基于云計算的高校計算機實驗室管理平臺設計

樸承哲

(遼寧民族師范高等專科學校 科研管理處，遼寧 沈陽 110032)

0 引言

隨著計算機技術和互聯網的快速發展，傳統的計算機實驗室管理方法逐漸暴露出很多問題，如傳統計算機軟件的更新模式使得更新和維護工作量繁重，有限的建設經費導致設備更換的速度難以滿足技術更新的需要，管理人員的素質和安全意識的差異導致實驗室存在安全隱患等.因此如何運用新技術快速、合理、有效地解決計算機實驗室管理中出現的問題，提高管理效率是管理者一直研究的課題.云計算以其獨有的特性可為不同用戶提供不同的定制服務，在滿足教學和管理需要的同時，更節省了資金的投入.本文結合云計算的特征，提出了基于云計算的高校計算機實驗室管理平臺的設計方案.

1 云計算概述

隨著互聯網快速發展帶來的更高需求，能向用戶提供更好的計算資源的云計算應運而生.云計算是將計算資源集合起來以網絡計算的方式，通過互聯網為用戶提供定制資源的服務模式.云計算具有五個基本特征、四種部署模型和三種服務模式[1].

1.1 五個基本特征

(1)自主服務，用戶基本不需要云端提供商的協助即可獲取自己所需的計算資源.(2)廣泛的網絡訪問，用戶可通過任何連接到網絡的計算機和移動端設備獲取云端的計算資源.(3)資源池化，云端將計算資源池化，根據用戶的使用需求進行動態分配.(4)快速彈性，用戶可根據需要快速獲取或釋放計算資源.(5)計費服務，用戶獲取的計算資源是收費的.

1.2 四種部署模型

根據使用群體的不同，云計算可構建四種云端資源部署模型：(1)私有云，云端資源只給指定的某個客戶或某個組織部門內的用戶使用；(2)社區云，云端資源給特定幾個組織部門內的用戶使用；(3)公有云，云端資源向社會開放，所用用戶均可使用；(4)混合云，是目前很流行的部署模型，由兩種或兩種以上不同類型的云構成，當私有云出現需求峰值，公有云才會劃分資源提供協助.

1.3 三種服務模式

云計算以三種模式為用戶提供資源服務，分別為：基礎設施即服務(Infrastructure as a Service，IaaS)，云端將系統中的基礎設施層租給用戶，為用戶提供虛擬機或其他資源服務；平臺即服務(Platform as a Service，PaaS)，云端將一個開發平臺作為服務提供給用戶；軟件即服務(Software as a Service，SaaS)，云端將應用作為服務提供給客戶.

2 云計算在計算機實驗室管理中的優勢

借助云計算的特性能為高校計算機實驗室管理人員提供很多便捷的服務，如遠程云端服務，客戶端并不需要具備很高的硬件配置及購買軟件，即可享受所需要的服務.用戶可根據需求定制計算資源，在面臨用戶峰值訪問時,可通過動態分配資源，保證良好的用戶體驗[2].云計算提供的服務模式有效降低了高校計算機實驗室管理成本，提高了計算機實驗室日常維護、數據存儲的工作效率.云計算在高校計算機實驗室管理中具有以下優勢：

2.1 資源統一管控，易部署，運行維護方便

按照傳統方式管理計算機實驗室，往往需要投入大量人力和物力，難免會出現管理不全面、設備更新不及時等問題.云計算管理平臺的構建，實現了實驗室教學資源由云端集中管理、集中部署、集中維護的管理模式，避免計算機設備出現軟件問題需要人為逐一調試的現象，同時針對新的教學環境及軟件，只需在云端操作部署同步到客戶端既可完成更新，解決了傳統人工更新環境、更新軟件的問題，大大減少了維護的工作量.

2.2 降低實驗室管理費用

設備是實驗教學的重要保障，購買計算機實驗室設備的費用很高，采購的設備要至少使用五年以上.隨著信息技術的不斷發展，計算機學科教學對設備要求不斷提高，原有的采購建設方案會導致前幾年配置浪費、后幾年配置跟不上的現象.利用云計算管理平臺，只需根據需要合理升級配置云服務器即可，對于特殊專業需求再購買高配置設備，大幅度降低了計算機實驗室的管理費用.

