云計算在高校計算機實驗室建設中的應用模式初探

摘要 云計算是一種基于網絡的新型服務模式，是網絡領域研究中的熱點。云計算本身并不僅是計算機技術的革新，更是服務模式的革新，目前云計算模式主要應用于電子政務等領域。本文將云計算引入高校實驗室建設，從硬件平臺和軟件平臺的角度，對云計算在實驗室建設當中的應用予以了探討，并試圖建立一個更高效、更易維護的實驗室管理模式。

關鍵詞 云計算 虛擬資源 實驗室建設

1 引言

1.1 高校傳統實驗教學模式的壓力

高校傳統的實驗教學模式是基于院系的，以院系為單位構建自己的機房，獨立的硬件和軟件設備，獨立的人員配置。而這種模式所帶來的后果一方面造成人員、設備的冗余，造成了一定的經濟浪費；另一方面，由于高校課程教學的特點，每學期的課程都會有所更新，相應的軟件也需要及時更新，給實驗室工作人員增加了巨大的負擔；同時由于計算機病毒的破壞性影響，學生在使用實驗室計算機實驗的過程中必須攜帶移動存儲設備，也給學生造成了一定的不便。

1.2 云計算的概念

云計算（cloud computing）是一種基于網絡的超級計算模式，可以理解為：云計算通過將計算分布在大量的分布式計算機上而非本地計算機中，按照互聯網運作模式將資源切換到所需要的應用上，并根據需求訪問網絡資源的共享利用模式。云計算具有分布式存儲和計算、高可擴展性、高可用性、用戶友好等特點。

在云計算模式中，數據、軟件不再存放在本地計算機中，而是通過網絡訪問云來獲得所需數據或軟件服務。本地計算機不再需要硬盤、內存、CPU等設備，只需要終端，因此，云計算是一種超級瘦客戶家模式。

2 基于云計算的計算機實驗室建設目標

將云計算模式應用于高校實驗室建設，主要目標包括：一方面，利用最新服務器虛擬化技術建設數據中心云實驗室平臺，對服務器進行整合，提高院校中心機房服務器整體利用率，減輕管理人員負擔，降低中心機房整體功耗，減少高校對機房及實驗教室的運維成本；另一方面，利用現有的桌面虛擬化技術建設實驗室教室桌面客戶端計算平臺，所有桌面資源及應用軟件配置在管理端統一配置，節約客戶端管理成本，實現簡單快速的部署與實施。

3 基于云計算的計算機實驗室建設內容

3.1 實驗室硬件平臺的建設

實驗室硬件平臺的建設主要分為兩部分：存儲子系統和服務器/操作系統主系統。

3.1.1 存儲子系統（如圖1）

存儲子系統位于平臺的最底層，主要提供整個服務器虛擬化的數據存儲及處理，由通用的SAN存儲設備構成。

存儲系統支持FCP、OCFS/NFS、iSCSI等方式連接到服務器子系統，提供靈活的可擴展的存儲空間，由于采用開放標準協議方式連接，具有無限可擴展性，支持按需在線增加存儲設備、按需在線增加到存儲云子系統，方便于未來服務器虛擬化及實驗室虛擬桌面客戶端系統的容量擴展。

在云平臺中，可以把整個存儲子系統分為兩部分：服務器虛擬化資源池中心及虛擬桌面資源池中心。

存儲子系統主要完成計算平臺的數據處理與保存功能，所有管理平臺、系統運行平臺、實驗室桌面客戶端系統平臺、各個獨立的虛擬服務器都要依賴其存儲功能來完成計算需求。

3.1.2 服務器/操作系統子系統

服務器云是整個服務器虛擬化的最核心部分，所有服務器虛擬化及桌面虛擬化中的功能及子系統都是依賴于服務器系統來實現的。它既包括硬件服務器和底層操作系統部分，同時又包括實驗室建設整體環境中的虛擬機超級監督器功能，是運行虛擬桌面系統/功能服務器系統的底層基礎平臺。

