基于“云計(jì)算”技術(shù)的校園多媒體機(jī)房應(yīng)用探析

　　摘要：傳統(tǒng)校園多媒體機(jī)房由于受網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制而形成網(wǎng)絡(luò)孤島，不能適應(yīng)新形勢(shì)下的教學(xué)需要。云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用給多媒體機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)深刻變革，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)房管理和應(yīng)用的諸多不足。通過(guò)實(shí)例給出了在校園機(jī)房系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的實(shí)施要求和應(yīng)用效果。
　　關(guān)鍵詞：云計(jì)算；多媒體機(jī)房；C/S管理；無(wú)盤(pán)終端
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）28-6795-03
　　1 概述
　　隨著教育技術(shù)的發(fā)展，多媒體機(jī)房在多數(shù)學(xué)校得到廣泛建設(shè)和應(yīng)用。在建設(shè)初期，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常是每個(gè)機(jī)房都是一個(gè)小型局域網(wǎng)絡(luò)，各機(jī)房相對(duì)獨(dú)立，形成網(wǎng)絡(luò)孤島，相互之間沒(méi)有任何的關(guān)聯(lián)。同時(shí)中心機(jī)房必須配備多個(gè)服務(wù)器設(shè)備為這些大大小小的“孤島”服務(wù)，如FTP服務(wù)器、安全防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、文件服務(wù)器等等。每個(gè)孤島在不同的時(shí)刻針對(duì)相同的服務(wù)也有不同質(zhì)量的要求，這就造成這些服務(wù)器必須24小時(shí)滿負(fù)荷戒備，但是其真正的使用效率并不是很高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)服務(wù)器的資源平均使用率僅10%-30%之間。
　　在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程由于得不到充分的硬件資源而被壓縮，或者由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境的不確定性給學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來(lái)一定的困難，多次實(shí)驗(yàn)之間無(wú)法獲得連續(xù)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法與教學(xué)計(jì)劃和任務(wù)相結(jié)合。如何提供一個(gè)隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，如何保存每一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如何讓教師與學(xué)生更好的互動(dòng)尤其顯得重要。
　　科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給教育手段的創(chuàng)新提供了支撐和更高要求。云計(jì)算技術(shù)提供了解決問(wèn)題的途徑，通過(guò)其高效可靠的系統(tǒng)技術(shù)、安全穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式以及合理的資源管理功能，為學(xué)校的多媒體機(jī)房提供了有力的技術(shù)支持。
　　2 傳統(tǒng)機(jī)房結(jié)構(gòu)分析
　　2.1 C/S模式管理結(jié)構(gòu)
　　目前，大多數(shù)校園機(jī)房都建設(shè)在C/S模式的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器管理結(jié)構(gòu)下。這種客戶端服務(wù)器模式（見(jiàn)圖1）通過(guò)在分布式系統(tǒng)中建立在廣域網(wǎng)內(nèi)，學(xué)校中的各個(gè)獨(dú)立部門(mén)分別組成一個(gè)局域網(wǎng)加入到這個(gè)廣域網(wǎng)中，但是各個(gè)局域網(wǎng)都由一個(gè)中心數(shù)據(jù)處理服務(wù)器集管理。各個(gè)獨(dú)立部門(mén)分開(kāi)管理，部門(mén)之間沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)性。
　　校園多媒體機(jī)房是校園網(wǎng)中的若干個(gè)局域子網(wǎng)，由于每個(gè)多媒體機(jī)房需要配置相同的硬件設(shè)備，如交換機(jī)、主機(jī)、顯示器等，而且針對(duì)不同需求的多媒體機(jī)房可能還需要配備相應(yīng)的服務(wù)器設(shè)備，如大型數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)驗(yàn)機(jī)房需要配備數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、學(xué)生實(shí)驗(yàn)材料或者作業(yè)需要文件服務(wù)器管理等等。但是這些服務(wù)器有些功能重復(fù)、有些可能會(huì)同時(shí)有多個(gè)客戶端申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)，但有時(shí)又不會(huì)被使用，這樣就造成了硬件資源嚴(yán)重浪費(fèi)；而且機(jī)房的維護(hù)工作量巨大，當(dāng)需要安裝軟件時(shí)可能需要對(duì)所有的電腦設(shè)備進(jìn)行軟件安裝；由于機(jī)房管理比較困難，經(jīng)常會(huì)發(fā)生學(xué)生使用U盤(pán)拷貝信息的時(shí)候或者在使用系統(tǒng)的時(shí)候的誤操作，造成文件的破壞和整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)病毒的感染，管理人員不得不對(duì)病毒感染中的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)重新安裝系統(tǒng)，這樣給管理人員帶來(lái)了大量的工作量。通常解決這些問(wèn)題的辦法是購(gòu)入大量的硬件設(shè)備，然而高校資金投入是不均等的，知名高校由于擔(dān)當(dāng)著前沿技術(shù)的研究課題， 具有與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)合作的機(jī)會(huì)而獲得大量的投資建設(shè)，而其他高校由于教育經(jīng)費(fèi)的緊缺，構(gòu)建這樣項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要巨大的投入而難以擔(dān)當(dāng)。
