淺析云計算在高校計算機實驗室建設管理中的應用

王龍

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

一、國內外云計算的發展現狀

目前，國內外對于什么是云計算的問題，尚沒有一個標準的定義。可以將其理解為：云計算是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。它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。

云計算應用之前，我們把軟件、數據存放在本地個人計算機中，在本地終端運行軟件、訪問數據，當然，也可以通過網絡來共享數據。而在/云計算中，我們不必把軟件、數據放在本地計算機中，而是把它放在/云中，由數據中心來為用戶提供軟件和數據存儲等服務。對用戶來說，只需要訂制/云中的服務，登錄后就可使用此服務。

二、云計算的特點

規模大： 云就是龐大的服務器群，由幾十萬、幾百萬甚至更多的服務器構成，包括計算服務器、存儲服務器、軟件服務器等，群中的計算機可以通過相應技術保證網絡數據庫信息的及時更新，使用戶能夠得到更快更準確的服務。云使用基于海量數據的數據挖掘技術來搜索網絡中的數據庫資源，并運用各種方法為用戶提供詳盡、準確的信息和結果，所以云具備高效的計算、存儲能力，能夠完成單機用戶望塵莫及的海量計算和存儲等工作。

虛擬化： 云計算中的操作平臺、存儲、計算、安全等都是虛擬化的，用戶在使用的過程中感覺就象在使用本地計算機一樣，用戶無需知道云是如何完成所提交的任務的。虛擬化技術可以提高底層資源的使用效率，同時降低成本。

可定制： 云計算可按需購買、按需定制。在云計算環境中，用戶可以通過自己的需要和習慣來定制相應的服務、應用及資源，云計算平臺也可以按照用戶的要求來進行部署。人們通過網絡獲得的服務既可以是互聯網相關的軟件服務，也可以是其它的服務，用戶可隨時獲取、按需試用、隨時擴展、按使用付費。

高安全： 分布式系統具有高度容錯機制，云計算作為分布式處理技術的發展，采用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施，依托數據中心可以實現嚴格、有效的控制、配置與管理，使服務具有更好的可靠性、安全性和連接性能，同時高度集中化的數據管理、嚴格的權限管理策略可以讓用戶避免數據丟失、病毒入侵等麻煩。

三、云計算的服務層次

云計算以其低成本、高性能、高兼容性、高共享性、方便性等而理論研究備受關注。云是由大量互連的計算機及其網絡設備組成，這些計算機和網絡設備既可以是實際存在的實體，也可以是虛擬的；可以是普通的客戶機，也可以是網絡服務器；既可以是公共的，也可以是私人的。云計算技術的支撐技術是網絡技術與計算虛擬化技術。計算虛擬化技術在很大程度上提高了資源的高服務性和可用性，并且能夠提高計算機主機的使用效率，減少管理和維護的計算機數量。云計算的目的是按需提供服務，其基礎構造是不可見的、虛擬的，可以安裝在網絡的任何位置。根據提供的服務層次，云計算中的服務可以分為軟件即服務（software as a service，Saas）、平臺即服務（platform as a service，Paas）和基礎設施即服務（infrastructure aservice，Iaas）3 個層次。

（1）軟件即服務（Saas）

Saas 提供一種應用框架 。 Saas 服務提供商將應用軟件統一部署在自己的服務器上， 由服務提供商維護和管理軟件，并提供軟件運行的硬件設施。 用戶根據個人需求訪問所需要的軟件，服務提供商根據客戶所訂軟件的數量、時間的長短等因素收費。 用戶只需要支出一定的租賃服務費用 ，不再需要花費大量資金投資在硬件、軟件 、維護人員培訓上 。

（2）平臺即服務（Paas）

PaaS 提供一個集成環境 。 廠商提供開發環境 、服務器平臺、 硬件資源等服務給客戶 ， 并給用戶提供研發的中間件平臺，同時還提供應用程序開發、 數據庫、 應用服務器、 試驗、托管及應用服務 。 用戶只需在廠商提供平臺的基礎上開發自己的應用程序， 并通過其服務器和互聯網傳遞給其他客戶。 開發人員是這個云平臺的直接用戶 ，借助云平臺提供的高層次集成環境， 對用戶需求的應用進行測試和配置 。

（3）基礎設施即服務（Iaas）

Iaas把廠商的、由多臺服務器組成的“云端”基礎設施作為計量服務提供給客戶，即提供了一個軟件應用環境 ，包括提供用戶需要的計算資源、存儲資源 、通信資源等 。 Iaas將計算能力、內存、 I/O 設備等整合成一個虛擬的資源池，為用戶提供所需要的存儲資源和虛擬化服務器等服務。 這些基礎設施的規模可以根據資源的需求情況動態分配， 更精準地為用戶提供服務。

四、高等學校計算機實驗室云計算的應用系統構造

4.1 云客戶端

云客戶端的作用是為用戶與云計算應用提供統一規范的接口，云客戶端最常見的就是網絡瀏覽器，比如人們熟知的IE、Mozilla Firefox等，也可以是一些應用程序入口。通過云客戶端用戶可以便捷地訪問云中的資源。在構建的實驗室系統中，云客戶端安裝在各個實驗室的終端計算機中，云客戶端對系統的硬件要求不高，這樣可以在不投入大量資金來建設高性能的本地終端機器的情況下訪問云計算平臺中的海量資源，進行遠遠超過終端機器性能上限的高強度計算和大存儲容量的工作。比如學生在上課時需要運行Maya、3Dsmax等這些大型程序，學生可以通過云客戶端使用安裝在云中的這些應用程序，從而突破軟件對機器性能的限制。另外，學生在上課時，可以將自己的作業存儲在云中，下次上課時，直接登錄、下載自己的作業，這樣就不需要使用U盤等，從而可以有效避免機器因使用U盤而頻繁中毒的問題。

4.2 云管理層

云管理層的功能包括云資源管理、負載均衡管理、云平臺安全管理和云數據管理。資源管理負責對虛擬資源層的各種虛擬資源的管理，包括監控資源狀態、分配資源、更新、添加、維護與刪除資源等；負載均衡管理根據資源的狀態數據，按照一定的策略進行負載均衡，包括任務調度、進程遷移等；安全管理包括：訪問安全管理、網絡安全管理、數據安全管理以及用戶登錄驗證和用戶權限管理等；云數據管理主要是對計算機與軟件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，為了保護云數據的安全性，可以對數據進行加密處理。

4.3 虛擬資源層

云計算的核心是虛擬化的資源池。虛擬化技術可以實現從物理資源向邏輯資源的轉化，它屏蔽了物理資源的復雜性，并對外呈現簡單的邏輯形態。通過對資源進行虛擬化，可以把已整合的資源以一種與物理位置無關的方式進行調用，從而降低管理維護復雜度、提高資源利用率。

五、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。

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（作者單位：遼寧對外經貿學院實驗中心，遼寧 大連 116052）