云計算在虛擬實驗室的應用

陸迅

(廣西農業職業技術學院，南寧 530007)

1 引言

云計算高速發展已經成為當前常見的基礎設施[1]，具有成本低、管理方便、效益高等特點，為各種應用程序提供了標準化的支持平臺[2]。基于上述原因，不同的研究對象都期望云計算平臺能滿足自己數據分析、數據處理等需求，避免自己構建環境所增添的人力、財力、物力的投入。因此，基于云計算環境，提出一種可行的架構部署方案，為他們應用云計算搭建研究平臺提供實踐案例，具有重要的研究意義和實踐價值。

虛擬實驗室提供了一系列的數據分析工具和工作流平臺，能鏈接到常用的數據集；在運行動態配置前，虛擬實驗室能夠提供具有訪問權限的可擴展基礎設施。當虛擬實驗室建立后，研究人員通常根據需求部署虛擬實驗室[3]。但是，為了使研究人員有良好的平臺，需要構建和配置必要的組件。根據虛擬實驗室的復雜性，在系統管理、平臺開發和特定領域應用程序設置方面，這通常是一項跨專業知識的復雜任務。鑒于基礎設施的局限性和數據的限制、避免廠商鎖定和無成本或者資源分配的浪費，云技術也應用到這些機構中[4]。

2 部署設計

從平臺部署的觀點，這帶來了巨大的挑戰，因為平臺需要部署、管理、維護和支持額外的云，從而應付任何云提供商之間的差異。因此，設計可伸縮性、健壯的云計算模型是一個趨勢。

圖1描繪了支持此類模型開發的核心概念：(a)跨云API層；(b)自動化；(c)可配置“組合”的資源集。這體現了建立一個全球虛擬實驗室需要在自動化平臺的基礎上。

圖1 集成多個云的虛擬實驗室部署

3 基于云計算的虛擬實驗室設計

3.1 功能需求分析

虛擬實驗室架構的選擇需要解決多方面的問題[5]。其中一些決策是一般性架構決策，通常情況下僅適用于軟件，而涉及到領域的有些問題通常適用于虛擬實驗室。因此在設計和開發虛擬實驗室環境時，我們列出各種架構問題和提供相應的解決辦法。例如，虛擬實驗室需要確定用戶所需的自定義級別。如果一個重要的定制是必需的且會影響其他用戶，那么對資源的孤立或個性化訪問優于訪問到一個共同的資源池。例如，一個用戶的容量或虛擬機不是預先部署網絡服務，同時小型工作的規模通常可以適用于一個單一的的虛擬機，但是大型工作的規模可能需要一個可以動態擴展的架構，從而適應更多不同的需求[6]。

適當策略的選擇取決于其他幾個因素，包括虛擬實驗室的目的和目標云能力，這是我們重點考慮的問題，具體見表1所示，這些問題沒有統一的答案，但很大程度上依賴于目標虛擬實驗室。根據特定的實驗室決定什么是可以接受的答案，然后幫助引導無數的技術和執行有關的選擇。此外，我們將討論各種計算和數據配置，從而適應這些策略。

表1 設計虛擬實驗室時需要考慮的功能性設計問題

3.2 虛擬實驗室具體設計

根據上述問題，我們設計并提供一個虛擬的實驗室需要結合各種復雜的軟件，從而滿足所需的存儲和處理資源需求[7]。虛擬實驗室的預期用途，有很多選擇使用適當的云資源。表2提供了一個計算容量的方法以及每個選項的優缺點。

表2 虛擬實驗室配置策略

圖2 實驗室部署流程圖

3.3 虛擬實驗室部署方法

根據虛擬實驗室的可用資源和要求不同，進行個性化配置，以滿足不同的使用需求。因此，根據虛擬實驗室的預期目的，選擇合適的部署模型很重要。本文提供了一種部署模型選擇方法，根據用戶的需求，確定最終的部署方法，流程如圖2所示。

(1)集中管理的資源是一個虛擬實驗室，它是社區的公共服務。通常可以作為一個門戶網站，這個虛擬實驗室從用戶需要很少或沒有，設置并且允許用戶隨時利用虛擬實驗室所提供的資源。

(2)獨立的圖像代表一個功能的完整版本虛擬實驗室的小包裝。用戶需要對云提供商進行適當的訪問。該圖像是可用的，必須親自推出虛擬實驗室的實例；各種發射器應用程序可以使它成為一個簡單的過程。

(3)持久的短時間可伸縮集群

是虛擬實驗室圖像的動態可伸縮版本，且有更多的服務來處理基礎設施縮放比例。這些服務用于提供虛擬集群，在運行時利用云用于縮放的提供者服務。

(4)可伸縮集群具有相同的一個短暫集群的特征以及升級運行服務的能力。升級通常由集群管理軟件進行處理。

除了硬件和功能要求之外，建立虛擬實驗室還有其他管理的技術和管理決策方面影響其部署。使用虛擬實驗室的主要吸引力之一是交付給用戶高級的軟件即服務。其作用是部署的服務提供的功能發揮作用。

4 小結

隨著云計算基礎設施的日益增長，虛擬實驗室的概念能夠執行開放式數據的復合平臺分析，其將成為一個普遍使用的云資源平臺。實驗室的技術和管理決策在可行方案之間更有效，更有利于管理。未來人們期望虛擬實驗室將繼續朝著更多方向發展，比如快速集成的快速部署系統能夠使用用戶訪問數據。容量、自動化解決方案和服務器的運行平臺也是未來的關鍵技術，為虛擬實驗室奠定了發展方向。