　　2.2 無(wú)盤(pán)終端模式
　　針對(duì)機(jī)房計(jì)算機(jī)管理困難，軟件難以維護(hù)的問(wèn)題，部分高校的機(jī)房采用無(wú)盤(pán)站為客戶端。無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)就是采用一臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行管理，所有信息資源都布置在服務(wù)器上，無(wú)盤(pán)工作站不帶硬盤(pán)和軟驅(qū)，其操作系統(tǒng)文件存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，無(wú)盤(pán)站都是由固化在無(wú)盤(pán)工作站的網(wǎng)卡上的遠(yuǎn)程啟動(dòng)芯片（Boot Rom）以不同的形式向服務(wù)器發(fā)出啟動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)，服務(wù)器收到后，根據(jù)相應(yīng)的機(jī)制，向工作站發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，工作站下載完啟動(dòng)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)控制權(quán)由Boot Rom轉(zhuǎn)到內(nèi)存中的某些特定區(qū)域，并引導(dǎo)操作系統(tǒng)。每臺(tái)無(wú)盤(pán)站只要配置一塊網(wǎng)卡，所有內(nèi)容都從服務(wù)器上讀取，共享服務(wù)器資源。
　　機(jī)房里的計(jì)算機(jī)可以采用無(wú)盤(pán)技術(shù)組成無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)，也可以采用有盤(pán)工作站的形式工作，兩種模式有各自的特點(diǎn)，如表1所示。
　　表1 無(wú)盤(pán)工作站與有盤(pán)工作站之間比較
　　[方式＼&特點(diǎn)＼&優(yōu)點(diǎn)＼&不足＼&無(wú)盤(pán)工作站＼&無(wú)硬盤(pán)，所有軟件在服務(wù)器上安裝、運(yùn)行。需要有網(wǎng)絡(luò)支持＼&成本低、易維護(hù)＼&需要有服務(wù)器支撐，如服務(wù)器發(fā)生故障，則所有機(jī)器無(wú)法運(yùn)行，每臺(tái)無(wú)盤(pán)站的工作環(huán)境相同，不同網(wǎng)絡(luò)間資源無(wú)法共享＼&有盤(pán)工作站＼&有硬盤(pán)，所有軟件可以在本機(jī)運(yùn)行?＼&擴(kuò)展性能好，可以獨(dú)立運(yùn)行，可以不需要網(wǎng)絡(luò)支持＼&資源浪費(fèi)、維護(hù)工作量大、成本較高、資源不能共享＼&]
　　無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)解決了校園機(jī)房軟件維護(hù)的難題，同時(shí)減少了機(jī)房的建設(shè)成本，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)依然和采用客戶端服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，但是針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)間的資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。而且由于無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)的建立在網(wǎng)絡(luò)物理層基礎(chǔ)上，用戶的數(shù)據(jù)操作沒(méi)有連續(xù)性，當(dāng)遇見(jiàn)客戶端掉電或者網(wǎng)絡(luò)終端的情況時(shí)，用戶必須重新建立數(shù)據(jù)信息。所以無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)僅能支持通常的多媒體教學(xué)。
　　3 云計(jì)算環(huán)境下的多媒體機(jī)房
　　云計(jì)算（Cloud Computing）是2007年第3季度誕生的新名詞。維基百科給云計(jì)算下的定義：云計(jì)算將IT相關(guān)的能力以服務(wù)的方式提供給用戶，允許用戶在不了解提供服務(wù)的技術(shù)、沒(méi)有相關(guān)知識(shí)以及設(shè)備操作能力的情況下，通過(guò)Internet獲取需要服務(wù)。中國(guó)云計(jì)算網(wǎng)將云定義為：云計(jì)算是分布式計(jì)算（Distributed Computing）、并行計(jì)算（ParallelComputing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說(shuō)是這些科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。目前主流的云計(jì)算技術(shù)主要有Google的APP Engine、亞馬遜的AWS、微軟的Azure和Vmare的vCloud等，綜合這些主流產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)云計(jì)算主要能為用戶提供：降低建設(shè)成本、應(yīng)用服務(wù)虛擬化、高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)管理功能。
　　在云計(jì)算中，數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服務(wù)都存儲(chǔ)在云中，“云”就是一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)。云計(jì)算的所有資源都能夠被這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)管理，但是由于不同硬件設(shè)備間的差異導(dǎo)致和數(shù)據(jù)不融合導(dǎo)致這些資源兼容性較差。云計(jì)算中的虛擬化技術(shù)采用將底層物理結(jié)構(gòu)抽象的方法，使得這種兼容性能夠?qū)ι蠈討?yīng)用透明，從而允許用戶在使用和調(diào)度“云”中資源時(shí)能夠自由靈活。處于云中的任何設(shè)備都是信息資源并且是共享的。這里的設(shè)備不僅僅指硬件設(shè)備同時(shí)也包括軟件資源，還包括軟件平臺(tái)、應(yīng)用程序、系統(tǒng)管理等軟件。在“云”中，用戶僅需提出功能需求，云中的服務(wù)就能滿足不同程度和不同類(lèi)型的信息服務(wù)。
