云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的應(yīng)用*

孔燚

云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的應(yīng)用*

孔燚

浙江傳媒學(xué)院 杭州 310018

分析高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀及存在的問題，將云計(jì)算技術(shù)引入高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理，給出基于云計(jì)算的高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，有效地解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本高、資源利用率低、管理困難等問題。

云計(jì)算；虛擬化技術(shù)；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用得到普及，掌握計(jì)算機(jī)基本知識和基本操作技能是當(dāng)代信息化社會對人才的基本要求。各個(gè)高校已經(jīng)把計(jì)算機(jī)課程作為各專業(yè)的必修學(xué)科，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識的重要場所，高校只有科學(xué)地建設(shè)和管理計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，才能幫助學(xué)生快速掌握計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識和技能。因此，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理成為高校相關(guān)職能部門的一個(gè)重要任務(wù)[1]。

1 高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和存在的問題

當(dāng)今各高校面向各專業(yè)各層次的學(xué)生均開設(shè)相關(guān)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的課程,使各校的計(jì)算機(jī)數(shù)量增加，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)大，同時(shí)學(xué)科建設(shè)的發(fā)展對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理也提出更高的要求。目前，高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要存在以下問題和挑戰(zhàn)。

1.1 建設(shè)成本高、利用率低

目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室基本上采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)部署模式，即在每個(gè)需求點(diǎn)上配備一臺計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，并且還需要在這臺計(jì)算機(jī)上安裝獨(dú)立的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件程序。校內(nèi)各個(gè)院系需要根據(jù)自己的專業(yè)需要建設(shè)不同軟、硬件環(huán)境的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，同一個(gè)專業(yè)不斷更新的教學(xué)內(nèi)容也需要不斷調(diào)整計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室里的軟硬件設(shè)施[2]。因此，高校面臨的主要問題是各類計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)很難趕上日益增長的應(yīng)用需求，建設(shè)成本不斷增加。另外一個(gè)比較嚴(yán)重的問題是，校內(nèi)各計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室都是各院系根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)備采購，很多設(shè)備都是重復(fù)采購，導(dǎo)致成本增加；而實(shí)驗(yàn)室中的一些設(shè)備的利用率并不高，幾年后就被淘汰，這就造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)[3]。

1.2 管理難度大

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的管理維護(hù)都必須由專業(yè)人員來負(fù)責(zé)，為了滿足各專業(yè)、班級的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，管理員需要花費(fèi)大的時(shí)間和精力在機(jī)房安裝和部署操作系統(tǒng)及軟件程序等應(yīng)用環(huán)境；同時(shí)臨時(shí)性的軟件變更、系統(tǒng)補(bǔ)丁更新、殺毒軟件升級等維護(hù)工作，也為管理員帶來極大的工作量，大大提高日常管理及維護(hù)的成本。

1.3 實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間和實(shí)驗(yàn)平臺受限制

由于人員短缺，實(shí)驗(yàn)室不可能隨時(shí)開放，而實(shí)驗(yàn)必須依靠實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算環(huán)境，師生的實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間的限制，無法充分利用時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。某些實(shí)驗(yàn)還需要特殊的實(shí)驗(yàn)平臺，師生還必須到指定的實(shí)驗(yàn)室來完成實(shí)驗(yàn)。

1.4 軟件終端授權(quán)問題

各高校在完成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的硬件建設(shè)后，還需要采購大量的教學(xué)仿真軟件和設(shè)計(jì)軟件等，需花費(fèi)高額的采購費(fèi)用和后續(xù)升級維護(hù)費(fèi)用，而盜版軟件存在安全漏洞和法律風(fēng)險(xiǎn)。

2 云計(jì)算的概念和特點(diǎn)

云計(jì)算的橫空出世給全球信息化建設(shè)帶來新一輪的技術(shù)革命，利用云計(jì)算技術(shù)可以輕易解決以往計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理中遇到的各種問題，利用云計(jì)算技術(shù)可以搭建一個(gè)經(jīng)濟(jì)、適用、易管理的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺。

2.1 什么是云計(jì)算

云計(jì)算（Cloud Computing）是并行計(jì)算、分布式處理和網(wǎng)格計(jì)算的新發(fā)展，是依托網(wǎng)絡(luò)向客戶提供安全、快速、便捷數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的服務(wù)模式[4]，是一種新的IT架構(gòu)模式。用戶通過網(wǎng)絡(luò)，以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源，如基礎(chǔ)硬件、系統(tǒng)平臺或程序軟件等。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”，用戶可以隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)利用“云”提供的硬件基礎(chǔ)設(shè)備獲取計(jì)算服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。

2.2 云計(jì)算與虛擬化技術(shù)

