基于私有云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

梁安國(guó)

摘要 大多數(shù)高校都使用普通的PC計(jì)算機(jī)或者無(wú)盤工作站進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，此類計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方式存在較多問(wèn)題，如系統(tǒng)垃圾文件不能得到及時(shí)的清理使系統(tǒng)工作性能下降、出現(xiàn)較多故障，而且系統(tǒng)自我保護(hù)功能較差，容易被惡意軟件侵襲。本文首先對(duì)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析描述，然后對(duì)基于私有云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的整體建設(shè)思路進(jìn)行了充分的介紹，最后對(duì)本建設(shè)方案據(jù)進(jìn)行總結(jié)。通過(guò)采用私有云計(jì)算以上問(wèn)題得到了有效的解決。

【關(guān)鍵詞】云計(jì)算 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室 PC計(jì)算機(jī)無(wú)盤工作站

實(shí)驗(yàn)室是高校進(jìn)行人才培養(yǎng)過(guò)程中實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要場(chǎng)所，是高?？蒲谢顒?dòng)的重要基地，在高校培養(yǎng)高素質(zhì)人才中起到重要的作用，良好的實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理能夠?yàn)閹熒鷰?lái)舒適、順暢的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提升學(xué)校的綜合發(fā)展。計(jì)算機(jī)是所有高校實(shí)驗(yàn)室中必不可少的設(shè)備，計(jì)算機(jī)在CAD、三維軟件、仿真等課程教學(xué)中是必不可少的，而且在大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也需要計(jì)算機(jī)的輔助才能完成。大多數(shù)高校對(duì)計(jì)算機(jī)的需求較大，計(jì)算機(jī)的數(shù)量過(guò)多，導(dǎo)致維護(hù)工作量過(guò)大，而且由于維護(hù)不夠及時(shí)計(jì)算機(jī)垃圾軟件過(guò)多，影響使計(jì)算機(jī)的使用性能，并且計(jì)算機(jī)會(huì)因此容易受到惡意軟件的攻擊導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題

計(jì)算機(jī)技術(shù)的完善程度直接影響著計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理建設(shè)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從上世紀(jì)90年代至今，已經(jīng)從DOS系統(tǒng)發(fā)展到Windows系統(tǒng)，雖然許多系統(tǒng)問(wèn)題隨著系統(tǒng)的更新?lián)Q代已經(jīng)得到了解決，但是仍然沒(méi)有徹底擺脫病毒的攻擊、運(yùn)行穩(wěn)定性差、維護(hù)困難等問(wèn)題。為了使計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室更加完善，相關(guān)研究人員采取軟件和硬件還原技術(shù)，還有研究人員選擇有盤還原和無(wú)盤工作站共存的方式，但是以上問(wèn)題都沒(méi)能有效的解決。

1.1 有盤系統(tǒng)問(wèn)題

大多數(shù)高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室都采用的是單用戶方式，配有獨(dú)立的固態(tài)硬盤或硬盤，此類計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室多存在以下問(wèn)題：病毒防護(hù)系統(tǒng)只能對(duì)已知病毒的入侵進(jìn)行防護(hù)，如果有未知病毒的入侵，防護(hù)系統(tǒng)將失去其防護(hù)效果，使計(jì)算機(jī)受到攻擊;在使用一段時(shí)間后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的垃圾軟件、垃圾文件會(huì)不斷增多，使系統(tǒng)的使用性能不斷下降，而相關(guān)處理軟件并不能使此問(wèn)題很好的解決，一直發(fā)展下去會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的崩潰;通過(guò)專業(yè)殺毒軟件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，存在著占用系統(tǒng)運(yùn)行空間的問(wèn)題，同樣會(huì)降低計(jì)算機(jī)的性能;在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，會(huì)占用較長(zhǎng)的時(shí)間，影響實(shí)驗(yàn)室的正常實(shí)驗(yàn)和教學(xué)工作。