　　校園內(nèi)的各個(gè)機(jī)房實(shí)驗(yàn)室可以組建一個(gè)校園云，利用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各個(gè)瘦客戶端的桌面虛擬化和資源虛擬化。瘦客戶機(jī)類(lèi)似于無(wú)盤(pán)站，也是沒(méi)有硬盤(pán)的計(jì)算機(jī)設(shè)備，但是由于其內(nèi)部嵌入虛擬化設(shè)備，彌補(bǔ)了無(wú)盤(pán)站的一些使用缺陷，同時(shí)能夠?qū)⒔K端融入“云”中。由于使用云計(jì)算的虛擬化技術(shù)，通過(guò)后臺(tái)創(chuàng)建虛擬機(jī)而不是類(lèi)似于無(wú)盤(pán)站那樣通過(guò)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)的方式引入操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，這樣降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴和要求，減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，這樣強(qiáng)化了教學(xué)過(guò)程中的互動(dòng)環(huán)節(jié)，避免在研究。通過(guò)虛擬化技術(shù)，用戶可以通過(guò)各種設(shè)備包括移動(dòng)設(shè)備訪問(wèn)其桌面虛擬，每個(gè)用戶可以獨(dú)立享有一個(gè)或者多個(gè)虛擬機(jī)，同時(shí)用戶可以擁有自己專屬的配置，個(gè)性化靈活，根據(jù)需求的不同用戶可以向“云”這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)申請(qǐng)不同的信息資源和應(yīng)用程序。
　　云計(jì)算采用了可伸縮的云平臺(tái)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算量分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而不是本地計(jì)算機(jī)或者服務(wù)器中，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)用與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加類(lèi)似。典型的云計(jì)算架構(gòu)分為三個(gè)基本層次：基礎(chǔ)設(shè)施層，主要虛擬后的硬件資源和相關(guān)管理功能的集合包括計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自動(dòng)化和管理優(yōu)化；平臺(tái)層，介于基礎(chǔ)層和應(yīng)用層間，是軟件資源的集合，為云提供一個(gè)優(yōu)化的中間件層，滿足云應(yīng)用的可伸縮性、可用性和安全性；應(yīng)用層則是應(yīng)用軟件集合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給用戶各種不同的服務(wù)應(yīng)用。
　　校園多媒體機(jī)房的主要用于教學(xué)和科研目的?，F(xiàn)代教學(xué)需要的教學(xué)工具和教學(xué)媒介多種多樣，比如針對(duì)網(wǎng)頁(yè)教學(xué)，傳統(tǒng)教學(xué)以HTML與Dreamwaver技術(shù)為基礎(chǔ)，僅能針對(duì)PC設(shè)備，然而這樣的教學(xué)成果不能滿足科技發(fā)展的需要，對(duì)于不同的設(shè)備如移動(dòng)設(shè)備、不同的網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)如PHP，其原理都是一樣的，但是因?yàn)橘Y源的有限，可能需要額外學(xué)時(shí)來(lái)完成學(xué)習(xí)。通過(guò)云計(jì)算的融合和虛擬技術(shù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中在不同的虛擬環(huán)境下利用各種有利的資源來(lái)完成知識(shí)的掌握和擴(kuò)展。這樣的教學(xué)方式節(jié)省了學(xué)校有限的教學(xué)資源，并且提高了教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，學(xué)校擔(dān)負(fù)著科研任務(wù)，科學(xué)計(jì)算對(duì)服務(wù)器的要求較高，而運(yùn)行速度快，精確度高的服務(wù)器價(jià)格同樣也較昂貴，科學(xué)計(jì)算并非無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行，所以科學(xué)計(jì)算的服務(wù)器負(fù)載也會(huì)因?yàn)闀r(shí)間和任務(wù)而不同，可以通過(guò)云計(jì)算系統(tǒng)管理“云”這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)資源使用情況，可以均衡負(fù)載，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器平穩(wěn)運(yùn)行 （圖2）。校園多媒體機(jī)房實(shí)現(xiàn)云的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式，可以大大優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，節(jié)省構(gòu)造成本，同時(shí)由于云中的設(shè)備能耗較低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，同時(shí)由于校園云的安全性可以統(tǒng)一管理維護(hù)，保證了機(jī)房的安全性和防病毒性。
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　云計(jì)算是一種新型的計(jì)算模式，隨著技術(shù)進(jìn)步和教育手段的改進(jìn)，學(xué)校借助云計(jì)算技術(shù)可以合理整合校園資源，適應(yīng)不同的應(yīng)用需要，更好地為教學(xué)科研服務(wù)。
　　參考文獻(xiàn)：
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