云計算在高校計算機實驗室建設(shè)中的應(yīng)用探索

馮學(xué)軍 黃四青

【摘要】云計算通過將計算分布在大量的分布式計算機上，按照互聯(lián)網(wǎng)運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。建設(shè)基于云計算的高校計算機實驗室，輕松實現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享。云計算與高校計算機實驗室建設(shè)的結(jié)合，有效整合了高校教學(xué)資源，提高了資源的利用率。

【關(guān)鍵詞】云計算;實驗室建設(shè)

云計算是一個完全由第三方提供計算資源的新的計算理念，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點?？梢詫⑵淅斫鉃椋涸朴嬎阃ㄟ^將計算分布在大量的分布式計算機上而非本地計算機中，按照互聯(lián)網(wǎng)運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。云計算具有分布式存儲和計算、高可擴(kuò)展性、高可用性、用戶友好等特點[1]。

在云計算模式中，數(shù)據(jù)、軟件不再存放在本地計算機中，而是通過網(wǎng)絡(luò)訪問云來獲得所需數(shù)據(jù)或軟件服務(wù)。本地計算機不再需要硬盤、內(nèi)存、CPU等設(shè)備，只需要終端。

一、高校傳統(tǒng)計算機實驗教學(xué)模式的壓力

目前在我國高校計算機實驗室中均存在著這些問題：機房是以院系為單位建設(shè)的，造成設(shè)備、人員的冗余，機房使用率不高;由于每學(xué)期開設(shè)的課程都在調(diào)整，相應(yīng)的軟件在不斷地升級也需要更新，由于早幾年配置的機器硬件較低，導(dǎo)致上計算機實驗課時機器運行速度極慢，嚴(yán)重影響上課進(jìn)度，而且不斷地更新軟件給實驗室管理老師增加了巨大的工作量;每隔幾年就要換高端機型，這要花費大量的金錢。這些問題嚴(yán)重制約了計算機實驗室的建設(shè)和發(fā)展。如何提高現(xiàn)有計算機實驗室資源的利用率，最大限度的利用現(xiàn)有的計算機是很多人都研究的問題。

近幾年，云計算技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展為解決計算機實驗室的升級改造提供了一種新的方案。

二、基于云計算的計算機實驗室平臺構(gòu)成

圖1 云計算平臺基本架構(gòu)

（一）物理資源層

物理資源層主要指實實在在的物理計算機，它可以是PC機、服務(wù)器、工作站等，存儲器，通信線纜以及數(shù)據(jù)存儲設(shè)備等底層硬件設(shè)備，設(shè)備資源之間通過網(wǎng)絡(luò)連接。這些物理設(shè)備共同組成了“云”[2]。

物理資源層中的資源總的規(guī)模和能力理論上不受限制，可以在網(wǎng)絡(luò)中的任意地方。計算機實驗室主要使用的是學(xué)校局域網(wǎng)內(nèi)擁有的設(shè)備，把這些設(shè)備通過高速局域網(wǎng)連接起來，構(gòu)成了系統(tǒng)中的物理資源層。也可以把幾個高校的物理設(shè)備連接起來或者把物理資源擴(kuò)展到學(xué)校外部的其他設(shè)備構(gòu)成規(guī)模更大的云，從而提供處理能力更強、種類更豐富的資源。

（二）虛擬資源層

云計算的核心是虛擬化的資源池[3]。虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)從物理資源向邏輯資源的轉(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)。通過對資源進(jìn)行虛擬化，可以把已整合的資源以一種與物理位置無關(guān)的方式進(jìn)行調(diào)用，從而降低管理維護(hù)復(fù)雜度、提高資源利用率。

（三）云管理層

云管理層的功能是確保整個云計算中心能夠安全、穩(wěn)定地運行，主要包括：云資源管理、云安全管理、云數(shù)據(jù)管理和用戶管理。

資源管理負(fù)責(zé)管理虛擬資源層的各種虛擬資源，包括監(jiān)控資源狀態(tài)、分配資源、增加、刪除、修改、維護(hù)等，并對眾多的資源進(jìn)行負(fù)載均衡管理，包括任務(wù)調(diào)度、進(jìn)程遷移等。安全管理包括訪問的安全管理、數(shù)據(jù)的安全管理、網(wǎng)絡(luò)的安全管理等。云數(shù)據(jù)管理主要對計算機和云計算平臺系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與維護(hù)，云數(shù)據(jù)的安全性問題可通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。用戶管理包括用戶的身份確認(rèn)、訪問控制權(quán)限等。

（四）云客戶端

云客戶端的作用是為用戶與云計算應(yīng)用提供統(tǒng)一規(guī)范的接口，云客戶端最常見的就是網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，比如人們熟知的IE、Mozilla、Firefox等，也可以是一些應(yīng)用程序入口。通過云客戶端用戶可以便捷地訪問云中的資源[4]。

在構(gòu)建的實驗室系統(tǒng)中，云客戶端安裝在各個實驗室的終端計算機中，云客戶端對系統(tǒng)的硬件要求不高，這樣可以在不投入大量資金來建設(shè)高性能的本地終端機器的情況下訪問云計算平臺中的海量資源，進(jìn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過終端機器性能上限的高強度計算和大存儲容量的工作。

比如學(xué)生在上課時需要運行Maya、3Dsmax等這些大型程序，學(xué)生可以通過云客戶端使用安裝在云中的這些應(yīng)用程序，從而突破軟件對機器性能的限制。

三、建設(shè)基于云計算的計算機實驗室技術(shù)特點及優(yōu)勢

（一）以低成本投入獲得高運算能力。學(xué)生只需要一臺配置一般的計算機終端登錄到云系統(tǒng)中，然后直接使用云中的高性能資源。這樣學(xué)校就不需要花費巨額資金來購買大量高性能設(shè)備和頻繁更新設(shè)備，從而以低投入獲得高性能。

（二）提供巨大的資源存儲能力。通過云計算構(gòu)建的虛擬資源池理論上可以提供不受限制的存儲空間，在實際應(yīng)用中，數(shù)量巨大的物理資源可以容納海量的數(shù)據(jù)，并可以按照需要增加存儲空間，以滿足海量信息增長對存儲空間的需求。

（三）大大減少升級和維護(hù)系統(tǒng)的工作量。日常維護(hù)中只需對云中的資源進(jìn)行升級和維護(hù)，不需要逐個更新客戶終端中的軟件，這樣可以極大地減少實驗室的工作量。

（四）可以實現(xiàn)大范圍的資源共享。解決了資源不足、分布不均的問題。通過云計算技術(shù)，各個院系的資源可以共同構(gòu)筑一個虛擬資源池。這樣各個學(xué)院就可以共享這個資源池中的資源，從而解決資源分布不均的問題，同時還可以大幅度提高資源利用率。

四、結(jié)語

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，云計算技術(shù)的不斷成熟，作為一種新型的服務(wù)模式，云計算必將為計算機應(yīng)用帶來新的變革。建設(shè)基于云計算的計算機實驗室，輕松實現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享，為用戶提供無限的存儲空間和計算性能，并保證數(shù)據(jù)的安全、可靠。云計算與高校計算機實驗室建設(shè)的結(jié)合，有效整合了高校教學(xué)資源，提高了資源的利用率，從而為高校實驗室建設(shè)提供參考，也進(jìn)一步拓展了云計算的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]李功麗，張艷.基于云計算的計算機實驗室建設(shè)[J].河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2011（5）：21-22.

[2]朱娟.云計算在高校計算機實驗室建設(shè)中的應(yīng)用模式初探[J].科教導(dǎo)刊，2012（10）：205-206.