李 浩，李明杰，張子振

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

高校實(shí)驗(yàn)室綠色計(jì)算環(huán)境建設(shè)探討

李 浩，李明杰，張子振

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

綠色計(jì)算技術(shù)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，綠色計(jì)算的目標(biāo)是節(jié)能、環(huán)保和節(jié)約。綠色計(jì)算作為建設(shè)低碳生活環(huán)境的重要一環(huán)，已成為推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一種新型計(jì)算模式，是當(dāng)今國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和制高點(diǎn)，對(duì)國(guó)家的政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)安全等方面影響深遠(yuǎn)。然而，當(dāng)前把綠色計(jì)算技術(shù)引入高校，構(gòu)建高校綠色計(jì)算環(huán)境的相關(guān)研究還比較少，針對(duì)這一問(wèn)題，文中在綠色計(jì)算目標(biāo)下分析我校計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室目前存在的問(wèn)題和構(gòu)建綠色計(jì)算環(huán)境的可能條件；隨后以云計(jì)算為技術(shù)背景，簡(jiǎn)單介紹了安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)構(gòu)建綠色計(jì)算環(huán)境的方案和措施。

計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室；云技術(shù)；綠色計(jì)算；探討

1 建設(shè)高校綠色計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的意義

高校不僅是教書(shū)育人、向社會(huì)輸送人才的搖籃，而且是推動(dòng)科技進(jìn)步的一股巨大力量。高校作為社會(huì)一員，應(yīng)該節(jié)能減排，樹(shù)立良好的環(huán)保形象，高校還是IT設(shè)備使用較多的社會(huì)團(tuán)體之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新性的專業(yè)技術(shù)人才是當(dāng)今企業(yè)所急需的；計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室是高校培養(yǎng)計(jì)算機(jī)專業(yè)高精尖人才不可或缺的重要場(chǎng)所[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)本科教學(xué)的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)綜合能力和創(chuàng)新性的主要途徑。培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力已成為當(dāng)今各高校的一種共識(shí)，于是各校都加大了專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)力度。隨著大量的資金投入，大量的基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完備以及業(yè)務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備運(yùn)行的能耗成本也越來(lái)越大。將綠色計(jì)算技術(shù)引入高校，不僅符合環(huán)保需求，更能提高學(xué)校的能源效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

2 從綠色計(jì)算的觀點(diǎn)分析專業(yè)驗(yàn)室的現(xiàn)狀

郭兵等人從工業(yè)、理論和交叉學(xué)科三個(gè)不同視覺(jué)對(duì)綠色計(jì)算進(jìn)行了重定義，并提出綠色計(jì)算的目標(biāo)是節(jié)能、環(huán)保和節(jié)約[3]。根據(jù)此目標(biāo)，分析安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的情況，認(rèn)為我校實(shí)驗(yàn)室綠色計(jì)算的環(huán)境主要存在以下4個(gè)問(wèn)題：

2.1 能耗管理檢測(cè)

如果高校缺乏統(tǒng)一有效的能耗檢測(cè)管理平臺(tái)[4]，就不能實(shí)時(shí)有效地對(duì)能耗和資源的利用情況進(jìn)行檢測(cè)，也無(wú)法對(duì)資源進(jìn)行有效合理的決策分析，從而不能有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的集中管理和合理的調(diào)度利用。針對(duì)我校來(lái)說(shuō)，主要是缺乏機(jī)房的制冷和設(shè)備運(yùn)行的電能損耗的有效監(jiān)測(cè)。

2.2 資源利用率

資源利用低下是我校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室存在的一個(gè)突出問(wèn)題，我校工程管理與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心有信息技術(shù)、信息管理、軟件工程、電子電工、通信與測(cè)量、工程管理、計(jì)算機(jī)硬件，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等12個(gè)實(shí)驗(yàn)室和一個(gè)信息數(shù)據(jù)中心。因校區(qū)不同和實(shí)驗(yàn)室用房原因，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室分布在不同的地點(diǎn)，即使同校區(qū)，也分布在不同的大樓，導(dǎo)致其具有多個(gè)功能略有不同但設(shè)備相似的獨(dú)立系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，必然導(dǎo)致資源使用率的低下，造成資源的浪費(fèi)。同時(shí)，我校實(shí)驗(yàn)室還存在著專業(yè)設(shè)備開(kāi)放時(shí)段的利用率低的問(wèn)題。除了PC機(jī)房之類的通用設(shè)備外, 為了強(qiáng)化學(xué)生專業(yè)技術(shù)及實(shí)踐技能的演練,中心的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室在無(wú)教學(xué)任務(wù)時(shí)段會(huì)面向我校學(xué)生開(kāi)放.但由于缺乏有效的信息發(fā)布及管理平臺(tái),導(dǎo)致專業(yè)設(shè)備的開(kāi)放使用常常與教學(xué)任務(wù)發(fā)生沖突,嚴(yán)重影響了專業(yè)設(shè)備的開(kāi)放使用率[5].

