云計算在高校計算機實驗室建設管理中的應用*

孔燚

云計算在高校計算機實驗室建設管理中的應用*

孔燚

浙江傳媒學院 杭州 310018

分析高校計算機實驗室的現狀及存在的問題，將云計算技術引入高校計算機實驗室建設和管理，給出基于云計算的高校實驗室建設方案，有效地解決傳統計算機實驗室建設成本高、資源利用率低、管理困難等問題。

云計算；虛擬化技術；實驗室建設

隨著計算機技術和網絡技術的迅速發展，計算機在各個領域的應用得到普及，掌握計算機基本知識和基本操作技能是當代信息化社會對人才的基本要求。各個高校已經把計算機課程作為各專業的必修學科，計算機實驗室是學生學習計算機知識的重要場所，高校只有科學地建設和管理計算機實驗室，才能幫助學生快速掌握計算機的相關知識和技能。因此，計算機實驗室建設和管理成為高校相關職能部門的一個重要任務[1]。

1 高校計算機實驗室的現狀和存在的問題

當今各高校面向各專業各層次的學生均開設相關的計算機應用方面的課程,使各校的計算機數量增加，計算機實驗室規模擴大，同時學科建設的發展對計算機實驗室的建設和管理也提出更高的要求。目前，高校的計算機實驗室主要存在以下問題和挑戰。

1.1 建設成本高、利用率低

目前，高校計算機實驗室基本上采用傳統的計算機部署模式，即在每個需求點上配備一臺計算機硬件設備，并且還需要在這臺計算機上安裝獨立的操作系統和應用軟件程序。校內各個院系需要根據自己的專業需要建設不同軟、硬件環境的計算機實驗室，同一個專業不斷更新的教學內容也需要不斷調整計算機實驗室里的軟硬件設施[2]。因此，高校面臨的主要問題是各類計算機實驗室的建設很難趕上日益增長的應用需求，建設成本不斷增加。另外一個比較嚴重的問題是，校內各計算機實驗室都是各院系根據自己的需求進行設備采購，很多設備都是重復采購，導致成本增加；而實驗室中的一些設備的利用率并不高，幾年后就被淘汰，這就造成嚴重的資源浪費[3]。

1.2 管理難度大

每個實驗室的管理維護都必須由專業人員來負責，為了滿足各專業、班級的實驗教學任務，管理員需要花費大的時間和精力在機房安裝和部署操作系統及軟件程序等應用環境；同時臨時性的軟件變更、系統補丁更新、殺毒軟件升級等維護工作，也為管理員帶來極大的工作量，大大提高日常管理及維護的成本。

1.3 實驗室開放時間和實驗平臺受限制

由于人員短缺，實驗室不可能隨時開放，而實驗必須依靠實驗室的計算環境，師生的實驗受實驗室開放時間的限制，無法充分利用時間進行實驗。某些實驗還需要特殊的實驗平臺，師生還必須到指定的實驗室來完成實驗。

1.4 軟件終端授權問題

各高校在完成計算機實驗室的硬件建設后，還需要采購大量的教學仿真軟件和設計軟件等，需花費高額的采購費用和后續升級維護費用，而盜版軟件存在安全漏洞和法律風險。

2 云計算的概念和特點

云計算的橫空出世給全球信息化建設帶來新一輪的技術革命，利用云計算技術可以輕易解決以往計算機實驗室建設和管理中遇到的各種問題，利用云計算技術可以搭建一個經濟、適用、易管理的實驗室教學平臺。

2.1 什么是云計算

云計算（Cloud Computing）是并行計算、分布式處理和網格計算的新發展，是依托網絡向客戶提供安全、快速、便捷數據存儲和網絡計算的服務模式[4]，是一種新的IT架構模式。用戶通過網絡，以按需、易擴展的方式獲得所需的資源，如基礎硬件、系統平臺或程序軟件等。提供資源的網絡被稱為“云”，用戶可以隨時隨地通過網絡利用“云”提供的硬件基礎設備獲取計算服務、數據存儲和網絡資源。

