè)備的更新等統(tǒng)一在云終端(vCenter Server)服務(wù)器上進(jìn)行。學(xué)生可以選擇自己要使用的操作系統(tǒng)平臺，比如Windows2000、WindowsXP、Window2003、 Windows7等，還可以切換到Linux、Unix類操作系統(tǒng)，這樣就提供了豐富的平臺供不同的教學(xué)使用，可滿足教學(xué)過程中的各種需求。另外，通過vCenter虛擬化云終端，能夠定時地對虛擬機進(jìn)行維護(hù)，保證學(xué)生所使用的數(shù)據(jù)安全，使終端能穩(wěn)定、高效地使用，也可以定時開機和關(guān)機、提供負(fù)載均衡。基于云計算的實驗室建設(shè)方案可進(jìn)一步推廣應(yīng)用，為廣大的學(xué)生和教師及科研工作者提供更有利的實驗環(huán)境。

［1］鄧德勝，盛均全，周芳.高校實驗室資源共享的構(gòu)想［J］.當(dāng)代教育論壇，2008(1):62 －64.

［2］單美賢.虛擬實驗教學(xué)的初步探索［C］.黃榮懷.第六屆全球華人計算機教育應(yīng)用論文集(下).北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，2002:288－291.

［3］王慶波.虛擬化與云計算［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.

［4］崔云飛，李藝，李昀，等.基于SOA的云計算體系結(jié)構(gòu)研究［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，22(4):77 －80.

［5］金海.計算系統(tǒng)虛擬化:原理與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［6］何克抗.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)新發(fā)展［J］.電化教育研究，2001，100(8):65 －71.