云計算技術在高職院校建設高效綠色計算機實驗室中的應用

趙元禎，衡友躍

(淮北職業技術學院 計算機科學技術系， 安徽 淮北 235000)

云計算技術在高職院校建設高效綠色計算機實驗室中的應用

趙元禎，衡友躍

(淮北職業技術學院 計算機科學技術系， 安徽 淮北 235000)

云技術作為一種新的計算機技術對現在的計算機應用產生了巨大的影響。構建云環境下虛擬計算機實驗室架構,可以有效解決高校計算機實驗室建設成本高、管理維護效率低、實驗室利用率低、資源共享程度低等問題。高職院校建設虛擬云技術計算機實驗室,能更好地滿足實驗項目、科研課題和日常教學對實驗環境的要求，在群體協作、團體開發以及課堂教學等方面發揮更大作用。

高職院校；高效綠色；云計算

云計算最早由Google提出，是一種新的計算模式，它極大地降低了運算成本，促進了經濟和社會的發展。云計算是計算機技術發展的新應用，是分布式計算技術的一種，它運用大數據的處理技術并將計算分析處理后的結果反饋給用戶。

虛擬實驗室運用云計算技術與傳統實驗室不同，主要表現在以下三各方面：①云計算技術在提供服務的同時還能為服務商開發應用程序提供方便，從而加快開發速度，節約開發成本，提高資源的利用率。②云計算技術降低了對硬件處理能力的依賴，其本身就是一個龐大的數據庫，無論水平方向還是垂直方向都具有比較好的可拓展性。將不同的云計算服務器相連結是其水平可拓展性；云中節點的靈活性是其垂直可拓展性，從而擴大用于自我管理以及維護的虛擬計算資源的范圍，形成更大的云計算服務器，有利于對數據進行儲存和處理。③在云計算的軟、硬件管理、處理以及資源的分配階段，將全程使用自動化運作模式，進一步降低了生產成本。

一、高等職業技術類院校組建虛擬計算機實驗室采用云計算技術的優勢

1.更高的性能

云技術的應用，使傳統計算機終端存儲的程序、運行的數據以及其它應用程序的任務減少。只需將少量的程序和進程加載到內存中，就能在計算機配置不高的情況下提高性能，終端啟動和運行速度都可以加快。

2.更低成本的計算機投入

云技術的應用，降低了以往對于計算機硬件的較高要求，在計算機硬件不變的情況下可以大大提高計算機運算和處理數據的效率。由于應用程序不是在臺式機上運行，而是在云中進行運算，所以不需要傳統較高性能的臺式機，不需要花費昂貴的價格購置性能較高的硬件設備，性能較低計算機作為云終端已綽綽有余，從而減少了實驗室建設成本的投入。

3.更強的計算能力

我們把運用云技術的框架組建的實驗室連接到一個云系統中，便擁有支配和使用整個云資源的能力。單機將不再是傳統意義的單機，具有了云系統運算能力，能夠執行超大級別的計算類任務。

4.更加方便快捷的硬件維護

電腦在云計算中可以當做一個具有輸出與輸入能力的單元，從而實現對計算機單機性能要求的降低。由于計算機運行的軟件及程序，都處于一個云中軟件棧結構中，計算機硬件維護更加方便快捷。

5.增強的數據安全

由于數據的集中存儲在軟件棧結構中，更容易實現安全監測：在軟件棧中存儲的信息相對集中，管理者可以比較方便地對數據進行統一管理，負載均衡，資源分配合理，軟件運行安全，能夠較大幅度地節省使用者的使用成本并提高使用效率。

云計算可以為重要數據提供安全的防護，無論使用者是誰，都可以僅憑密碼存取重要數據。同時，云存儲服務商擁有專業的團隊和先進的技術，更有能力對數據和設備進行高水平的維護。

二、云計算核心技術在虛擬計算機實驗室系統建設中的具體應用

云計算的核心技術主要有：數據管理技術，數據存儲技術，虛擬化技術，虛擬資源的管理與調度，SOA服務。

1.數據管理技術

云計算的優勢是對社會生活以及科學實驗中大數據的處理和分析。目前，技術上還存在一些不足，解決數據的隨機讀速率與更新速率是迫切需要解決的新問題。當前數據管理技術最有實力的是BigTable管理技術。

2.數據存儲技術

云計算面對的業務與客戶都比較多，要求實現數據高吞吐率、分布式和信號傳遞的高傳輸率成為云計算存儲的三個顯著特點。當前數據存儲技術主要有Google的GFS和HDFS。

3.虛擬化技術

虛擬化技術，主要是依靠服務器虛擬化，用來實現單個資源和多個虛擬資源相互轉化以及虛擬機之間的隔離等，從而實現由物理層的變化到簡單邏輯的呈現。從具體的技術角度理解可以把它看作是一種邏輯簡化技術，這種技術通過復雜物理層變化來實現。

4.虛擬資源的管理與調度

對物理資源的重新整合可以形成資源池這樣的過程通過云技術實現，云技術還可以通過管理中間件實現對資源池中虛擬資源的調度。

5.SOA服務

SOA是一種具有松耦合、粗粒度特性的服務架構方法。利用構件模塊來創建軟件系統，通過良好的接口和契約，運用應用程序將不同功能單元聯系起來，實現系統間交互更加迅速、更加可靠。

三、虛擬計算機實驗室云計算的框架結構技術

1.虛擬計算機實驗室各重要功能的結構框圖

虛擬計算實驗室中資源的鏡象是在一個軟件棧結構中實現的，資源的鏡象包含：①中間件層；②應用軟件；③虛擬機監控程序層或底層操作系統。

虛擬計算實驗室中可供訪問的資源包括：操作系統資源、應用軟件資源、開發平臺資源、數據庫資源、硬件資源等 (見圖1)。

圖1 虛擬計算實驗室的結構框圖

圖2為一個標準型的鏡象棧結構，用戶可以根據自己不同的任務需求減少或增加鏡像棧層次。系統運用服務檢索、注冊、存儲和訪問等形式對鏡象資源所提供的服務進行管理。

圖2 鏡象棧

2.虛擬計算機實驗室運行過程中的資源使用流程和預約

圖3給出的整個流程是關于資源的預約到使用的過程。根據圖3我們可以知道，實現資源的預約，通過互聯網瀏覽器即可。在預約成功以后，通過遠程程序遠程桌面程序(RDP)實現對資源的訪問和調用。

圖3 資源預約和使用流程

虛擬計算機實驗室能更好地滿足實驗項目、科研課題和日常教學對實驗環境的要求，虛擬計算機實驗室運行于校園網，對終端用戶完全透明。虛擬計算機實驗室系統廣泛適用于群體協作、團體開發以及課堂教學等，現實意義重大。

[1] 鄭嘯云，計算研究現狀綜述[J].計算機科學,2011 (4).

[2] 張懷南.楊成我國云計算教育應用的研究綜述[J].中國遠程教育, 2013(1).

[3] 劉鳳娟.大數據的教育應用研究綜述[J].現代教育技術, 2014(8).

[4] 張云勇,陳清金,潘松柏.魏進武云計算安全關鍵技術分析[J].電信科學, 2010(9).

責任編輯：何玉付

2017-05-10

本文系2016年安徽省質量工程教學研究項目“Android應用開發”(編號：2016xx130)研究成果。

趙元禎(1982—)，男，安徽淮北人，助教,研究方向：網絡管理。

TP39

A

1671-8275(2017)04-0142-02