1.2 無(wú)盤工作站系統(tǒng)問(wèn)題

無(wú)盤工作站很好的解決了系統(tǒng)及其軟件的安裝問(wèn)題，但是仍然存在較多不足之處：分發(fā)服務(wù)器穩(wěn)定性較差，在服務(wù)器由于一些原因?qū)е聼o(wú)法正常使用時(shí)，整個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室都無(wú)法正常使用;分發(fā)服務(wù)器的功能使用比較有限，對(duì)其利用率較低，使服務(wù)器計(jì)算資源不能得到充分的利用;所有計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件都必須一致，不能滿足其多樣性的要求，不能適應(yīng)高校對(duì)不同專業(yè)和不同應(yīng)用的需求;如果在一個(gè)系統(tǒng)中安裝應(yīng)用較多，會(huì)使系統(tǒng)占用較大空間，影響系統(tǒng)使用性能。

2 云計(jì)算建設(shè)思路

2.1 可行性研究

電子技術(shù)的不斷革新，使得高速網(wǎng)絡(luò)通道對(duì)計(jì)算和儲(chǔ)存資源進(jìn)行連接成為了可能，該技術(shù)主要是在虛擬技術(shù)的支持下完成的。云計(jì)算是通過(guò)虛擬技術(shù)將儲(chǔ)存、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的結(jié)合而完成的，云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的需求提供不同的服務(wù)，用戶并不能看到起基礎(chǔ)架構(gòu)。

云計(jì)算由其服務(wù)層次不同可分為軟件即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)和平臺(tái)即服務(wù)。

軟件即服務(wù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件環(huán)境的構(gòu)建，并根據(jù)用戶需求為其進(jìn)行針對(duì)性的服務(wù)，單用戶需要為此支付相應(yīng)的費(fèi)用，用戶在使用過(guò)程中并不需要對(duì)軟件進(jìn)行安裝和維護(hù)等。例如，學(xué)生可以使用其儲(chǔ)存空間進(jìn)行無(wú)盤的作業(yè)提交，可以通過(guò)私有云在學(xué)校建設(shè)網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存空間，從而根據(jù)師生的不同要求提供針對(duì)性的服務(wù)。

平臺(tái)即服務(wù)可為用戶提供完善的開(kāi)發(fā)環(huán)境，很多軟件公司在進(jìn)行團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)時(shí)，都會(huì)選擇該類型平臺(tái)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)。在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的軟件開(kāi)發(fā)上可以通過(guò)使用此類型服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

2.2 基于云終端建立計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在的問(wèn)題

云計(jì)算的不斷發(fā)展和完善，基于云計(jì)算的云終端大量出現(xiàn)，這種云終端多用于公共場(chǎng)所的查詢服務(wù)，其主要特點(diǎn)是維護(hù)簡(jiǎn)單、功耗較低，且投資較小，所以在市場(chǎng)上很受歡迎。但是仍存在較多問(wèn)題。

在教學(xué)使用中由于其計(jì)算能力有限，所以不能在計(jì)算量較大的教學(xué)場(chǎng)景下使用。在DOS系統(tǒng)中云終端方式的使用效果較好，但是在Windows中的一些軟件的計(jì)算需要在云服務(wù)器進(jìn)行，計(jì)算完成后云終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取計(jì)算結(jié)果，這樣一來(lái)降低了用戶的使用感受，并且在多用戶使用時(shí)，要求服務(wù)器要有較高的性能。

此云終端方式輸出效果一般，在播放視頻時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)與云終端之間的傳輸技術(shù)仍不夠完善，使得視頻的流暢度和畫質(zhì)欠佳。

由于云終端采用的是無(wú)盤模式，所以在部分軟件需要大量寫入本地緩存時(shí)，該模式將無(wú)法完成。

無(wú)論何種新技術(shù)的出現(xiàn)和使用，都是為了使用戶有更好的體驗(yàn)，因此在建設(shè)計(jì)算機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室時(shí)盡量不要使用云終端方式。

2.3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

2.3.1 條件

高效計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需要面向全校所有專業(yè)學(xué)生，所以需要有較高的穩(wěn)定性，保證設(shè)備能夠正常的運(yùn)行。在之前的有盤及無(wú)盤工作站分析中發(fā)現(xiàn)這兩種方式并不能很好的解決所有問(wèn)題。本文研究建設(shè)途徑如下：

公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的培訓(xùn)，對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求較低，所以采用無(wú)盤工作站就能夠滿足要求，但是該方式仍然不能滿足多門公共計(jì)算機(jī)課程在同一環(huán)境下進(jìn)行的要求。對(duì)于以上問(wèn)題可以通過(guò)采用“云平臺(tái)+VHDCMS”虛擬磁盤管理系統(tǒng)方式進(jìn)行有效的解決。