服務器子系統主要包括物理服務器運行的操作系統及虛擬化軟件，使得所有服務器整合為一個統一的服務器虛擬化平臺，抽象出統一的硬件資源，包括cpu資源池，memory資源池、network資源池，storage資源池，任意云都可以按需在統一資源池中獲得硬件資源并運行。

3.2 云計算平臺的建設

云管理平臺提供所有的管理功能，包括從裸機到虛擬機的應用以及端到端的整體管理功能。由于整個云平臺復雜的軟硬件架構，必須通過一個強大的統一管理平臺來實現對硬件資源的整合和虛擬化，對功能服務器的模板制作與部署，對所有虛擬機進行啟動、停止、刪除、回收克隆、快照等，對整個計算平臺運行性能進行實施監控的日志報告等功能，并且盡可能保證服務器的正常運行。

3.3 桌面云系統建設

瘦客戶機的云實驗室使得，客戶端的操作只能通過虛擬桌面來實現，通過“桌面→數據中心”的虛擬化解決組合方案，來管理用戶軟硬件堆棧從應用到磁盤，包括虛擬服務器、虛擬桌面、存儲以及應用軟件。

圖1 儲存云子系統示意圖

4 基于云計算的計算機實驗室技術特點及優勢

（1）基于web的集中管理工具，提供對虛擬機生命周期管理，包括虛擬機的創建、配置、克隆、共享、啟動、遷移等；負載均衡、高可用、在線遷移等高級特性，可以充分保障學校教學任務及科研項目的高可用性和連續性；快速的應用部署，無論是物理機到虛擬機的轉換還是全新的應用部署，都能保證學校在最短的時間內完成計算機相關實驗項目、教學課題以及科研項目系統的搭建；先進靈活的結構，可以滿足學校不同規模的虛擬化需求。

（2）跨越時空的實驗模式。傳統實驗室只能提供學生在規定時間內進行實驗操作，而基于云計算的實驗室通過網絡提供虛擬化服務，只要虛擬服務器不停，學生可以在任何時間任何地點通過網絡訪問虛擬服務器而獲得服務，完成實驗內容。

（3）維護性好。管理人員可以通過統一的Web界面對大規模計算、存儲資源進行快速的管理和維護，節約人力和時間資源成本。

（4）可擴展性。彈性架構，可以方便按需水平擴展，新購置的服務器或存儲部署虛擬化之后，字節加入資源池即可使用。

（5）實驗數據安全。所有運算和存儲集中在服務器端，用戶端不存放任何數據，方便實驗教學中學生客戶的使用，同時避免了移動存儲設備的隨意使用造成的病毒侵害。

（6）高可用性。虛擬機的高可用性是針對客戶機整體的高可用方案，當單個虛擬機失效時，自動重啟該虛擬機；如果服務器池中的某個物理服務器失效，運行于該服務器上的所有虛擬機在負載均衡的配合下自動重啟，無需人工干預。

（7）快速靈活的安裝部署。傳統實驗室由于實驗教學的特殊性，管理人員需要定期對應用軟件進行更新，過程繁瑣而復雜。而基于云計算的實驗室由于虛擬服務器和虛擬桌面都提供了克隆、模板及分發的功能，可充分利用這些功能批量生成新的桌面系統，部署虛擬環境和應用變得輕而易舉。

5 結語

隨著網絡的發展，云計算技術的不斷成熟，云計算不再是高聳云端的高端理念，作為一種新型的服務模式，必將為計算機應用帶來新的變革。建設基于云計算的計算機實驗室，輕松實現不同設備間的數據共享，為用戶提供無限的存儲空間和計算性能，并保證數據的安全、可靠。云計算與高校計算機實驗室建設的結合，對于有效整合高校教學資源，提高資源的利用率，從而為高校實驗室建設提供參考，也進一步拓展了云計算的應用領域。

參考文獻

[1] 李功麗，張艷.基于云計算的計算機實驗室建設.河南機電高等專科學校學報，2011.5.

[2] 孟慶偉，劉婷.基于云計算的計算機實驗室建設模型研究.只能計算機應用，2011.12.