基于云計算的高校計算機管理技術應用

肖祥林，周春容

（四川交通職業(yè)技術學院信息工程系，成都　611130）

基于云計算的高校計算機管理技術應用

肖祥林，周春容

（四川交通職業(yè)技術學院信息工程系，成都611130）

計算機管理；虛擬化；云技術；模型

0　引言

計算機的發(fā)展迅速，硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的更新?lián)Q代日新月異，高校計算機的建設投入和管理都面臨新的挑戰(zhàn)?？v觀互聯(lián)網(wǎng)（Internet）時代近三十年的發(fā)展規(guī)律，云計算（Cloud Computing）將成為Internet時代的衍生，應用云存儲和云平臺實現(xiàn)高校計算機管理是計算機管理技術今后的發(fā)展和研究方向。

計算機的管理主要分為硬件系統(tǒng)管理和軟件系統(tǒng)管理，通過調查發(fā)現(xiàn)隨著時代的發(fā)展，各大高校的計算機硬件的配置規(guī)格具有較高的水平，硬件維護要求相對較低，主要面對處理的問題是系統(tǒng)的配置、病毒的防范和軟件的兼容與注冊等，其難度具體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）維護工作量大

隨著國家教育信息化的投入，高校計算機數(shù)量越來越多，設備類型參差不齊，通常情況下是采用Ghost、安裝硬件還原和軟件還原來防止系統(tǒng)崩潰和系統(tǒng)被破壞，這種方式必須在每臺電腦上單獨進行操作。一旦重裝系統(tǒng)、添加或刪除軟件，工作量極大，需要花費很多的人力和時間。

（2）功耗大，噪音大

在各大高校中，PC用電量大，不利于節(jié)能；同時由于機箱里風扇均會發(fā)出一定的聲音，許多計算機合在一起會形成較大的噪音。

（3）病毒感染

由于傳統(tǒng)的管理方式不能實現(xiàn)桌面之間的有效共享，需要接觸移動硬盤或U盤進行資料的拷貝，容易感染病毒，造成文件丟失或者資料泄密等。

1　什么是云計算

上個世紀60年代，在美國的IT學術界就開始了虛擬技術的討論，1959年Christopher Strachey發(fā)表了一篇名為Time Sharing in Large Fast Computers學術報告，他在該篇文章中提出了虛擬化的基本概念，這篇文章后來也被公認為是虛擬化技術的最早論述。

在計算機的管理中，早期也有無盤工作站管理技術作為虛擬化技術的應用代表，解決了當時計算機管理中系統(tǒng)維護繁瑣，系統(tǒng)恢復、還原等一系列問題，但隨著系統(tǒng)需求不斷提高，其數(shù)據(jù)傳輸是瓶頸、系統(tǒng)對客戶機的硬件依耐性較強，后來還原系統(tǒng)和網(wǎng)絡Ghost的應用致使無盤虛擬化技術談出了歷史舞臺。

利用云計算來實現(xiàn)計算機的管理，將推動計算機管理技術又一次新的技術革新，其基礎架構即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）為各終端用戶提供了各類服務平臺，解決以往虛擬技術管理中數(shù)據(jù)傳輸瓶頸、共享數(shù)據(jù)安全、硬件維護難度大等問題。由于云終端對本身基礎設施硬件要求條件不高，將減少對終端的投入，降低硬件建設成本。而對于管理上來說，便于系統(tǒng)集中部署和控制，節(jié)約管理成本。

2　用云計算搭建計算機管理模型

采用云計算實現(xiàn)實計算機的管理，關鍵在于利用虛擬技術把計算機相關能力以服務的方式來提供給用戶，以滿足用戶需求為目的，桌面虛擬化或虛擬桌面基礎架構（VDI）是具體的一種體現(xiàn)形式。面對大量虛擬桌面在一個較短的時間內同時啟動，由此引發(fā)的集中存儲訪問往往會很輕易造成存儲系統(tǒng)癱瘓，這也就是人們所謂的“啟動風暴”。啟動風暴發(fā)生時，虛擬桌面運行速度變慢，甚至無法使用。如何應對“啟動風暴”是桌面虛擬化的難點，其問題表現(xiàn)形式比較簡單，但虛擬桌面工作負載是可以預測的。相對于服務器的工作負載而言，普通的一臺虛擬桌面所產生的所有存儲I/O是比較低的，關鍵在于虛擬桌面的初始啟動時相當消耗資源，此時操作系統(tǒng)和應用需要從存儲讀取大量的數(shù)據(jù)以加載和執(zhí)行。