2.3 更新成本

我院實(shí)驗(yàn)中心專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備大多都是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代非常迅速，通常一些最新的設(shè)備，在使用2～3年后就會(huì)出現(xiàn)隱形故障，即便是設(shè)備完好，也會(huì)因其功能陳舊性能低下而被淘汰，頻繁的更換會(huì)導(dǎo)致成本的增加。

2.4 環(huán)境問(wèn)題

具體到我校，主要是電能損耗的CO2排放、實(shí)驗(yàn)耗材的損耗產(chǎn)生的電子垃圾(如報(bào)廢的電子元件)以及大量紙質(zhì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

3 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是一種新興的超級(jí)計(jì)算模式[5]，它是以數(shù)據(jù)為中心，構(gòu)建一種新興的基礎(chǔ)共享架構(gòu)，在這一架構(gòu)中，把基礎(chǔ)設(shè)施資源、系統(tǒng)資源、硬件資源、數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用資源等IT資源虛擬化形成一個(gè)巨大的資源池，并進(jìn)行統(tǒng)一管理，以服務(wù)的方式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按照需求提供給用戶使用。這些服務(wù)包括當(dāng)前流行的各類互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及運(yùn)行這些應(yīng)用的計(jì)算平臺(tái)。系統(tǒng)支撐平臺(tái)所提供的軟硬件資源可以通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)動(dòng)態(tài)管理和調(diào)度，用戶無(wú)需關(guān)心如何部署或維護(hù)這些資源，從而達(dá)到集約計(jì)算資源，減少資源維護(hù)成本的目的。目前，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、編程模式是云計(jì)算技術(shù)的三大關(guān)鍵技術(shù)。

4 基于云計(jì)算的綠色計(jì)算實(shí)驗(yàn)室環(huán)境構(gòu)建

綠色計(jì)算已成為一種趨勢(shì)，在保證我校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，打造綠色計(jì)算環(huán)境，需要從實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、硬件設(shè)備、管理制度幾個(gè)層面上開(kāi)展工作。通過(guò)云技術(shù)，對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的資源進(jìn)行整合，盡量在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上通過(guò)整合實(shí)驗(yàn)中心空間、能源、設(shè)備等資源，有效控制和減少服務(wù)器等IT設(shè)備的數(shù)量，減少環(huán)境的復(fù)雜性，從而降低能耗。具體方案如圖1所示。

4.1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

4.1.1 制冷環(huán)境的改進(jìn)

我院數(shù)據(jù)中心不僅承擔(dān)著我院實(shí)驗(yàn)中心的數(shù)據(jù)管理和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)行，還承擔(dān)著我院和學(xué)校其他幾個(gè)部門(mén)和學(xué)院的網(wǎng)站的運(yùn)行和維護(hù)。我院實(shí)驗(yàn)室主要使用的是空調(diào)制冷，并且為了保證設(shè)備的正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心的空調(diào)機(jī)組采用的是24小時(shí)不間斷運(yùn)行。由于空調(diào)分布不合理以及設(shè)備的分散性，導(dǎo)致需冷卻的設(shè)備不能很好地得到冷卻，而已經(jīng)被冷卻的區(qū)域卻被繼續(xù)冷卻，從而導(dǎo)致過(guò)耗能嚴(yán)重，而制冷效率低下。解決方法可以采用動(dòng)態(tài)控制制冷法。具體措施如下：

1)安裝室內(nèi)溫度控制傳感器，設(shè)置溫度門(mén)限(通常在20℃～24℃)。當(dāng)溫度較低時(shí)，可以少量關(guān)閉幾個(gè)空調(diào)機(jī)；當(dāng)溫度較高時(shí)，可以增加開(kāi)啟幾個(gè)空調(diào)機(jī)從而達(dá)到節(jié)能減排制冷增效的目的。

2)增加實(shí)驗(yàn)室的排氣窗口，使室內(nèi)空氣流動(dòng)幅度增加，從而達(dá)到室內(nèi)溫度冷熱分布均勻。另外，可以在安全許可范圍內(nèi)適當(dāng)提高機(jī)房?jī)?nèi)溫度，研究表明機(jī)房溫度每提高一度都會(huì)顯著降低電能消耗[4]。

圖1 基于云技術(shù)的綠色計(jì)算架構(gòu)

4.2 硬件設(shè)備

4.2.1 服務(wù)器更換

在滿足需求和性能的條件下，盡量采用低能耗的刀片服務(wù)器，并利用虛擬化技術(shù)，從而節(jié)省成本，減小空間，降低能耗。

4.2.2 存儲(chǔ)技術(shù)改進(jìn)