2.2 云計算與虛擬化技術

云計算主要通過虛擬化技術來實現各種應用，虛擬化技術是指把一個物理單元虛擬成多個邏輯單元[5]，供多個應用一起使用，被虛擬的實體是各種各樣的IT資源，包括內存虛擬化、存儲虛擬化、硬件虛擬化、軟件虛擬化、系統虛擬化等。虛擬化技術打破了固有的物理硬件之間的隔離，將網絡中所有的設備統一管理，形成共享資源池，通過管理程序將這些資源當成一個實體來管理，可以根據不同的負載動態地重新配置軟硬件資源，從而實現資源分享、資源定制和按需服務。

3 云計算技術在高校計算機實驗室中的應用優勢

云計算具有集中化管理優勢，不僅能夠大大節約運營成本，還可以提高運維效率。隨著云計算技術的迅速發展，國內外很多高校已經將云計算技術應用在教育和科研領域。在高校計算機實驗室中，云計算主要發揮下面幾項應用優勢。

3.1 降低實驗室投入，提高設備利用率

由于云計算對使用的終端計算機本身的要求并不高，通過云計算建設的計算機實驗室可以利用學校里目前一些已經淘汰或者面臨淘汰的計算機設備，將舊電腦的利用率最大化，避免了今后頻繁地更新升級設備，大大節約了實驗室的建設成本。

3.2 方便實驗室管理和維護

運用云計算技術將實驗室的軟硬件資源統一管理，大大減少管理人員升級和維護系統的工作量。管理人員在更新維護系統時，只需在服務器上進行操作即可，而不需要逐臺更新，大大節省系統的部署時間，降低人力資源費用和管理成本，提高管理效率。

3.3 突破實驗室使用的時間和地點限制，有利于實驗室的開放共享

將實驗室接入校園網或者英特網，師生利用不同的客戶端登錄云端，可以享受到云計算所提供的虛擬桌面及軟件環境。學生在課堂上沒有完成的作業，不需要用U盤等移動存儲拷貝相關的素材文件，因為所有的數據都存儲在云端。教師課外要備課或者進行科研，在家里通過英特網登錄云端，同樣可以享受到實驗室的資源。

3.4 減少軟件投入費用

只需要在服務器或管理機上安裝一套應用軟件，終端通過登錄云端就可以直接使用該軟件，不需要單獨的安裝和授權。這樣節省了軟件購置開支，同時也沒有相關的安全風險和法律風險。

4 基于云計算的計算機實驗室建設

4.1 整體架構

如圖1所示，云計算計算機實驗室的整體架構分為4個層次設計：云基礎設施硬件層、虛擬資源管理層、虛擬桌面管理軟件層、云終端接入層[6]。

1）云終端接入層。云終端的作用是為用戶與云計算應用提供統一規范的接口。在構建的實驗室系統中，云客戶端程序安裝在各個實驗室的終端計算機中，云終端對系統的硬件要求不高，這樣避免了今后頻繁更新升級設備，大大節約了實驗室的建設和維護成本。終端計算機通過登錄云端服務器，獲取高性能軟件服務和大存儲容量等服務。比如學生在上課時需要運行AutoCad、Premiere等這些大型程序時，可以在登錄云端后獲得的云桌面中運行使用這些安裝在云服務器中的應用程序，從而突破軟件對本地機器性能的限制。

2）虛擬桌面管理軟件層。虛擬桌面管理軟件層，負責整個虛擬桌面系統的調度，調度分配不同客戶的虛擬桌面系統請求?？蛻敉ㄟ^與控制系統進行身份認證，獲取授權使用的桌面；負責云數據管理，主要是對客戶計算機與云計算平臺系統中的實驗數據、用戶數據、軟件數據、資源數據以及系統數據等的保存與維護。

3）虛擬資源管理層。虛擬資源管理層負責IT資源的虛擬化，將物理資源向邏輯資源轉化，它屏蔽了物理資源的復雜性，并對外呈現簡單的邏輯形態，降低管理維護復雜度，提高資源利用率；負責計算資源、存儲資源、網絡資源的統一管理、按需分配部署和資源動態調度等[7]。

4）云基礎設施硬件層。硬件設施即為計算資源設備（如計算設備調配服務器、工作站、小型機等）、網絡交換設備（如路由器、交換機等）、數據存儲設備（如磁盤陣列等），設備之間全部實現網絡連通。

