基于云計算高校計算機實驗機房管理模式的應用——以青島職業技術學院云計算平臺為例

張 宏

（青島職業技術學院 軟件與服務外包學院，山東 青島 266555）

隨著高校信息技術的不斷推廣和教學實踐環節的日益規范化，計算機教學已成為高校各專業教學中必不可少的現代化教學手段。各高校為滿足日益增長的教學、實訓需求近年來興建了大量的計算機實驗機房。機房除用于日常教學、實訓和各種無紙化考試外，還是學生課余上機作業、自習及上網了解國內外信息的重要場所，其重要性是不言而喻的。目前，高校計算機實驗室機房基本上采用基于院系的傳統分散式機房管理模式，即校內各二級院系自主建設所需軟、硬件環境的計算機實驗室機房，機房內每臺機器都安裝獨立的操作系統和應用軟件程序，并設置專職人員管理機房。但傳統的計算機實驗機房管理模式存在很多問題：首先，高校硬件建設投入成本高。不斷更新的教學內容及各類應用軟件的迅猛發展（某些專業軟件每年都會推出新版本），對機器硬件的最低配置的門檻要求不斷提高，需不斷升級機器的硬件才能維持正常的教學與實訓。因此，高校硬件設施的投資成了沒有盡頭的無底洞。其次，機房維護與更新工作艱巨。為滿足不同年級及專業的教學、實訓需求，機房內的每臺機器需安裝多個操作系統及大量的應用軟件，還有大量臨時性的軟件變更、系統補丁更新、殺毒軟件升級等工作，給管理人員帶來極大的工作負擔。再次，數據存儲受限。傳統的計算機實驗機房每臺機器都安裝了還原卡（為維護機器的穩定與安全），師生在上機實訓的過程中產生的操作數據與文件只能存儲在個人的移動存儲器上，容易造成數據丟失與損壞。

云計算具有超大規模、高擴展性、虛擬化、高可靠性、經濟性和按需服務等技術優勢，構建基于云計算的高校計算機房管理模式，通過網絡提供各種IT資源與服務，可解決高校傳統計算機實驗機房建設與管理中的各項弊端。

1 云計算的基本概念與發展

云計算（Cloud Computing）概念是由 Google提出的，是近年來計算機領域最熱門的詞匯之一。通過“云”技術，可以將服務器、存儲系統和網絡有效地“聯合”在一起，組成一個龐大的運算系統，用戶可以通過簡單的客戶端獲得所需的資源，完成大型計算機才能勝任的工作。

云計算在歐美等發達國家的教育領域中應用較早。2007年10月，Google與IBM便走進美國斯坦福大學、卡內基梅隆大學、麻省理工學院等著名高校推廣云計算，并為其提供相應的軟硬件設備及技術支持。很多英國高校，如：倫敦大學、利茲都市大學、皇家理工學院等，紛紛采用了谷歌的云服務程序。

我國教育領域內云計算應用較晚，但近年來發展迅猛。2008年2月，IBM宣布，中國無錫太湖新城科教產業園為中國的軟件公司建立第一個云計算中心。自此，云計算正式進入我國教育研究領域的視野。2008年3月，Google協助清華大學構建云計算實驗環境并合作開設“大規模數據處理”課程；2011年1月19日，由四川電信、四川大學、電子科技大學、西南交通大學聯合組建的“中國西部信息中心云計算高校聯合實驗室”正式成立。

作為首批國家示范性高等職業院校的青島職業技術學院是青島市云計算的“領跑者”，其南校區由青島市2010年財政重點支持建設的“青島市服務外包實訓基地”擁有最先進的云計算平臺，目前其主要工作是向區域內企業員工、社會人員及高校學生提供知名服務外包企業和培訓機構的優質實訓資源。

