基于私有云計算的高校計算機實驗室建設(shè)

梁安國

摘要 大多數(shù)高校都使用普通的PC計算機或者無盤工作站進行計算機實驗室的建設(shè)，此類計算機實驗室建設(shè)方式存在較多問題，如系統(tǒng)垃圾文件不能得到及時的清理使系統(tǒng)工作性能下降、出現(xiàn)較多故障，而且系統(tǒng)自我保護功能較差，容易被惡意軟件侵襲。本文首先對高校計算機實驗室的現(xiàn)狀以及存在的問題進行了分析描述，然后對基于私有云計算的高校計算機實驗室的整體建設(shè)思路進行了充分的介紹，最后對本建設(shè)方案據(jù)進行總結(jié)。通過采用私有云計算以上問題得到了有效的解決。

【關(guān)鍵詞】云計算 計算機實驗室 PC計算機無盤工作站

實驗室是高校進行人才培養(yǎng)過程中實踐環(huán)節(jié)的重要場所，是高校科研活動的重要基地，在高校培養(yǎng)高素質(zhì)人才中起到重要的作用，良好的實驗室的建設(shè)與管理能夠為師生帶來舒適、順暢的學(xué)習(xí)和實驗環(huán)境，提升學(xué)校的綜合發(fā)展。計算機是所有高校實驗室中必不可少的設(shè)備，計算機在CAD、三維軟件、仿真等課程教學(xué)中是必不可少的，而且在大多數(shù)的實驗環(huán)節(jié)也需要計算機的輔助才能完成。大多數(shù)高校對計算機的需求較大，計算機的數(shù)量過多，導(dǎo)致維護工作量過大，而且由于維護不夠及時計算機垃圾軟件過多，影響使計算機的使用性能，并且計算機會因此容易受到惡意軟件的攻擊導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

1 發(fā)展現(xiàn)狀及其存在的問題

計算機技術(shù)的完善程度直接影響著計算機實驗室的管理建設(shè)。計算機系統(tǒng)從上世紀90年代至今，已經(jīng)從DOS系統(tǒng)發(fā)展到Windows系統(tǒng)，雖然許多系統(tǒng)問題隨著系統(tǒng)的更新?lián)Q代已經(jīng)得到了解決，但是仍然沒有徹底擺脫病毒的攻擊、運行穩(wěn)定性差、維護困難等問題。為了使計算機實驗室更加完善，相關(guān)研究人員采取軟件和硬件還原技術(shù)，還有研究人員選擇有盤還原和無盤工作站共存的方式，但是以上問題都沒能有效的解決。

1.1 有盤系統(tǒng)問題

大多數(shù)高校計算機實驗室都采用的是單用戶方式，配有獨立的固態(tài)硬盤或硬盤，此類計算機實驗室多存在以下問題：病毒防護系統(tǒng)只能對已知病毒的入侵進行防護，如果有未知病毒的入侵，防護系統(tǒng)將失去其防護效果，使計算機受到攻擊;在使用一段時間后，計算機系統(tǒng)內(nèi)的垃圾軟件、垃圾文件會不斷增多，使系統(tǒng)的使用性能不斷下降，而相關(guān)處理軟件并不能使此問題很好的解決，一直發(fā)展下去會導(dǎo)致計算機系統(tǒng)的崩潰;通過專業(yè)殺毒軟件來進行系統(tǒng)保護，存在著占用系統(tǒng)運行空間的問題，同樣會降低計算機的性能;在對計算機系統(tǒng)進行維護時，會占用較長的時間，影響實驗室的正常實驗和教學(xué)工作。

1.2 無盤工作站系統(tǒng)問題

無盤工作站很好的解決了系統(tǒng)及其軟件的安裝問題，但是仍然存在較多不足之處：分發(fā)服務(wù)器穩(wěn)定性較差，在服務(wù)器由于一些原因?qū)е聼o法正常使用時，整個計算機實驗室都無法正常使用;分發(fā)服務(wù)器的功能使用比較有限，對其利用率較低，使服務(wù)器計算資源不能得到充分的利用;所有計算機應(yīng)用軟件都必須一致，不能滿足其多樣性的要求，不能適應(yīng)高校對不同專業(yè)和不同應(yīng)用的需求;如果在一個系統(tǒng)中安裝應(yīng)用較多，會使系統(tǒng)占用較大空間，影響系統(tǒng)使用性能。