云計(jì)算主要通過虛擬化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，虛擬化技術(shù)是指把一個(gè)物理單元虛擬成多個(gè)邏輯單元[5]，供多個(gè)應(yīng)用一起使用，被虛擬的實(shí)體是各種各樣的IT資源，包括內(nèi)存虛擬化、存儲虛擬化、硬件虛擬化、軟件虛擬化、系統(tǒng)虛擬化等。虛擬化技術(shù)打破了固有的物理硬件之間的隔離，將網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備統(tǒng)一管理，形成共享資源池，通過管理程序?qū)⑦@些資源當(dāng)成一個(gè)實(shí)體來管理，可以根據(jù)不同的負(fù)載動態(tài)地重新配置軟硬件資源，從而實(shí)現(xiàn)資源分享、資源定制和按需服務(wù)。

3 云計(jì)算技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用優(yōu)勢

云計(jì)算具有集中化管理優(yōu)勢，不僅能夠大大節(jié)約運(yùn)營成本，還可以提高運(yùn)維效率。隨著云計(jì)算技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外很多高校已經(jīng)將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在教育和科研領(lǐng)域。在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，云計(jì)算主要發(fā)揮下面幾項(xiàng)應(yīng)用優(yōu)勢。

3.1 降低實(shí)驗(yàn)室投入，提高設(shè)備利用率

由于云計(jì)算對使用的終端計(jì)算機(jī)本身的要求并不高，通過云計(jì)算建設(shè)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室可以利用學(xué)校里目前一些已經(jīng)淘汰或者面臨淘汰的計(jì)算機(jī)設(shè)備，將舊電腦的利用率最大化，避免了今后頻繁地更新升級設(shè)備，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本。

3.2 方便實(shí)驗(yàn)室管理和維護(hù)

運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)將實(shí)驗(yàn)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(hù)系統(tǒng)的工作量。管理人員在更新維護(hù)系統(tǒng)時(shí)，只需在服務(wù)器上進(jìn)行操作即可，而不需要逐臺更新，大大節(jié)省系統(tǒng)的部署時(shí)間，降低人力資源費(fèi)用和管理成本，提高管理效率。

3.3 突破實(shí)驗(yàn)室使用的時(shí)間和地點(diǎn)限制，有利于實(shí)驗(yàn)室的開放共享

將實(shí)驗(yàn)室接入校園網(wǎng)或者英特網(wǎng)，師生利用不同的客戶端登錄云端，可以享受到云計(jì)算所提供的虛擬桌面及軟件環(huán)境。學(xué)生在課堂上沒有完成的作業(yè)，不需要用U盤等移動存儲拷貝相關(guān)的素材文件，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都存儲在云端。教師課外要備課或者進(jìn)行科研，在家里通過英特網(wǎng)登錄云端，同樣可以享受到實(shí)驗(yàn)室的資源。

3.4 減少軟件投入費(fèi)用

只需要在服務(wù)器或管理機(jī)上安裝一套應(yīng)用軟件，終端通過登錄云端就可以直接使用該軟件，不需要單獨(dú)的安裝和授權(quán)。這樣節(jié)省了軟件購置開支，同時(shí)也沒有相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)和法律風(fēng)險(xiǎn)。

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

4.1 整體架構(gòu)

如圖1所示，云計(jì)算計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的整體架構(gòu)分為4個(gè)層次設(shè)計(jì)：云基礎(chǔ)設(shè)施硬件層、虛擬資源管理層、虛擬桌面管理軟件層、云終端接入層[6]。

1）云終端接入層。云終端的作用是為用戶與云計(jì)算應(yīng)用提供統(tǒng)一規(guī)范的接口。在構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中，云客戶端程序安裝在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的終端計(jì)算機(jī)中，云終端對系統(tǒng)的硬件要求不高，這樣避免了今后頻繁更新升級設(shè)備，大大節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和維護(hù)成本。終端計(jì)算機(jī)通過登錄云端服務(wù)器，獲取高性能軟件服務(wù)和大存儲容量等服務(wù)。比如學(xué)生在上課時(shí)需要運(yùn)行AutoCad、Premiere等這些大型程序時(shí)，可以在登錄云端后獲得的云桌面中運(yùn)行使用這些安裝在云服務(wù)器中的應(yīng)用程序，從而突破軟件對本地機(jī)器性能的限制。

2）虛擬桌面管理軟件層。虛擬桌面管理軟件層，負(fù)責(zé)整個(gè)虛擬桌面系統(tǒng)的調(diào)度，調(diào)度分配不同客戶的虛擬桌面系統(tǒng)請求。客戶通過與控制系統(tǒng)進(jìn)行身份認(rèn)證，獲取授權(quán)使用的桌面；負(fù)責(zé)云數(shù)據(jù)管理，主要是對客戶計(jì)算機(jī)與云計(jì)算平臺系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、軟件數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)等的保存與維護(hù)。

3）虛擬資源管理層。虛擬資源管理層負(fù)責(zé)IT資源的虛擬化，將物理資源向邏輯資源轉(zhuǎn)化，它屏蔽了物理資源的復(fù)雜性，并對外呈現(xiàn)簡單的邏輯形態(tài)，降低管理維護(hù)復(fù)雜度，提高資源利用率；負(fù)責(zé)計(jì)算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理、按需分配部署和資源動態(tài)調(diào)度等[7]。