在高校云計算機管理中，桌面數(shù)據(jù)需求是設計管理模型結構考慮的重要條件因素之一，按照常規(guī)需求，簡單的云桌面數(shù)據(jù)讀寫量用IOPS（每秒的輸入輸出量或讀寫次數(shù)）來衡量。假如通常情況下常見云桌面系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫情況如表1所示：

表1　云桌面狀態(tài)數(shù)據(jù)讀寫量情況

根據(jù)上表可知，桌面系統(tǒng)在啟動時IOPS值為26，處于云桌面狀態(tài)數(shù)據(jù)讀寫的最大值，如同時進行100個用戶并發(fā)訪問，則可以用以下公式計算出系統(tǒng)的最大IOPS需求：

i為桌面系統(tǒng)IOPS值，u為用戶數(shù)，A、B代表用戶讀寫比例值，系統(tǒng)寫入數(shù)據(jù)需要寫入與確認兩次操作。如按照通常情況下云桌面讀寫比7:3計算，上述計算系統(tǒng)IOPS max為：3380 IOPS。

而目前市面上大部分SSD（固態(tài)）存儲硬盤可以處理大約5000個IOPS，根據(jù)上述計算結果，在云管理模型中，數(shù)據(jù)訪問與存儲選擇使用SSD硬盤可以滿足云桌面系統(tǒng)IOPS以及數(shù)據(jù)存儲容量需求。

如果用于虛擬桌面的存儲系統(tǒng)均采用SSD磁盤，固然對存儲系統(tǒng)的I/O速度有很大提升，但對于絕大多數(shù)用戶而言，成本問題是各位設計者不得不考慮的一項重要問題，不過使用少量的SSD磁盤來承擔啟動風暴時所產生的大量I/O是有必要的。

而桌面用戶數(shù)據(jù)存儲與安全是模型設計考慮的另一問題，對于桌面用戶數(shù)據(jù)，并發(fā)量遠不足啟動時的數(shù)據(jù)I/O需求，如仍用SSD硬盤來支持，必定增加建設成本，可選用15000rpm的SAS（串行連接SCSI）硬盤來劃分共享數(shù)據(jù)存儲區(qū)，既能解決用戶數(shù)據(jù)存儲的問題，又可控制成本。

云計算在高校計算機管理中的數(shù)據(jù)安全，遠不及科研、軍事、國安等涉密機構，面對于數(shù)據(jù)外泄、越權使用、內部泄密、非授權使用等數(shù)據(jù)安全風險要求等級遠不足于上述涉密機構。而更多的是針對于桌面存儲數(shù)據(jù)丟失或服務器系統(tǒng)丟失導致癱瘓的風險。在模型設計時存儲硬盤采用RAID 5的方式來做磁盤存儲陣列，可提高數(shù)據(jù)存儲安全性能，并兼顧數(shù)據(jù)安全和存儲成本，其特點是不對存儲的數(shù)據(jù)進行備份，而是把數(shù)據(jù)和相對應的校驗信息存儲到組成RAID5的各個存儲磁盤上，并且校驗信息和相對應的數(shù)據(jù)分別存儲在不同的磁盤上。當其中某個磁盤數(shù)據(jù)發(fā)生損壞后，利用剩下的數(shù)據(jù)和相應的校驗信息去自動恢復被損壞或丟失的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)存儲采用SSD與SAS接合的方式，利用云桌面管理系統(tǒng)將用戶桌面母本映射成相應數(shù)量副本后均放入到SSD中，應對啟動風暴。把虛擬桌面磁盤快照，放入到SAS中，形成共享數(shù)據(jù)存儲區(qū)。虛擬桌面CPU資源、內存資源和各類應用服務由云桌面管理系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)需求進行虛擬劃分。形成如圖1的云管理模型結構。