當(dāng)前我校采用的是傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù)，不僅占用大量的存儲(chǔ)空間，而且能耗較高，如果一旦采用綠色虛擬化存儲(chǔ)。比如：EMC文件級(jí)存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)Rainfinity、數(shù)據(jù)塊級(jí)虛擬化Invista等技術(shù)，不僅可以節(jié)省成本，還可起到降低能耗的作用。

4.2.3 機(jī)房PC機(jī)的改進(jìn)

我院實(shí)驗(yàn)中心擁有普通機(jī)房8個(gè)，共計(jì)400多臺(tái)電腦，這些電腦還是普通型的非節(jié)能電腦，因?qū)嶒?yàn)教學(xué)的需要，這些電腦每天運(yùn)行產(chǎn)生的能耗也是不容小覷的。如采用安全節(jié)能型、低輻射、低噪音的綠色環(huán)保電腦，不僅能夠起到節(jié)能降耗，節(jié)省成本的作用，還能把對(duì)健康和環(huán)境的危害降到最小。聯(lián)想、戴爾、海爾、方正等廠商所推出的綠色電腦新品，無(wú)論在電磁兼容性還是節(jié)能方面，都令人耳目一新，值得我們選擇。

4.2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告改進(jìn)

為了檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，我校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后會(huì)有學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告大多采用紙質(zhì)的。可以改變這種方式，使學(xué)生改用電子文檔的形式提交，不僅可以節(jié)省成本，還可以減少?gòu)U棄的紙質(zhì)垃圾。

4.3 管理制度的改進(jìn)

改變傳統(tǒng)的管理模式，逐步建立綠色校園管理體系，采用統(tǒng)一的能耗管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，校后勤水電部門(mén)、實(shí)驗(yàn)室管理中心、網(wǎng)絡(luò)中心等多部門(mén)統(tǒng)一系統(tǒng)，配合調(diào)度，相互監(jiān)督，以節(jié)能減排為目標(biāo)，建立統(tǒng)一的獎(jiǎng)懲制度，從而使綠色環(huán)保的觀念深入人心。

5 結(jié)束語(yǔ)

“十一五”以來(lái)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)是我國(guó)的基本國(guó)策，如何利用高科技更有成效地節(jié)能減耗，是當(dāng)前面臨的一個(gè)重大課題。云計(jì)算的出現(xiàn)，能夠解決我校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀，使在保證教學(xué)需要的前提下建立綠色計(jì)算實(shí)驗(yàn)室成為可能！

[1]Wikipedia.GreenComputing[EB/OL].(2011-03-1).http://zh.wikipedia.org/zh-cn/ 綠色計(jì)算.

[2]過(guò)敏意.綠色計(jì)算：內(nèi)涵及趨勢(shì)[J] .計(jì)算機(jī)工程，2010,36(10):1-7.

[3]張華.云計(jì)算技術(shù)在建設(shè)高校綠色計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程.2012,31(11)：180-181.

[3]郭 兵,沈 艷,邵子立. 綠色計(jì)算的重定義與若干探討[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2009,32(12):2311-2319.

[4] 孟壇魁,苗林,梁藝軍. 數(shù)字校園中的綠色計(jì)算環(huán)境構(gòu)建探討[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012,39(10):74-76.

[5]倪冕. 基于Web的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2011, 34(2): 171-174.

[6]陳全，鄧倩妮.云計(jì)算及其關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009, 29(9): 2562-2567.

Discussion on the Construction of Green Computing for College Laboratory

LI Hao,LI Mingji,ZHANG Zizheng

(School of Management Science and Engineering，Anhui University of Finance and Economics，Bengbu 233030，China)

Currently, green computing technology is one of research hotspots. The energy saving, environmental protection and conservation are the goal of the green computing. As the construction of low carbon living environment is important one annulus, green computing has become a new computing model of promoting the progress of science and technology and social sustainable development. As the focus of international competition and the commanding heights, green computing far-reaching influence on a country’s political，economic and social security and other aspects. However, there is relatively rare work on the construction of College Green computing environment. Therefore, the problems of laboratory computer specialty in our college are analyzed with this objective and the possibility of constructing green computing environments is presented in this paper. Thus, our school building green computing environment of the scheme and the corresponding measures were introduced in the technical background of cloud computing.

computer science laboratory; cloud computing technology; green computing；discassin

2014-07-24

安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)教研基金資助項(xiàng)目(acjyyb2014 13)；安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)教育事業(yè)發(fā)展研究基于云技術(shù)的實(shí)驗(yàn)綠色計(jì)算環(huán)境建設(shè)基金資助項(xiàng)目(2015JFEY26)。

李 浩(1983-)，男，碩士生，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，可信技術(shù)，綠色計(jì)算等。

G482；X-0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.060