基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究

孔燚

摘 要：通過(guò)對(duì)目前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的存在的問(wèn)題分析，將云計(jì)算技術(shù)引入算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，可以解決目前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中管理難度大、資源利用率低等問(wèn)題。文章分析介紹了多種云計(jì)算的技術(shù)方案優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，提出了一種采用混合式云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案。

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

0 引言

隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。作為培養(yǎng)高端人才的高校，均要求學(xué)生能夠熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)。高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室承載著學(xué)生學(xué)習(xí)各種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識(shí)的工作，是學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐的重要基地。隨著高校擴(kuò)招、專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案的調(diào)整，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室也面臨著資源不足、設(shè)備更新?lián)Q代快、管理困難等諸多難題，如何解決這些難題，成為當(dāng)下高校實(shí)驗(yàn)室技術(shù)管理人員的重要任務(wù)。

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

近年來(lái)，各高校根據(jù)人才培養(yǎng)的需求，在相關(guān)專(zhuān)業(yè)推出了很多計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的課程，并投入大量的資金進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的先進(jìn)性和實(shí)驗(yàn)室的管理水平直接影響著師生教學(xué)活動(dòng)能否正常開(kāi)展。目前，高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在管理維護(hù)和使用過(guò)程存在一些問(wèn)題。

1.1? 建設(shè)成本高、使用周期短

隨著信息及時(shí)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件和硬件還有網(wǎng)絡(luò)的更新越來(lái)越頻繁，以適應(yīng)高校人才培養(yǎng)的需要，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用周期也越來(lái)越短，無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的教學(xué)應(yīng)用需求，建設(shè)成本也不斷增加[1]。

1.2? 管理工作繁重、難度大

目前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室基本采用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)部署模式，即在每個(gè)桌位配備一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，在這臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝獨(dú)立的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)[2]。每個(gè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室都需有技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行管理和維護(hù)工作，需花費(fèi)大量時(shí)間和精力在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)性的軟件升級(jí)變更、系統(tǒng)補(bǔ)丁更新等維護(hù)工作，管理技術(shù)人員工作量極大，增加了日常管理及維護(hù)的成本。

1.3? 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放共享受限制

由于實(shí)驗(yàn)室管理技術(shù)人員的不足，以及寒暑假等法定節(jié)假日特殊情況，實(shí)驗(yàn)室基本處于閑置狀態(tài)。而很多實(shí)驗(yàn)必須依靠實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算環(huán)境，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作。

2? ? 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(shì)

云計(jì)算主要通過(guò)虛擬化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，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(guò)管理程序?qū)⑦@些資源當(dāng)成一個(gè)實(shí)體來(lái)管理[3]，從而實(shí)現(xiàn)資源分享、資源定制和按需服務(wù)。在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，云計(jì)算主要發(fā)揮著如下的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

2.1? 降低實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本，有效利用資源

云計(jì)算計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室將硬件設(shè)備集中管理、按需分配，當(dāng)客戶(hù)端電腦性能不足時(shí)，只需將云端服務(wù)器集群的資源進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展即可。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室對(duì)電腦客戶(hù)端的性能要求不高，可充分利用一些面臨淘汰的計(jì)算機(jī)設(shè)備，減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的硬件成本，提高設(shè)備的利用率。

2.2? 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(jí)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，而不需逐臺(tái)更新，節(jié)省系統(tǒng)應(yīng)用的部署時(shí)間，降低人力資源費(fèi)用和管理成本，提高管理效率。

2.3? 突破實(shí)驗(yàn)室使用限制

將實(shí)驗(yàn)室接入校園網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)，師生可以利用不同的客戶(hù)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。所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在云端，學(xué)生可即時(shí)學(xué)習(xí)，教師可即時(shí)備課或者進(jìn)行科研，享受到實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算資源[3]。

3? ? 主流的云桌面技術(shù)

3.1? VDI技術(shù)

虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）技術(shù)是基于各種虛擬化技術(shù)（KVM，XEN，VMware，Hyper-v），在服務(wù)器硬件資源進(jìn)行虛擬化，然后通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)，把“桌面”實(shí)時(shí)傳輸?shù)浇K端上，用戶(hù)在終端可實(shí)時(shí)對(duì)云桌面進(jìn)行操作。

VDI架構(gòu)的系統(tǒng)客戶(hù)端的計(jì)算和文件存儲(chǔ)工作均在服務(wù)器端完成，每個(gè)客戶(hù)端的CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存資源由服務(wù)器端按需分配;系統(tǒng)安全性很好，所有的計(jì)算和數(shù)據(jù)存放都在服務(wù)器端。但VDI非常依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中斷系統(tǒng)就不能使用，如果虛擬系統(tǒng)數(shù)量過(guò)多，客戶(hù)端分配的計(jì)算資源有限，影響客戶(hù)端的性能。此外VDI系統(tǒng)外設(shè)兼容性略差于傳統(tǒng)PC電腦，3D和高清視頻應(yīng)用方面也有限制，需要GPU顯卡支持，方可完成簡(jiǎn)單的3D渲染。

