陳　偉　程家超　查道貴

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　安徽·宿州　234101）

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云計算環(huán)境下的計算機實驗室建設(shè)

陳偉程家超查道貴

（宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽·宿州234101）

摘要：針對高校計算機實驗室建設(shè)存在的成本高、設(shè)備利用率低、管理困難等問題，引入云計算技術(shù)，分析云計算在計算機實驗室建設(shè)中的優(yōu)勢。提出云計算環(huán)境下的高校計算機實驗室建設(shè)解決方案，為建設(shè)統(tǒng)一、高效的計算機實驗室提供新的手段和思路。

關(guān)鍵詞：云計算；計算機實驗室；虛擬化

1前言

云計算作為一種新的計算機服務(wù)模式與理念，在當(dāng)前得到高度重視。云計算的計算資源完全是由第三方提供的，和個人終端計算與企業(yè)集中計算有著本質(zhì)商的差異，云計算是基于計算機群組的，而且資源時刻處于動態(tài)的調(diào)控中，資源的利用、部署于分配情況每時每刻都處在監(jiān)控下，能夠為用戶提供可托管的環(huán)境。云計算可以為用戶提供優(yōu)質(zhì)的硬件定制制造，這無疑為高校計算機實驗室建設(shè)提供新思路與新方案。目前，我國不少高等院校的計算機實驗室硬件設(shè)施相對落后，相應(yīng)配置條件較差，而且存在軟件反復(fù)安裝、信息保密性差等嚴(yán)峻的問題，因此各大高校急需對現(xiàn)有的計算機實驗室進行改革，本文將試論如何在云計算環(huán)境下進行計算機實驗室的建設(shè)。

2高校傳統(tǒng)實驗室現(xiàn)狀分析

目前，大多數(shù)高等院校是以院系作為單位，單獨建設(shè)符合自己學(xué)院教學(xué)要求的計算機實驗室，不同院系計算機實驗室的硬件與軟件情況差別較大，而且均會有單獨的人員配置。這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式存在諸多弊病，例如設(shè)備與人員的冗余情況嚴(yán)重，很大程度上導(dǎo)致資金的浪費。同時，因為高等院校的課程必須處于動態(tài)更新的過程中，這就使得不同學(xué)期的課程會有所差異，解決問題的方式與要求會發(fā)生改變，因此就要求計算機軟件與硬件得到及時更新，這無疑為實驗室工作人員與資金兩方面帶來困擾。實驗室建設(shè)完成后需要購置大量的教學(xué)軟件，正版軟件的授權(quán)費用更是增加了實驗室建設(shè)的投資成本。除此之外，由于實驗室使用人員流動性很強，無法避免地會有計算機病毒被帶到實驗室中，威脅資料的安全性，影響計算機的正常工作。

3云計算概述

云計算（cloud computing）是近年來新興的基于網(wǎng)絡(luò)的計算模式與計算服務(wù)，其將計算分布于分布式計算機上，打破了以往對本地計算機的依賴，把互聯(lián)網(wǎng)思維運用到計算應(yīng)用層，借助于網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)按需求進行分配，這種服務(wù)的拓展性很強。從廣義上看，云計算指的是服務(wù)的使用模式；從狹義上看，云計算是IT基礎(chǔ)設(shè)施的使用模式，可以根據(jù)用戶的需求提供合適的硬件、軟件以及平臺。通常，將能夠分配軟件資源的網(wǎng)絡(luò)稱作“云”。當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器集群上的資源包括硬件資源與軟件資源。其中硬件資源指的是服務(wù)器、CPU等，軟件資源指的是集成開發(fā)環(huán)境等。在本地計算機中，無需硬盤等設(shè)備，僅僅需要終端。云計算可以針對用戶個性化、差異化的需求制定量身定做的服務(wù)，實現(xiàn)超級瘦客戶家模式，然后視具體情況進行收費。

云計算模型具有動態(tài)伸縮性，可以根據(jù)實際需求和用戶數(shù)量，實時分配相應(yīng)資源，云平臺中的軟硬件資源也可按需更新。云平臺是一個龐大的資源池，所有資源都放在云端，用戶可通過電腦或手機等終端隨時隨地按需付費獲取想要的資源或服務(wù)，用戶無需負(fù)擔(dān)云平臺的維護管理費用，即可享受低成本高享受的服務(wù)，同時也保證了服務(wù)的可靠性和安全性，輕松實現(xiàn)軟硬件資源的共享。

4基于云計算的高校計算機實驗室建設(shè)

4.1云計算環(huán)境下計算機實驗室建設(shè)目標(biāo)

把云計算運用到高校計算機實驗室建設(shè)中，必須完成以下兩方面的建設(shè)目標(biāo)：一方面，必須借助于服務(wù)器虛擬技術(shù)構(gòu)建出數(shù)據(jù)中心云實驗室平臺，進而實現(xiàn)服務(wù)器的整合，大大提高高校中心機房服務(wù)器的利用率，削減服務(wù)器管理人員，控制整體功耗，降低運行與維護費用；另一方面，應(yīng)當(dāng)借助于桌面虛擬化技術(shù)實現(xiàn)桌面客戶端計算平臺的建設(shè)，對所有桌面資源在管理端進行統(tǒng)一部署，能夠大大降低客戶端管理成本，提高實施效率。

4.2云計算環(huán)境下計算機實驗室建設(shè)架構(gòu)

云計算技術(shù)與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于高校計算機實驗室建設(shè)中去，既提高了實驗設(shè)備的使用效率，又實現(xiàn)了實驗設(shè)備的資源共享，可充分滿足各個專業(yè)不同實驗多元化需求。