4.2 云計算實驗室建設方案

本文以浙江傳媒學院教育技術中心計算機實驗室的云計算系統部署為例，根據學校的具體需求及實際情況，實驗室選用噢易云桌面管理系統。噢易云桌面管理系統是一套利用強大的虛擬技術和PAAS（平臺即服務）、SAAS（軟件即服務）交付技術，針對大規模計算機的系統自動部署、集中統一管理等而量身定制的一款云計算平臺軟件。系統通過一臺或多臺服務器可以實現對計算機實驗室終端電腦的管理集中化、系統部署智能化、更新維護自動化，構建一個高效、安全、統一的計算機教學實驗管控平臺。

圖1 云計算實驗室整體構架

噢易云桌面管理系統主要是應用虛擬化，終端使用本地操作系統，而軟件和資源來自于云桌面服務器，但其運算是使用本地的計算能力，服務器不需要承擔計算工作，有別于桌面虛擬化對專業服務器配置和性能過度依賴，可直接利用現有的服務器，從而避免新服務器的投資。終端用戶在調用云桌面時，由于該系統采用硬件、應用虛擬化方案，所以對網絡帶寬要求低，可保留機房中百兆交換機等設備，無需升級網絡，提高網絡設備的利用率，實驗室現有的電腦和網絡環境即可滿足要求，避免了資金的重復投入。

4.3 噢易云桌面教育版系統日常維護應用的實際效果

學校在采用噢易云桌面系統建設的計算機實驗室后，由于該系統能夠支持異構電腦的統一維護管理，可以將不同批次的電腦集中利用，從而將舊電腦的利用率最大化。系統使用了硬件虛擬化的技術，在服務器上部署好的云桌面，可以在不同配置的電腦上很好地運行，也解決了很多軟件部署完后需要正版激活的問題，實驗室管理員只需要在管理機上完成安裝和部署，即可將部署好的軟件和系統補丁部署給各個機房的用戶使用，不需要進行傳統的網絡同傳，終端用戶重啟客戶端程序便可使用管理人員部署好的軟件環境，實現教學和管理的無縫鏈接。

該系統在系統安全方面的表現也不錯，當實驗室里某一個節點的網絡出現故障的時候，終端用戶可在云桌面里繼續工作學習，操作不會被中斷，從而保證教學過程持續性。所有軟件都保存在服務器上，學生機云桌面關閉后即狀態自動恢復，因而安全穩定。系統還提供網絡策略管理和ARP主動防御保障網絡安全。在該系統使用過程中，如果出現硬件的變更，即刻在管理機上給予報警提示，連鍵盤和鼠標這類的硬件也能監控到，真正實現機房軟件、硬件、網絡的安全。

5 結束語

隨著信息技術的發展，云計算技術的不斷成熟，云計算給計算機應用帶來新的變革。各高校應該充分利用云計算的先進技術，將云計算與實驗室建設和管理有機結合起來，打造一個充滿活力、可持續發展的實驗室。

[1]謝海燕,陳積常,周秀梅.高校計算機機房建設與管理研究[J].教育前沿,2008(7):66-67.

[2]羅國瑋,蘭瑞樂.基于云計算的高?？蒲袑嶒炂脚_構建研究[J].實驗技術與管理,2012(4):115-117.

[3]韓寧.云桌面技術在高校信息化建設及教學中的應用[J].軟件導刊,2012(5):105-107.

[4]邱俊斌.淺析云計算在高校實驗室中的應用[J].廣東技術師范學院學報:自然科學,2011(2):41-44.

[5]徐迪威.云計算關鍵技術探究[J].現代計算機,2010(7):41-43.

[6]李海峰,喬愛平.私有桌面云架構設計及實現[J].警察技術,2011(5):20-22.

[7]孟慶偉,劉婷.基于云計算的計算機實驗室建設模型研究[J].智能計算機與應用,2011(4):72-73.

Uses of Cloud Computing in Laboratory Construction and Management of University and Colleges

Kong Yi

High-cost, low utilization and hard to manage are the issues in the computer laboratory construction in higher institutions at present. But these problems will be solved by introducing cloud computation. The author offers the design of the laboratory construction in higher institution based on Cloud Computing, in order to overcome the difficulties in traditional computer laboratory construction.

cloud computing; virtual technology; laboratory construction

G482

B

1671-489X(2013)12-0028-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2013.12.028

浙江傳媒學院2012校級課題“云技術在高校實驗室建設管理中的應用”的結題成果。

作者：孔燚，實驗師，工程碩士，主要研究方向為實驗室的建設與管理，就職于浙江傳媒學院動畫學院實訓中心。