3.2? VOI技術(shù)

虛擬操作系統(tǒng)架構(gòu)（Virtual Operating-system Infrastructure，VOI）架構(gòu)虛擬終端電腦的操作系統(tǒng)，將終端電腦的操作系統(tǒng)鏡像保存在服務(wù)器上，服務(wù)器根據(jù)用戶(hù)需求下發(fā)操作系統(tǒng)鏡像，隨后操作系統(tǒng)在終端電腦硬件上獨(dú)立運(yùn)行。VOl架構(gòu)終端操作系統(tǒng)直接運(yùn)行在本地硬件上，省略了本地虛擬化。

VOI架構(gòu)沒(méi)有虛擬化層開(kāi)銷(xiāo)，計(jì)算機(jī)性能沒(méi)損耗，客戶(hù)端對(duì)外設(shè)和其他設(shè)備兼容性好，對(duì)服務(wù)器性能和網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)不高，即使網(wǎng)絡(luò)中斷、服務(wù)器故障，各終端仍然可以繼續(xù)使用。但VOI架構(gòu)主要支持PC終端，不支持其他終端接入。此外，終端硬件配置種類(lèi)多，系統(tǒng)兼容性不好，管理維護(hù)工作也比較困難。

3.3? IDV技術(shù)

智能桌面虛擬化（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）架構(gòu)由英特爾公司（Intel）率先提出，其工作原理是在終端本地安裝相關(guān)的虛擬化管理程序，虛擬機(jī)鏡像在服務(wù)器集中管理，在終端的虛擬化管理程序上運(yùn)行。

IDV架構(gòu)的采用分布式計(jì)算，服務(wù)器只用來(lái)控制和管理，服務(wù)器成本較低，鏡像存儲(chǔ)在本地，支持離線使用。此外，不支持按需分配、不支持多終端接入。

4? ? 混合式云計(jì)算架構(gòu)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

每一種云計(jì)算架構(gòu)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室需求復(fù)雜，既要考慮學(xué)校各專(zhuān)業(yè)師生的上機(jī)實(shí)驗(yàn)、移動(dòng)教學(xué)、課外開(kāi)放等個(gè)性化、多元化應(yīng)用需求，又需要考慮管理維護(hù)、建設(shè)成本、擴(kuò)展性等綜合因素，故能夠融合多種云技術(shù)架構(gòu)建設(shè)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案是比較切合實(shí)際應(yīng)用的。

目前武漢噢易公司推出的桌面云融合平臺(tái)，是一套融合VOL和VDI、IDV技術(shù)，將多種技術(shù)架構(gòu)融合在同一平臺(tái)，可滿(mǎn)足多種場(chǎng)景多種應(yīng)用需求的桌面云融合平臺(tái)?；旌鲜皆朴?jì)算架構(gòu)桌面云融合平臺(tái)突破了VOI和VDI的技術(shù)界限，同時(shí)具備VOI/IDV桌面的高性能、VDI桌面的可移動(dòng)特性，并通過(guò)統(tǒng)一的Web視圖管理界面、良好的交互體驗(yàn)實(shí)現(xiàn)電腦桌面、設(shè)備、機(jī)房實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)一管理和集中運(yùn)維。該方案的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)包括基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)層、桌面層、終端層、用戶(hù)層5層架構(gòu)，并通過(guò)單一的融合管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)桌面、終端設(shè)備、專(zhuān)業(yè)機(jī)房統(tǒng)一管理和集中運(yùn)維，從而大大降低管理運(yùn)維難度，打造新時(shí)代的桌面云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，在平臺(tái)架構(gòu)和技術(shù)形態(tài)上，實(shí)現(xiàn)易管理、可擴(kuò)展、高彈性、可開(kāi)放共享的IT 服務(wù)資源平臺(tái)。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)給高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)帶來(lái)諸多便利，各高校相關(guān)實(shí)驗(yàn)室管理部門(mén)和使用單位應(yīng)懂得通過(guò)云計(jì)算的信息化技術(shù)改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，推動(dòng)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)走向云時(shí)代。云計(jì)算技術(shù)能給計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理維護(hù)以及實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放共享等提供很多的便利，同時(shí)也對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理維護(hù)人員專(zhuān)業(yè)上提出了更高的要求，需要熟練掌握云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的操作以及各種配置和故障處理等。

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（編輯 傅金睿）

Research on the construction of computer laboratory based on

cloud computing in colleges and universities

Kong Yi

（Training Center of Animation and Digital Art College， Communication University of Zhejiang， Hangzhou 310018， China）

Abstract：Through the analysis of the problems existing in the current computer laboratory in Colleges and universities， the introduction of cloud computing technology into the construction of computer laboratory can solve the problems of difficult management and low resource utilization rate in the current computer laboratory. This paper analyzes the advantages and disadvantages of a variety of cloud computing technology solutions， combined with the actual situation of university computer laboratory， puts forward a computer laboratory construction scheme using hybrid cloud computing technology architecture.

Key words：cloud computing; virtual technology; laboratory construction