2 云計算建設(shè)思路

2.1 可行性研究

電子技術(shù)的不斷革新，使得高速網(wǎng)絡(luò)通道對計算和儲存資源進行連接成為了可能，該技術(shù)主要是在虛擬技術(shù)的支持下完成的。云計算是通過虛擬技術(shù)將儲存、計算和網(wǎng)絡(luò)進行有效的結(jié)合而完成的，云計算可以實現(xiàn)根據(jù)不同的需求提供不同的服務(wù)，用戶并不能看到起基礎(chǔ)架構(gòu)。

云計算由其服務(wù)層次不同可分為軟件即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)和平臺即服務(wù)。

軟件即服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)進行軟件環(huán)境的構(gòu)建，并根據(jù)用戶需求為其進行針對性的服務(wù)，單用戶需要為此支付相應(yīng)的費用，用戶在使用過程中并不需要對軟件進行安裝和維護等。例如，學(xué)生可以使用其儲存空間進行無盤的作業(yè)提交，可以通過私有云在學(xué)校建設(shè)網(wǎng)絡(luò)儲存空間，從而根據(jù)師生的不同要求提供針對性的服務(wù)。

平臺即服務(wù)可為用戶提供完善的開發(fā)環(huán)境，很多軟件公司在進行團隊開發(fā)時，都會選擇該類型平臺進行團隊開發(fā)。在計算機實驗室的軟件開發(fā)上可以通過使用此類型服務(wù)平臺實現(xiàn)。

2.2 基于云終端建立計算機實驗室存在的問題

云計算的不斷發(fā)展和完善，基于云計算的云終端大量出現(xiàn)，這種云終端多用于公共場所的查詢服務(wù)，其主要特點是維護簡單、功耗較低，且投資較小，所以在市場上很受歡迎。但是仍存在較多問題。

在教學(xué)使用中由于其計算能力有限，所以不能在計算量較大的教學(xué)場景下使用。在DOS系統(tǒng)中云終端方式的使用效果較好，但是在Windows中的一些軟件的計算需要在云服務(wù)器進行，計算完成后云終端通過網(wǎng)絡(luò)獲取計算結(jié)果，這樣一來降低了用戶的使用感受，并且在多用戶使用時，要求服務(wù)器要有較高的性能。

此云終端方式輸出效果一般，在播放視頻時，由于網(wǎng)絡(luò)與云終端之間的傳輸技術(shù)仍不夠完善，使得視頻的流暢度和畫質(zhì)欠佳。

由于云終端采用的是無盤模式，所以在部分軟件需要大量寫入本地緩存時，該模式將無法完成。

無論何種新技術(shù)的出現(xiàn)和使用，都是為了使用戶有更好的體驗，因此在建設(shè)計算機公共實驗室時盡量不要使用云終端方式。

2.3 計算機實驗室的建設(shè)

2.3.1 條件

高效計算機實驗室需要面向全校所有專業(yè)學(xué)生，所以需要有較高的穩(wěn)定性，保證設(shè)備能夠正常的運行。在之前的有盤及無盤工作站分析中發(fā)現(xiàn)這兩種方式并不能很好的解決所有問題。本文研究建設(shè)途徑如下：

公共計算機實驗室用于計算機基礎(chǔ)課程的培訓(xùn)，對計算機性能要求較低，所以采用無盤工作站就能夠滿足要求，但是該方式仍然不能滿足多門公共計算機課程在同一環(huán)境下進行的要求。對于以上問題可以通過采用“云平臺+VHDCMS”虛擬磁盤管理系統(tǒng)方式進行有效的解決。

