基于云計算的高校實驗室研究與實現

鄭平輝，莊鴻鴻

（1.福建師范大學閩南科技學院，福建 泉州 362332, 2.福州第十五中學，福建 福州 350002）

當前大部分高等學校已經擁有計算機軟件、多媒體技術、藝術設計等多個交叉專業學科，原有的方向所需要的硬件與軟件的實驗室基本上已經建設完成.但伴隨著科技與社會不斷發展，促使高校專業學科同時需要相對配套的實驗室.原有的實驗室軟件與硬件的配置低與年限的問題，無論從運維、資金、環保、安全等方面都制約著實驗室的發展，需要重新投入大量經費購買軟件與硬件.當新一代信息技術在不斷改變世界時，通過移動互聯、云計算、教育等結合實現互聯網+教育，讓教育變成更科學先智能化.如何運用新一代信息技術改變高校實驗室建設，提升實驗室的運維效率，滿足師生使用是困擾著高校管理的難題.本文主要基于云計算的高校實驗室的研究與實現，解決了高校實驗室管理員的運維難題，提升教學的效率和質量，降低管理成本，促進高校教育的發展.

1 云計算概述

當前，云計算的定義百家爭鳴，分別在維基百科、Amazon的角度、IT名詞百科等給云計算定義.云計算是硬件和軟件都是資源并被封裝為服務，用戶可以通過網絡按需地訪問和使用[1].云計算是分布式計算、網格計算、并行計算等多種技術發展的產物；類似于電力系統從古老的單臺發電機模式轉變電廠集中供電模式；包括基礎即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)、軟件即服務(SaaS)、數據存儲即服務(DaaS)等內容[2].

云計算應用在公共服務、醫療、銀行、教育科研、互聯網、教育科研等各行業.云計算能利用虛擬化技術構建虛擬化資源池，部署云端的資源以獲取服務，動態組織異構資源[3]，針對教育科學的課堂教學、教輔(實驗)、科研三大領域構建不同的應用環境,將存儲空間等資源共享,根據用戶的需求進行分配，杜絕資源的浪費,使高校實驗室運維效率達到效益最大化.

運用云計算規劃建設高校實驗室，解決了高校實驗室管理員的運維難題，提升教學的效率和質量，降低管理成本，節能環保.以福建師范大學閩南科技學院實驗室容納60人為例，采用云計算與傳統的實驗室終端配置情況比較如下表所示.

表1 云計算與傳統的實驗室終端配置情況比較

從表1可以看出，采用云計算的實驗室費用比原有方式相差約五倍投資，如果從長遠看整體投入包括管理員運維、硬件擴展、人力成本、電力使用等費用；在一定時期，云計算的實驗室與傳統的實驗室的整體投入成本更少更優.基于云計算的實驗室通過軟件與與硬件資源、及其可動態擴展和配置的物理資源分布式存在；用戶共享，邏輯上以單一整體的形式呈現，用戶可按需要使用云中資源.這種全新模式特征改變了傳統的高校實驗室管理模式，節約整體成本，提升教育資源利用率，將會給可持續的教育科研領域發展帶來創新改革浪潮.

3 云計算的實驗室實現

結合云計算技術與現有高校實驗室存在的難題，單間機房實驗室通過RCD Web管理界面管理，多間機房實驗室通過RCC Center進行集中管理，可減少人員管理，提升高校實驗室管理效率.具體實現方案一，使用數據庫IBM PowerVM虛擬技術、X86架構物理服務器的PC服務器，產品軟件一期可以先購買6臺PC服務器，2個Vmware Sphere的授權，其他采用免費的VmwareESXI來進行虛化.具體實現方案二，主機RG-RCD6000，終端RG-Rain100，教學管理軟件系列RG-ClassManager Rainbow，集中管理平臺系列RG-RCCCenter.從價性比對比二種實現方案，其中第二種方案優于第一種方案，最終采用第二種方案，具體高校實驗室平臺拓撲結構如圖1所示.