專業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室用于學(xué)生專業(yè)課的培訓(xùn)，如機(jī)械專業(yè)的CAD、UG、S olidWorks等軟件的運(yùn)行，需要較大的內(nèi)存空間，以上要求可以采用“云平臺(tái)+NDX”方式完成，用戶可以根據(jù)個(gè)人需求安裝本地硬盤或網(wǎng)絡(luò)硬盤。

云技術(shù)支撐：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要云計(jì)算資源能夠穩(wěn)定快速的運(yùn)行，因此可以采用專門的匯聚交換機(jī)，與學(xué)校的核心交換機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)需要使用專線通訊方式，此方式可以提高網(wǎng)絡(luò)速度及其穩(wěn)定性。為了保證計(jì)算資源和儲(chǔ)存資源的要求，機(jī)房需要合理安排資源的分配配額。

2.3.2 框架設(shè)計(jì)

在進(jìn)行基于云計(jì)算技術(shù)建設(shè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)模擬技術(shù)來(lái)滿足多層次服務(wù)的穩(wěn)定性。云端服務(wù)器可以進(jìn)行系統(tǒng)的下發(fā)，且穩(wěn)定性較高。各個(gè)公共計(jì)算機(jī)終端的系統(tǒng)資源下發(fā)服務(wù)采用無(wú)盤服務(wù)系統(tǒng)-VHD CMS虛擬磁盤管理系統(tǒng)來(lái)完成。計(jì)算機(jī)公共實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)需要由穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完成。為了使用戶能夠完成自主的本地差異數(shù)據(jù)的建立，專業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該采取有盤方式下發(fā)鏡像系統(tǒng)。

本方案為：云服務(wù)平臺(tái)為數(shù)據(jù)中心提供基礎(chǔ)的系統(tǒng)下發(fā)，可由三臺(tái)虛擬服務(wù)器完成，由此使各個(gè)實(shí)驗(yàn)室下發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加可靠和穩(wěn)定。使用高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通道完成實(shí)驗(yàn)室與數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)的傳送。計(jì)算機(jī)終端不采用云終端方式，而采用PC機(jī)，由此可以提高用戶的使用感受。

2.3.3 計(jì)算機(jī)公共課程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的培訓(xùn)，對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求較低。采用“基本操作系統(tǒng)+差異軟件”的方式就可滿足該實(shí)驗(yàn)室的基本要求。

基于云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案中使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模塊建設(shè)操作系統(tǒng)，為了解決系統(tǒng)運(yùn)行速度慢及系統(tǒng)龐大等問(wèn)題，利用增量磁盤的方式來(lái)滿足用戶個(gè)性軟件的需求。此方式可以將不同的培訓(xùn)內(nèi)容由不同的增量盤進(jìn)行下發(fā)，由此使終端的運(yùn)行速度更快，服務(wù)效果更好。

2.3.4 專業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

專業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求較高，機(jī)械專業(yè)的CAD、UG、SolidWorks等軟件的運(yùn)行，通常占用空間較大，采用無(wú)盤與有盤結(jié)合的方式對(duì)該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行建設(shè)。如圖l所示。

本地磁盤可以儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)，完全能夠滿足用戶需求。但是，該系統(tǒng)病毒防御能力不足，容易受到惡意病毒的入侵，為系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)了很多不便。為此采取基本系統(tǒng)根據(jù)用戶請(qǐng)求由云端服務(wù)器系統(tǒng)響應(yīng)下發(fā)方式。用戶可以根據(jù)需求發(fā)出申請(qǐng)，云服務(wù)器直接將相應(yīng)模塊下發(fā)至本地硬盤。

3 總結(jié)

本文的設(shè)計(jì)思路，使高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)得到進(jìn)一步完善，普遍存在的問(wèn)題得到了更好的解決?；谒接性朴?jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案，能夠?yàn)閹熒峁└臃€(wěn)定、安全、快速的實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)，此方案可以實(shí)現(xiàn)集中管理，減少了人力、物力的浪費(fèi)，使學(xué)校管理系統(tǒng)更加完善。

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