2 基于云計算高校計算機實驗室管理模式的應用優勢

2.1 降低機房的軟硬件資金投入

首先，云計算能夠降低計算機實驗室機房建設中的硬件投入成本。在云模式下，計算工作由位于信息中心的計算資源來完成，因此，對終端的設備要求極低——內存配置640KB足亦，只需安裝一個簡單的操作系統和功能完整的瀏覽器即可享受云計算提供的各種軟硬件資源服務，因此基于云計算服務的高校機房可以繼續使用先前的老舊電腦，從而使學校機房擺脫不斷追逐高性能設備的尷尬局面；隨著對計算機硬件配置需求的降低，“新舊”機房的使用頻率也將逐漸趨于平衡，有利于延長機器的壽命。

其次，云計算的應用也極大減少軟件購買費用。云計算環境下只需在云服務器上安裝一套所需軟件，終端用戶登錄云端直接使用即可。

2.2 數據存儲安全方便

云計算提供的云存儲服務，采用數據多副本容錯，計算節點同構和可互換等措施，保障了數據的安全性，用戶只需憑借賬戶和密碼就可以方便、安全地對個人數據進行讀、寫、改等操作，無需擔心數據的損壞與丟失。學生可將實訓的中間或最終數據存儲在“云端”，以便在下次實驗時繼續上次未完成的實驗，也有利于實驗教師對學生的實訓進行及時指導和評價。另外，云計算的自動化集中式數據管理功能，能對高校海量教學資源進行有效整合與存儲，可結合用戶的實際需求，并進行自動化和智能化的配置，來滿足不同用戶的應用需要，提高教學資源的利用率。

2.3 便于復雜實驗課程的開設及科研的開展

目前，我國只有部分知名高校擁有良好的實訓環境，可以更多地承擔創新技術的研究課題，而大多數的普通高校尤其是中小規模的職業院校教育資金缺乏，實訓條件較差，很多復雜的實訓課程無法開設；云計算的出現為眾多的普通高校提供了一流大學才配備的超級實訓環境，便于復雜實驗課程的開設及科研的開展，為普通高校培養出更多的人才奠定了基礎。

2.4 減輕機房管理壓力

云計算模式下的基礎設施的維護、軟件的更新都在云服務器完成，無須再對機房內的機器硬件和軟件進行無休止的維修與更新。傳統計算機實驗機房的一個管理人員要應付幾百臺機器，在云管理模式下是幾個機房管理人員共同維護好一臺云服務器即可，為學校降低人力資源費用和管理成本。

3 云計算在計算機實驗室管理中的構建

青島職業技術學院云計算平臺是基于基礎設施云層次的私有云，可實現云計算自服務門戶、云計費管理、云安全系統、云運維管理，使各系統間靈活調用和相互協調，達到資源的按需分配和調度管理［1］。

3.1 基于云計算機房管理的設計

機房終端通過云計算中心相應的服務接口來完成登錄或注冊，云計算中心提供一個唯一身份標識，可進行判斷并綜合處理終端用戶的操作；當用戶發送特殊請求時，或更復雜的操作，可申請相應的服務類型和資源，云計算中心會綜合考慮用戶需求與提交的信息合理分配相關資源。

云端高級服務中心架構，如圖1所示在云計算中心，根據提供的服務類型，可分成4個層次：

圖1 云端服務架構

（1）軟件服務。通過瀏覽器把程序傳給用戶，終端不必購買軟件，不需要管理任何架構和軟件，只需按需使用云計算平臺提供的服務（如CRM、ERP、Messages Collaboration等）。從云平臺維護者角度來看，只需要維持一個應用就可以了，減少了投資成本和管理維護成本。

（2）平臺服務。平臺層是為用戶提供一個完整的開發環境，包括提供中間件平臺、服務平臺和硬件平臺，高校機房通過這些平臺來設計和構建相應的應用或軟件；另外可以進一步使用平臺提供的監視工具來對學校機房病毒和木馬的防護、掃描、清理，在平臺上軟硬件的監控服務、軟件升級服務及反垃圾郵件等。