虛擬化技術(shù)是實現(xiàn)云計算實驗室的關(guān)鍵所在，虛擬化技術(shù)包括服務(wù)器虛擬化和桌面虛擬化，本文主要通過桌面虛擬化來實現(xiàn)云計算環(huán)境下高校計算機實驗室建設(shè)。目前能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬化的軟件品牌有很多，主流的虛擬化軟件有開源的Xen、Citrix XenServer、Vmvare Vsphere、Red Hat KVM等，在桌面虛擬化方面，Citrix遙遙領(lǐng)先，占有大部分市場份額。因此，選擇citrix XenDesktop作為桌面虛擬化軟件。

以宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機實驗室為例，設(shè)計能夠滿足60名學(xué)生實驗規(guī)模的實驗室，整個云計算實驗室系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1　云計算環(huán)境下計算機實驗室架構(gòu)

實驗室原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)維持不變，作為實驗室云計算平臺的數(shù)據(jù)中心，選用3臺性能較高的服務(wù)器作為數(shù)據(jù)中心的管理主機，對服務(wù)器硬件資源進行虛擬化。服務(wù)器虛擬化后安裝數(shù)據(jù)中心所需的AD域控服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及Xen-Desktop服務(wù)器等。在客戶端，可以使用普通的配置較低的PC機或?qū)Ｓ媒K端，上面安裝Receiver工具，來訪問XenDesktop服務(wù)器發(fā)布的桌面端。

4.3云計算環(huán)境下計算機實驗室實施部署

根據(jù)以上實驗室體系架構(gòu)，準(zhǔn)備服務(wù)器3臺，SAN存儲1臺。3臺服務(wù)器中，一臺用于基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器，另外兩臺用于實驗室課堂池桌面承載服務(wù)器，SAN用于專業(yè)數(shù)據(jù)存儲網(wǎng)絡(luò)。整個系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2所示。

圖2　云計算計算機實驗室系統(tǒng)拓?fù)?/p>

基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器，配置2路6核CPU，64GB內(nèi)存，2個硬盤的配置，安裝虛擬化軟件XenServer完成服務(wù)器虛擬化，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建虛擬機用于搭建AD域控服務(wù)器、XenDesktop服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、license服務(wù)器以及1臺教師專用虛擬機。

池桌面承載服務(wù)器使用兩臺服務(wù)器，配置和基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)器相同，安裝XenServer，每臺服務(wù)器構(gòu)建虛擬機30個安裝WIN7或WIN XP系統(tǒng)，用于60個用戶的共享桌面，每個虛擬機配置1GB內(nèi)存、1個核的CPU。

所有數(shù)據(jù)都存放在專用存儲網(wǎng)絡(luò)中，每個用戶分配約30G硬盤空間，60用戶所需總空間為1800G，同時AD服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等預(yù)計需用空間約1TB?？偣差A(yù)計3TB左右，考慮到未來的可擴展性，這里使用4TB的數(shù)據(jù)空間。

根據(jù)學(xué)院計算機實驗室實際情況，桌面環(huán)境使用Win7旗艦版，每個桌面系統(tǒng)安裝應(yīng)用程序如表1.

表1　桌面系統(tǒng)安裝應(yīng)用程序

5云計算環(huán)境下計算機實驗室建設(shè)優(yōu)勢

5.1實驗室建設(shè)及使用成本降低

采用云計算技術(shù)結(jié)合虛擬化的實驗室建設(shè)及管理模式，使得實驗室建設(shè)的硬件成本大大降低，實驗室的使用周期也大大延長，被淘汰的舊機器可以重新使用并能夠運行最新的操作系統(tǒng)。同時，由于云計算實驗室的虛擬桌面可集中管理及部署，管理效率大大提高。

5.2實驗室系統(tǒng)維護更簡單

傳統(tǒng)實驗室模式下，軟件的安裝大都是先在母機安裝后通過網(wǎng)絡(luò)克隆來實現(xiàn)，要想更新軟件還需重復(fù)進行此項工作，而云計算環(huán)境下實驗室中，軟件得安裝和更新是在云環(huán)境中的一臺機器上進行即可，不需要本地參與。如果實驗室中桌面系統(tǒng)一致時可采用？Xenserver虛擬機復(fù)制技術(shù)，快速實現(xiàn)桌面系統(tǒng)，從而大大的降低了維護的難度和工作量。

5.3系統(tǒng)安全性好

云計算實驗室中，采用云計算虛擬化桌面和終端組合作為學(xué)生的實驗桌面系統(tǒng)，本地不再保存數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)都在云端存放，無需U盤等移動存儲設(shè)備來保存文件，云中有數(shù)據(jù)的冗余備份，保證了數(shù)據(jù)的安全性。另外，云計算實驗室采用私有云構(gòu)建，用戶的桌面是在學(xué)校內(nèi)部，可以抵御分布式拒絕服務(wù)（DOS）、蠕蟲和病毒工具以及應(yīng)用級入侵。

6總結(jié)

隨著云計算技術(shù)的成熟，高等院校急需對現(xiàn)有機房進行改革，借助于云計算技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量與科研效率，同時基于云計算環(huán)境的計算機實驗室建設(shè)也是對云計算應(yīng)用領(lǐng)域的重要拓展。

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中圖分類號：TP308

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-8534（2016）03-110-02

項目基金：安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目“基于云平臺的職業(yè)教育資源管理研究“（KJ2016A778）；安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃重點項目（gxyqZD2016586）；安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目“智能算法在群體動畫制作中的應(yīng)用與創(chuàng)新研究“（KJ2016A781）

作者簡介：陳偉，講師，碩士，研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)管理。