2.3 提供安全可靠的服務保障

云計算平臺為管理員提供了良好的遠程技術服務和個性化服務.針對計算機實驗室使用中出現的簡單問題及使用者錯誤操作，管理員可通過遠程操作為其解決問題、診斷錯誤，提升了設備的容錯性.管理員利用云計算平臺還可以使無人使用的設備處于關閉狀態，提高了設備的使用壽命；可在計算機設備BIOS掉電的情況下，從網絡啟動系統，如果出現網絡問題，可根據平臺提供的本地操作系統和利用本地緩存的系統數據啟動系統.

3 計算機實驗室管理平臺的具體設計方案

3.1 平臺設計構想

結合高校計算機實驗室管理的需求，利用云計算堆棧(云計算三類服務)虛擬化技術構建管理平臺，資源由云端統一把控，實現教學資源共享、動態組織異構資源，資源易擴展、易部署，能夠提供不同應用環境，也可減少資源浪費，達到資源效益最大化的目的[3].

3.2 平臺架構模型

平臺設計遵循云計算三層服務原則，通過IaaS、PaaS和SaaS為用戶提供所需的服務[4].對于使用者而言，云計算三類服務是完全不同、相互獨立的.但從技術角度上看，各層服務之間存在一定依賴關系.平臺整體架構模型如圖1所示.

3.2.1 IaaS(基礎設施即服務)

基礎設施即服務是云計算的基礎，由服務器、網絡設備、存儲磁盤等提供基礎物理設備服務條件.在使用IaaS時，用戶不需要了解底層架構，只需要根據需求配置IaaS主機，選擇操作系統、存儲設備、網絡組件，部署應用程序、防火墻等即可使用基礎計算資源.為保證基礎硬件、資源的有效利用，可通過虛擬化服務器集群，根據用戶使用情況動態分配資源.系統在IaaS建設中，將高校局域網內部的服務器、PC機、交換機、存儲設備等物理設備進行整合，為云服務提供基礎設施條件.

3.2.2 PaaS(平臺即服務)

平臺即服務向用戶提供對操作系統和相關服務的訪問.用戶可根據實際需要安裝操作系統、數據庫、Web服務器、編程語言運行環境及應用程序運行所需的中間件和運行庫.系統以半平臺PaaS和全平臺PaaS兩種模式為用戶提供服務.半平臺PaaS模式只安裝操作系統，其他程序留給用戶自行安裝.半平臺PaaS服務更注重用戶的類型，如：信息中心、財務部門、軟件學院等，平臺根據不同的用戶類型開放不同的權限及資源配置.全平臺PaaS模式已經安裝好所需的所有平臺軟件，如：數據庫、中間件、運行庫等.全平臺PaaS模式針對應用軟件做權限分配和資源分配.PaaS支持用戶管理和部署自己的應用程序，但不能對底層的基礎設施做任何操作.

3.2.3 SaaS(軟件即服務)

軟件即服務是將云端提供商部署好的應用軟件通過互聯網提供給用戶，為用戶提供無需安裝和維護的軟件服務.系統分別為教師、學生及部門管理人員等不同用戶類型提供不同的使用權限，用戶可通過PC、瀏覽器或APP享受軟件教學、個人網盤、畢業設計軟件、軟件管理、實驗室排課等服務.

3.3 客戶端運行流程

基于云計算的高校計算機實驗室管理平臺以虛擬桌面服務器管理鏡像文件，用戶登錄客戶端向服務器發送訪問請求，服務器根據登錄賬號的權限，為客戶機提供相應權限的云桌面與應用[5].用戶每次獲取服務，客戶端會首先判定當前網絡是否正常，若網絡正常，首次啟動，服務器會向客戶端傳送系統數據，客戶端建立緩存啟動服務，只需傳送少量I/O數據和緩存一起作為啟動數據提供服務.若網絡不正常，自檢本地是否有緩存，若存在緩存，則用緩存啟動服務，若沒有則啟動本地系統提供服務.客戶端運行具體流程如圖2所示.

4 結語

本文利用云計算堆棧虛擬化技術，構建高校計算機實驗室管理平臺，平臺的使用節約了實驗室管理費用，提高了管理人員的工作效率.同時，云計算提供的三種服務模式也為高校各部門及各專業的發展提供了很多硬件和軟件的服務.隨著云計算的不斷成熟與完善，要充分發揮云計算的優勢，提高高校教學質量和管理工作效率，更好地實現培養優秀人才的發展目標.