基于云計算的實驗室建設的研究

王曉燕　梁媛媛　李亞

摘 要：該文首先分析了南陽師范學院軟件學院現有的實驗室狀況，提出了目前實驗室存在的問題。然后介紹了云計算實驗室的優點，結合實驗室目前的設備提出了云實驗室的總體設計方案。最后分析云實驗室將帶給我們的性能提升。

關鍵詞：云計算實驗室 設計方案 性能

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（a）-0122-02

云計算的出現引起了新的技術變革，為高校的實驗室建設提供了新的建設思路。目前，該院機房存在著硬件設備落后、軟件升級困難、存儲的文檔不安全等問題，該文主要探討使用云計算來解決目前實驗室存在的各種問題，以此來建設高效、智能、方便的實驗室環境。

1 目前實驗室的建設狀況

實驗室是培養計算機人才的必備條件，是學生進行專業實踐的重要場所，雖然學校在實驗室的建設上投入了大量的資金，但在建設和管理方面還存在著許多問題。

1.1 實驗室維護困難

機房的計算機數量多，小的實驗室都有至少40臺電腦，大的機房有100多臺，因為計算機的數量多，出故障的幾率高，為了保證上課的質量，機房管理人員往往疲憊不堪。而軟件方面的問題更多，學院負責不同課程教學的老師會裝不同的操作系統環境，比如win2003、windows 7、Linux等，在同一種操作系統下也會安裝不同的軟件，軟件與軟件之間可能存在不兼容等問題，裝完后也可能會出現藍屏、無法啟動等各種錯誤，如果不及時解決，會影響正常的教學工作，這無疑會給維護人員增加工作負擔。

1.2 軟件升級難

計算機軟件更新換代比較快，目前，教師機和學生機不能同步，實驗室之間的資源不能共享，想更新實驗室機器上的軟件，必須在每個實驗室的教師機和學生機上各裝一遍，如果同一個軟件在多個機房裝，無疑就給教師帶來了麻煩，使教師總是會做很多重復的工作，工作效率低。

為了提高學生的課堂效率，上課期間給學生斷網，由于機房管理員的日常工作比較多，因此基本不開網絡，這樣殺毒軟件得不到更新，病毒肆虐。即便使用了自動還原系統的保護卡也擋不住眾多病毒。

1.3 任課教師的使用難

任課教師在給學生上課時為了更好地監控學生的學習，需要控制學生電腦屏幕或進行廣播控制，但是學生機往往會因為各種原因不能接受教師發送的請求，使得上課效果不理想。教師往往不能通過此模式取得良好的教學效果。

2 云實驗室的優點

2.1 維護方便

云計算的使用，使得實驗室的維護變得方便快捷。管理員無須更新每臺機器上的軟件，只需要配置云端就能滿足不同客戶端的請求，客戶端的配置少了，出錯的幾率也就小了。不同的學期需求的軟件不一樣，教師也不用逐一地去更新軟件了。學生做的作業，教師的課件也可以隨時傳到云端，供學生課后復習。

2.2 可移動性強

云計算實驗室的建立打破了時間地點的限制，開辟了一條學習的新道路。它可以使學生在實驗室關閉后，還能利用自己的電腦獲取云端的學習資源，充分利用學生的課余時間和個人計算機。

2.3 使用方便

學生和教師的資料可以存放在云端，供教師和學生隨時查看，避免因為機器的自動還原裝置被格式化掉。因為所有的軟件和數據都存放在云端，這樣也同時避免了計算機病毒的產生，避免了不必要的損失。云計算也可以實現不同設備之間的資源共享。

3 云實驗室的總體設計

3.1 云實驗室的體系結構圖

云計算的基礎構造是不可見的，是按需提供服務的模式。云計算提供的服務有3個層次軟件即服務、平臺即服務和基礎設施即服務，云計算的體系架構如圖1所示。

3.2 云實驗室的網絡拓撲圖

云實驗室中云主機和教師機、學生機的拓撲圖如圖4所示。

4 云實驗室建設的方案

IBM董事長托馬斯.沃森在1943年，胸有成竹地告訴人們：“我想，5臺計算機足以滿足整個世界市場。”當時被認為是笑話，而在云計算大數據的今天這個笑話已經實現。云計算的出現使實驗室告別了大批采購PC機、胖客戶機的時代。

云實驗室的建設主要滿足以下幾個方面。

（1）要充分利用實驗室現有的設備，以便節約成本。

（2）要有標準統一的接入規范，以便實現全校范圍接入。

（3）要有安全訪問機制，以便用戶安全訪問。

（4）要有較好的兼容性，以便后續更新使用。

結合高校實驗室的實踐建設情況及云實驗室建設的要求，我們認為云課堂應主要由客戶端層和云主機層兩層組成。客戶端充分利用現有的終端。主機層主要能滿足不同教師對教學環境的要求，通過它來為客戶端層提供接入。

為了滿足云課堂的要求，更好地為教師和學生提供服務，對實驗室的整體進行如下規劃。

師生PC區放到一端，核心區主要的設備有云服務器、實驗平臺等主要的設備，通過校園網連出去。由于云計算的兼容性好，我們可以使用舊設備也可以重新購置新的設備。

5 云實驗室的性能分析

（1）低投入高獲取。用戶終端不需要頻繁地更新硬件設備，用戶端只需要通過云終端獲取所需的所有資源。

（2）存儲空間大大幅提升，資源利用率高。通過虛擬化技術提高了資源的利用率。云計算技術的使用，使得存儲空間能滿足不斷增長的信息需求。

（3）減少了空間的限制，實現了不同空間中資源的共享。利用虛擬技術，構筑虛擬資源池，資源池可是實現不同實驗室客戶端之間的的數據共享，提高了資源的利用率。

（4）安全性高。云計算實驗室把客戶端和主機分離，所有的數據資料都存放在云端。在云端采取多種措施來保障數據的安全，減少客戶端存放數據的風險性。

6 結語

該文主要從云實驗室的優點、實驗室的網絡拓撲、整體拓撲方面介紹實驗室的實施方案，從性能方面分析云實驗室建設的好處。在今后的研究中應繼續針對云實驗室的安全進行研究，保障用戶的隱私數據。

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