圖1 云計算的高校實驗室平臺拓撲結構圖

4 云計算的實驗室建設性能分析

4.1 減少實驗室硬件設備的投入

云計算終端只需要輸入與顯示的設備比傳統少一臺主機，投入相應會減少，但性能反而提升了.因為處理數據都交給服務器端，用戶終端只需要一個終端用帳號與密碼登錄到云服務器端，就可以運用平臺資源即可得到應用結果，減少高校頻繁更新硬件設備，從而減少費用投入.云服務器可以通過升級配置和平滑擴展，瘦顯示終端循環使用，保護用戶投資利益.

4.2 降低管理員運維的開銷

從管理員的角度來年，新實驗室平臺改變了管理員運維系統或軟件、刷母機、設置發送參數、傳系統等工作量大，更新管理效率提升約十倍.傳統的計算機實驗室投資一次投入完成后，使用一定年限計算機既要增加硬件與軟件成本，又要逐臺維護增加管理人員維護量.從微軟約平每兩年推出最新的操作系統，帶動一輪計算機硬件和系統與教學軟件升級，整機更換快，投資保護性差.環境維護工作主要包括強電、除塵、制冷等方面維護量問題也減少.而云計算技術只需要對服務器端的軟件與硬件同步更新即可，大大節約時間與成本，提升運維效率，對用戶影響和投入成本達到最小.

4.3 提升師生應用體驗

云計算高校實驗室將改變同一個系統安裝大量的軟件，無法靈活地按照課堂內容構建最優環境，還有下發教學材料與上傳作業不方便，導致用戶使用不斷的系統切換時間會相對比較慢，存在系統與軟件不兼容，硬件故障與開機故障多等方面問題；開機啟動速度變快，教學軟件運行流暢，場景切換靈活自如，提供桌面與教學應用并行等等，滿足師生的應用需求，提升用戶應用體驗.如果把服務器統一部署管理中心，用戶可以隨時隨地利用帳號登錄使用定制的服務資源.

4.4 推進安全與節能環保工作

云計算高校實驗室將改變計算機與存儲外設的交叉使用，致使網絡蠕蟲[4]與病毒廣泛傳播;改變計算機的電力消耗，發熱量，噪聲輻射等大；周期性的更新產生大量電子垃圾，對環境危害大的狀況.

4.5 思考云端應急處理能力不足

云服務器故障或者是網絡故障會造成整個系統癱瘓，導致用戶都無法使用.如何部署具有冗余的云服務器，需增加設備投入，在遇到應急情況快速恢復或重新部署服務；如何運用原有硬件設備與云平臺應對應急處理值得我們深思.

4.6 考慮經費投入模式的問題

高校經費投入模式可大致分為自籌、國家支持、融資三種.云計算服務器初期投入購置，相對一些高校還是算有點大的.畢竟原有的高校已經建立了實驗室，經費還是比較有限.如果是公辦高校有國家經費支持，規劃還是比較容易實現.對于獨立學院相對會比較困難，會要么采用自籌、融資方式.如果經費允許可以采用自籌；如果經費不足可以引入融資租賃的方式來實現；將整個項目招投標包給第三方公司購置，然后高校再逐年還款直至還清，所有的設備就歸高校所有.

4.7 思索云本身的問題

云計算給我們帶來方便的同時，也不能忽視云安全、更低成本的遷移模式、網絡的帶寬與質量、智能終端的移動云服務等問題.

5 總結

基于云計算應用到高校實驗室的管理中，其特有的高效、穩定、環保等特點，有效解決了傳統高校實驗室在用戶使用與管理員運維方面的缺陷問題，結果證明了基于云計算的高校實驗室的靈活又高效，為高校實驗室建設應用具有一定的促進作用，提出一創新中國教育的可持性發展建設思路.

〔1〕王志堅.基于云計算的多媒體教學公共服務支撐體系研究[J].浙江工業大學學報(社會科學版)，2011（9）.

〔2〕雷萬云，等.云計算-企業信息化建設策略與實踐[M].北京:清華大學出版社，2010.12-30.

〔3〕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(12):72-73.

〔4〕鄭平輝,姬雪暉,陳蘭蓀.一類網絡蠕蟲傳播模型的建立與研究[J].福建師范大學學報（自然科學版）,2013,29(4).