4）云基礎(chǔ)設(shè)施硬件層。硬件設(shè)施即為計(jì)算資源設(shè)備（如計(jì)算設(shè)備調(diào)配服務(wù)器、工作站、小型機(jī)等）、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備（如路由器、交換機(jī)等）、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備（如磁盤陣列等），設(shè)備之間全部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通。

4.2 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

本文以浙江傳媒學(xué)院教育技術(shù)中心計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的云計(jì)算系統(tǒng)部署為例，根據(jù)學(xué)校的具體需求及實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)室選用噢易云桌面管理系統(tǒng)。噢易云桌面管理系統(tǒng)是一套利用強(qiáng)大的虛擬技術(shù)和PAAS（平臺即服務(wù)）、SAAS（軟件即服務(wù)）交付技術(shù)，針對大規(guī)模計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)自動部署、集中統(tǒng)一管理等而量身定制的一款云計(jì)算平臺軟件。系統(tǒng)通過一臺或多臺服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室終端電腦的管理集中化、系統(tǒng)部署智能化、更新維護(hù)自動化，構(gòu)建一個(gè)高效、安全、統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)管控平臺。

圖1 云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室整體構(gòu)架

噢易云桌面管理系統(tǒng)主要是應(yīng)用虛擬化，終端使用本地操作系統(tǒng)，而軟件和資源來自于云桌面服務(wù)器，但其運(yùn)算是使用本地的計(jì)算能力，服務(wù)器不需要承擔(dān)計(jì)算工作，有別于桌面虛擬化對專業(yè)服務(wù)器配置和性能過度依賴，可直接利用現(xiàn)有的服務(wù)器，從而避免新服務(wù)器的投資。終端用戶在調(diào)用云桌面時(shí)，由于該系統(tǒng)采用硬件、應(yīng)用虛擬化方案，所以對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低，可保留機(jī)房中百兆交換機(jī)等設(shè)備，無需升級網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率，實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的電腦和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境即可滿足要求，避免了資金的重復(fù)投入。

4.3 噢易云桌面教育版系統(tǒng)日常維護(hù)應(yīng)用的實(shí)際效果

學(xué)校在采用噢易云桌面系統(tǒng)建設(shè)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室后，由于該系統(tǒng)能夠支持異構(gòu)電腦的統(tǒng)一維護(hù)管理，可以將不同批次的電腦集中利用，從而將舊電腦的利用率最大化。系統(tǒng)使用了硬件虛擬化的技術(shù)，在服務(wù)器上部署好的云桌面，可以在不同配置的電腦上很好地運(yùn)行，也解決了很多軟件部署完后需要正版激活的問題，實(shí)驗(yàn)室管理員只需要在管理機(jī)上完成安裝和部署，即可將部署好的軟件和系統(tǒng)補(bǔ)丁部署給各個(gè)機(jī)房的用戶使用，不需要進(jìn)行傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)同傳，終端用戶重啟客戶端程序便可使用管理人員部署好的軟件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)和管理的無縫鏈接。

該系統(tǒng)在系統(tǒng)安全方面的表現(xiàn)也不錯(cuò)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室里某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的時(shí)候，終端用戶可在云桌面里繼續(xù)工作學(xué)習(xí)，操作不會被中斷，從而保證教學(xué)過程持續(xù)性。所有軟件都保存在服務(wù)器上，學(xué)生機(jī)云桌面關(guān)閉后即狀態(tài)自動恢復(fù)，因而安全穩(wěn)定。系統(tǒng)還提供網(wǎng)絡(luò)策略管理和ARP主動防御保障網(wǎng)絡(luò)安全。在該系統(tǒng)使用過程中，如果出現(xiàn)硬件的變更，即刻在管理機(jī)上給予報(bào)警提示，連鍵盤和鼠標(biāo)這類的硬件也能監(jiān)控到，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)房軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)的安全。

5 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)的不斷成熟，云計(jì)算給計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶來新的變革。各高校應(yīng)該充分利用云計(jì)算的先進(jìn)技術(shù)，將云計(jì)算與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理有機(jī)結(jié)合起來，打造一個(gè)充滿活力、可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室。

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Uses of Cloud Computing in Laboratory Construction and Management of University and Colleges

Kong Yi

High-cost, low utilization and hard to manage are the issues in the computer laboratory construction in higher institutions at present. But these problems will be solved by introducing cloud computation. The author offers the design of the laboratory construction in higher institution based on Cloud Computing, in order to overcome the difficulties in traditional computer laboratory construction.

cloud computing; virtual technology; laboratory construction

G482

B

1671-489X(2013)12-0028-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.028

浙江傳媒學(xué)院2012校級課題“云技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的應(yīng)用”的結(jié)題成果。

作者：孔燚，實(shí)驗(yàn)師，工程碩士，主要研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理，就職于浙江傳媒學(xué)院動畫學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心。