高校實驗室云平臺的建設研究

朱林+李香菊+謝修娟

摘 要：為了充分整合實驗室的軟硬件資源，切實提高高校實驗教學整體質量，本文擬建立基于云計算的高校實驗室云平臺，并對研究內容與解決方案做進一步的闡述，以建立一種功能齊全、高效實用的實驗室云平臺綜合服務系統。

關鍵詞：實驗室；云平臺；軟硬件資源

實驗室是高校進行教學的主要場所之一，將云計算技術引入高校實驗室的建設并建立相應的云平臺，可以充分整合實驗室的軟硬件資源，改進實驗室管理模式，提高管理效率，實現管理流程化，為教學與科研提供有力支撐。

一、研究背景

隨著社會經濟的發展，以及信息技術的飛速發展，云計算作為一種新興的互聯網技術，在眾多領域發揮著不可忽視的作用。在高校教育方面，國家對信息化教育的推進促進了高校教育的改革。高校作為培養現代化高素質應用型人才的基地，實驗室在學生的學習過程中發揮著重要的作用。建立高校實驗室云平臺，可以為高校教學提供快捷高效的流程化管理。同時，借助移動互聯網，管理者可通過手機登錄平臺進行相應的管理和審批工作。最后，通過系統對實驗室中的各種實驗和教學進行系統規劃和管控，提升高校實驗教學的整體質量。

二、研究內容

在傳統模式下，高校如果要建立自己的實驗室，不僅需要花費大量的金錢購買服務器、交換機、機箱和顯示器等硬件基礎設施；還需購買各種應用軟件及其許可證，另外還要專門的技術人員進行維護。高校在建設實驗室的過程中，都是以院系為單位進行，不同的院系建立不同的實驗室，容易造成實驗室的重復建設、資源冗余、浪費資金。如何在有限的資金的基礎上建設管理高效、資源利用率高的實驗室，是高校實驗教學管理的重要內容。云計算是一種基于互聯網的信息共享技術，采用并行、分布式計算等計算技術，使相關的系統根據需要獲取計算及存儲能力。

自云計算的概念被提出后，隨之衍生的技術產品眾多。先后出現了谷歌的APP Engine、亞馬孫的彈性云、百度云以及Apache VCL，VMware等。這些云計算技術都可以作為高校實驗室云平臺的建設技術，可以從以下幾個方面進行研究：

（1）以國內高校實驗室為研究背景。通過對國內各高校實驗室建設的現狀進行研究，對高校實驗室云平臺的體系、應用技術進行分析。

（2）對云計算技術的應用、工作原理以及網絡架構進行研究，并對其使用范疇進行說明。

（3）在以上研究的基礎上，對高校實驗室云平臺進行了架構的設計研究，以及基本運作流程的分析說明。

三、存在問題及解決方案

1.存在問題

目前，高校的實驗室機房仍以傳統的一人一機的模式運行，大多時候硬件設備利用率不高。同時，設備之間獨立運行，大部分硬件在使用過程中僅僅充當了一個簡單的角色，沒有充分利用起來。單單靠這些設備，遠遠不能滿足目前實踐教學的需求。

在計算機實驗室的實際建設過程中，也存在較多的問題：

（1）硬件資源利用率低

為滿足教學及科研需求，高校在實驗室的建設上往往要投入大量的人力物力資源。但電子產品更新換代速度加快，通常師生的需求與現有的硬件資源不匹配，得不到滿足。另一方面，實驗室只在特定的時間內對特定的人開放，大部分時間處于空閑狀態，資源因得不到充分的利用而造成嚴重的浪費。

（2）實驗室建設成本過高

目前，高校實驗室一般為傳統的個人計算機機房模式，規模等到限制，計算機軟件更新以及硬件的換代頻繁，在此過程中需專門的計算機技術人員參與，花費大量的精力以及財力。

（3）安全性和靈活性差

高校實驗室計算機作為學生進行實驗驗證的重要工具，在學生日常上機過程中，經常伴隨著外來存儲設備的插拔，極易感染病毒而全面擴散導致整個實驗室局域網內計算機的正常使用受到影響，嚴重的可能會造成巨大的損失。

2.解決方案

針對前面提到的實驗室管理現狀和設備現狀，高校可適當購進一批設備如服務器、交換機等，構成一個云；一般來說，只要不是所有的設備都處于負載飽和狀態，就不會出現服務器崩潰及與之配套的實驗無法開展的情況。

在功能需求方面，結合通過硬件設施組成的物理云可知，實驗室云平臺的建設需保證一定的功能可行性。由教師提出開設實驗環境的需求，云平臺管理中心根據這些需求，進行相關的服務配置，滿足用戶的需求。對于某些實驗，管理員可根據實際情況進行云平臺的開啟與關閉時間段的配置，使相關人員從煩瑣的日常工作中解放出來，提高工作效率。

在系統建設方面，系統主要包括實驗環境管理、實驗教學管理、實驗監控管理、云平臺管理以及權限管理等功能模塊。系統可以采用軟件工程的一般過程，即需求、設計、開發、測試、上線運行、總結等環節，按照相關標準，采用典型的三層架構模式開發技術，利用數據庫管理系統，并結合利用數據庫建模技術等，建成一套架構穩定、易于擴展且符合高校當前實際的實驗室云平臺綜合服務系統。

系統各模塊功能介紹如下：

（1）實驗環境管理。實驗環境是在軟硬件設備的整體支持下，能對相關實驗進行操作的平臺。對于高校實驗室云平臺環境，實驗室管理員在進行實驗環境的初次配置時，需要對操作系統或軟件的初始環境進行設置，安裝與實驗相關的軟件及其腳本，另外還需要對教師提出的實驗環境的申請進行審核和創建等。

（2）實驗教學管理。實驗教學的管理包括實驗大綱管理、實驗安排管理、實驗任務管理、實驗監控管理。管理員和教師通過該系統對每學期的實驗教學進行管理，可在每學期實驗課程開始之前對本學期的實驗課信息進行配置，包括學期的起止結束時間、本學期相關課程的實驗安排，實驗任務的預約、執行等操作。

（3）權限管理。權限管理模塊的具體功能包括用戶管理、資源管理以及認證鑒權等認證功能。認證功能是學生或教師選擇相應的身份，輸入與之對應的密碼，經系統后臺數據庫的匹配認證后進入系統；鑒權功能指管理員登錄系統，對教師、學生等用戶身份的信息進行操作；資源管理是指系統根據用戶的身份以及需求來分配角色及對應的資源，如硬盤、內存等硬件資源，當用戶對系統進行注銷操作時，系統對其資源進行回收；授權功能是指系統對登陸的用戶擁有的資源進行檢查、分配，并對其在系統中的權限進行限制，如管理員可查看后臺數據，學生只能對系統中對學生提供的功能進行使用，教師可查看學生機所處的狀態而不能對系統的環境進行更改等。

四、總結

本論文就高校實驗室云平臺的建設展開相應的研究，從云平臺的體系、應用技術、網絡結構及運作流程方面展開研究內容的論述，仔細分析在實際應用中存在的問題并提出相應的解決方案，切實提升高校實驗教學的整體質量。

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作者簡介：朱林（1981— ），男，碩士，講師，研究方向：軟件工程、電子商務。