專業(yè)計算機實驗室用于學(xué)生專業(yè)課的培訓(xùn)，如機械專業(yè)的CAD、UG、S olidWorks等軟件的運行，需要較大的內(nèi)存空間，以上要求可以采用“云平臺+NDX”方式完成，用戶可以根據(jù)個人需求安裝本地硬盤或網(wǎng)絡(luò)硬盤。

云技術(shù)支撐：計算機實驗室的建設(shè)需要云計算資源能夠穩(wěn)定快速的運行，因此可以采用專門的匯聚交換機，與學(xué)校的核心交換機進行通訊時需要使用專線通訊方式，此方式可以提高網(wǎng)絡(luò)速度及其穩(wěn)定性。為了保證計算資源和儲存資源的要求，機房需要合理安排資源的分配配額。

2.3.2 框架設(shè)計

在進行基于云計算技術(shù)建設(shè)計算機實驗室中，通過模擬技術(shù)來滿足多層次服務(wù)的穩(wěn)定性。云端服務(wù)器可以進行系統(tǒng)的下發(fā)，且穩(wěn)定性較高。各個公共計算機終端的系統(tǒng)資源下發(fā)服務(wù)采用無盤服務(wù)系統(tǒng)-VHD CMS虛擬磁盤管理系統(tǒng)來完成。計算機公共實驗室的建設(shè)需要由穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完成。為了使用戶能夠完成自主的本地差異數(shù)據(jù)的建立，專業(yè)計算機實驗室應(yīng)該采取有盤方式下發(fā)鏡像系統(tǒng)。

本方案為：云服務(wù)平臺為數(shù)據(jù)中心提供基礎(chǔ)的系統(tǒng)下發(fā)，可由三臺虛擬服務(wù)器完成，由此使各個實驗室下發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加可靠和穩(wěn)定。使用高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)通道完成實驗室與數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)的傳送。計算機終端不采用云終端方式，而采用PC機，由此可以提高用戶的使用感受。

2.3.3 計算機公共課程實驗室建設(shè)

公共計算機實驗室用于計算機基礎(chǔ)課程的培訓(xùn)，對計算機性能要求較低。采用“基本操作系統(tǒng)+差異軟件”的方式就可滿足該實驗室的基本要求。

基于云計算的實驗室建設(shè)方案中使用統(tǒng)一的標準模塊建設(shè)操作系統(tǒng)，為了解決系統(tǒng)運行速度慢及系統(tǒng)龐大等問題，利用增量磁盤的方式來滿足用戶個性軟件的需求。此方式可以將不同的培訓(xùn)內(nèi)容由不同的增量盤進行下發(fā)，由此使終端的運行速度更快，服務(wù)效果更好。

2.3.4 專業(yè)計算機實驗室建設(shè)

專業(yè)計算機實驗室對計算機性能要求較高，機械專業(yè)的CAD、UG、SolidWorks等軟件的運行，通常占用空間較大，采用無盤與有盤結(jié)合的方式對該實驗室進行建設(shè)。如圖l所示。

本地磁盤可以儲存大量數(shù)據(jù)，完全能夠滿足用戶需求。但是，該系統(tǒng)病毒防御能力不足，容易受到惡意病毒的入侵，為系統(tǒng)維護帶來了很多不便。為此采取基本系統(tǒng)根據(jù)用戶請求由云端服務(wù)器系統(tǒng)響應(yīng)下發(fā)方式。用戶可以根據(jù)需求發(fā)出申請，云服務(wù)器直接將相應(yīng)模塊下發(fā)至本地硬盤。

3 總結(jié)

本文的設(shè)計思路，使高校計算機實驗室的建設(shè)得到進一步完善，普遍存在的問題得到了更好的解決。基于私有云計算的高校計算機實驗室的建設(shè)方案，能夠為師生提供更加穩(wěn)定、安全、快速的實驗和學(xué)習(xí)環(huán)境。同時，此方案可以實現(xiàn)集中管理，減少了人力、物力的浪費，使學(xué)校管理系統(tǒng)更加完善。

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