圖1　云管理模型虛擬化應用結構

3　云技術在計算機管理中的應用

應用Intranet和虛擬技術的產物云平臺來實現(xiàn)上述管理，將很容易解決高校計算機管理中面對的問題。云計算具有將各種計算機硬件資源、軟件資源、存儲資源等資源融為一體，形成大規(guī)模的共享資源虛擬服務池，把IT服務池化，各用戶終端根據(jù)自身需求到虛擬服務池中獲取相應的軟件服務、平臺服務、基礎設施等服務。服務虛擬池化，便于高效的維護和管理，從而提高軟、硬件資源的利用率，降低基礎設施、設備投入成本，降低能耗節(jié)約資源。同時利用虛擬服務資源動態(tài)分配，實現(xiàn)負載均衡控制，提高了整個基礎設備的可用性和實用性。

通過虛擬化技術的應用，構建虛擬云來實現(xiàn)計算機的管理，其應用實例為圖2所示。

從應用實例結構上來看，傳統(tǒng)PC終端的操作系統(tǒng)和應用軟件都云桌面管理系統(tǒng)來進行分配，所有運算都由服務器來完成，用戶終端可以使用云終端、瘦客戶機、傳統(tǒng)PC或筆記本電腦等智能設備來訪問虛擬桌面，從而實現(xiàn)桌面環(huán)境集中管理、終端零維護和硬件資源動態(tài)分配。

（1）動態(tài)性

云管理模型能夠實時監(jiān)控計算資源，并根據(jù)已定義的協(xié)議和原則動態(tài)的分配和部署共享的計算資源，從而提高設備資源的有效利用率。

（2）虛擬性

計算資源的底層物理基礎架構對于用戶來說是透明的，云桌面終端用戶通過簡單的界面能夠使用計算機虛擬資源，并具獨享該資源的權力，有效的解決了計算機系統(tǒng)資源維護的難題。

（3）擴展性

云管理模型可以將需求任務分解成塊，并將任務分配到可擴展的云服務器的架構中；當桌面用戶需求增加，可在云服務器架構上進行靈活擴展，以達到滿足用戶需求的目的。

（4）能效性

由于桌面用戶使用的是云終端、瘦客戶機等設備，計算與存儲在云端完成，其使用能耗與傳統(tǒng)PC相比，耗電量較低。如表2所示。

圖2　云管技術管理應用實例

表2　管理能效對比

4　結語

隨著云技術的不斷成熟，云給大家?guī)Я丝旖莺头奖?，應用云技術來實現(xiàn)計算機的管理，是計算機管理中的一次技術革新，突破了管理技術在時間、地點、設備型號的限制，使得計算機管在管理方式上可利用Internet實現(xiàn)3A的管理模式，即：Any time任何時間，Any where任何地點，Any device任何設備，解決了高校計算機管理和維護的難題。

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Computer Management;Virtualization;Cloud Technology;Model

Application of University Computer Management Technology Based on Cloud Computing

XIAO Xiang-lin，ZHOU Chun-rong
（Department of Information Engineering,Sichuan Vocational and Technical College of Communications,Chengdu 611130）

肖祥林（1981-），男，四川隆昌人，碩士，研究方向為嵌入式開發(fā)、計算機應用技術周春容（1981-），女，四川簡陽人，副教授，碩士，研究方向為軟件工程、數(shù)據(jù)庫管理收稿日期：2015-11-26修稿日期：2015-12-26

云計算是一種以網(wǎng)絡為載體的運算技術，運用云技術來對高校計算機進行管理，對于提高計算機服務能力、降低計算機管理復雜性、促進管理技術革新與進步有著重要的意義。通過桌面系統(tǒng)I/O需求的計算和分析，利用虛擬技術作為核心，構建高校云服務管理模型，解決計算機在管理中受時間、地點、設備等限制問題，與傳統(tǒng)管理技術相比，是一種更加高效、經(jīng)濟、實用的管理技術。

Cloud computing is a computing technology based on network as the carrier,the application of cloud technology to the university computer management,for improving the service ability,reducing the complexity of computer management,promoting the management of technological innovation and progress has important significance.Through calculating and analyzing the desktop system I/O requirements, uses virtual technology as the core,constructs the cloud service management model to solve problem of computer in the management by the time,place and equipment such as limiting.Compared with traditional management technology is a more efficient,economy,practical management technology.