（3）基礎設施服務。云計算中心可以把計算機基礎設施資源，包括服務器集群、CPU、存儲計算能力、網絡設備和數據庫等，作為一種服務按需提供給用戶。

（4）硬件服務。結合平臺提供硬件服務，包括硬件管理、維護和監控等服務及服務器集群服務。

3.2 云計算的計算機實驗室的建設架構

云計算計算機實驗室的整體架構分為4個層次設計（如圖2所示）：云終端接入層、虛擬桌面管理層、虛擬化資源管理層、物理資源層。

圖2 云計算計算機實驗室的整體架構

（1）云終端接入層。云終端接入層為終端用戶提供規范統一的接口，網絡瀏覽器是其中最常見的，如：IE、MozillaFirefox、Avant Browser等，通過云客戶端可對云中的資源進行很便捷的訪問。

（2）虛擬桌面管理層。虛擬桌面管理層負責分配不同客戶的虛擬桌面系統請求并保存與維護客戶機與云平臺系統中實訓數據與軟件資源數據。

（3）虛擬資源管理層。虛擬資源管理層負責計算資源、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。云計算的核心技術是虛擬化的資源池——通過虛擬化的技術，將各種IT物理資源的復雜性屏蔽掉，方便管理與維護工作的開展。

（4）物理資源層。將學校局域網內的機房終端PC機、服務器、交換機及存儲設備等，通過高速的局域網連接起來，從而提供處理能力更強、種類更豐富的資源。

3.3 VOI云桌面管理系統的應用

根據學校的具體需求及實際情況，計算機實驗機房選用和信 VOI（Virtual OS Infrastructure）虛擬操作系統基礎架構云桌面管理系統。和信VOI桌面虛擬化技術不僅可實現基于服務端的遠程虛擬OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可實現基于客戶端的本地緩存OS、APP及UserProfiles，這樣不僅僅可利用終端本地資源處理計算及圖形密集型應用［2］，也可支持各種計算機外設以適應復雜的應用環境及未來的應用擴展。該架構中各種版本的操作系統和各種應用程序部署在云服務器中，應用程序的添加和更新只在云服務器中完成。該架構中云服務器起到管理的作用，可以根據不同的機房，不同的用戶部署不同的應用，并且部署后的應用環境使用客戶機本地資源處理計算及圖形密集型應用，比如CAD和photoshop等軟件，降低了對網絡和服務器的依賴。

和信云桌面管理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，從而構建一個高效、安全、統一的計算機教學實驗管控平臺。［3］

3.4 云計算中心的搭建

云計算中心機房采用基于Hadoop平臺搭建，就是先在虛擬化服務器集群上安裝Hadoop，再部署基于 M/S架構的HDFS集群，然后實現 Map－Reduce分布式函數，最后通過Hadoop自帶的組件實現了HDFS文件系統和Map－Reduce數據交互。Hadoop組件圖如圖3所示。

圖3 Hadoop組件圖

將3臺虛擬機組合成一個Hadoop集群平臺，設置其中一臺虛擬機服務器作為HDFS的Name－Node和JobTracker節點，其他兩臺虛擬機服務器分別為Datanode和TaskTracker節點，機器名與IP地址的功能如表1所示：

表1 HDFS節點配置

每臺虛擬機主機名和IP地址之間必須保證得到正確的解析。

4 結束語

云計算技術能夠降低訪問終端需求，具有虛擬化、安全可靠、方便管理、經濟性和按需服務等優勢。本文以青島職業技術學院云計算平臺為例，提出了一種可行的基于云計算的高校計算機實驗機房管理應用模式，為高校機房的實驗教學、技術管理和科研提供一種全新的服務運營方式，不需要投入大量的物力和人力成本，很大程度上提高了高校機房使用率和維護效率。在高校機房中使用云計算，更有利于高校教育教學、實驗管理與實驗教學模式及科研水平的提高。

［1］ 旅游服務中心信息中心機房云計算平臺建設項目技術參數要求［EB/OL］.（2013－01－31）［2014－06－20］.http：//www.doc88.com/p－989966977076.html.

［2］ 吳良斌，肖祥.基于VOI的虛擬終端技術研究［J］.電腦知識與技術，2013，9（25）：5735－5736，5739.

［3］ 孔燚.云計算在高校計算機實驗室建設管理中的應用［J］.中國教育技術裝備，2013（12）：28－29，31.