王祖析

（湖南化工職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412004）

云計算環(huán)境下高職院校計算機實驗實訓室建設淺探

王祖析

（湖南化工職業(yè)技術學院，湖南 株洲 412004）

分析了高職院校計算機實驗室的現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了云計算技術支撐下計算機實驗室架構、云計算體系結構。為了有效解決傳統(tǒng)實驗室的諸多問題，構建了云環(huán)境下的計算機實驗室，具有傳統(tǒng)實驗室無可比擬的優(yōu)勢，改變了計算機實驗室建設管理理念，革新了計算機實驗室管理方式，解決了院校計算機實驗室建設成本高、設備維護難度大等問題，并有效提高實驗室的實驗資源利用率，為實驗實訓教學提供多樣、動態(tài)、穩(wěn)定、安全的實驗環(huán)境，達到高效的實驗教學效果。

云計算；計算機；虛擬化技術；建設模式

長期以來，對高職院校計算機實驗實訓室建設的標準為計算機臺套數(shù)、萬元以上設備數(shù)量和實驗室利用率等幾個指標，與其他實驗室的評價指標沒有區(qū)別，目前，大多數(shù)院校的計算機實驗室，尤其是軟件類實驗室沒有特色，幾乎都是簡單地由電腦、網(wǎng)絡設備組成的傳統(tǒng)機房架構。在信息技術特別是云計算技術日趨成熟的階段，如果繼續(xù)沿用此類存在大量資源浪費的計算機類實驗室的建設模式就不能發(fā)揮機房的最大功效，而且顯得非常落后。但就計算機實驗室建設情況來看，仍有大量的計算機實驗室在按這種模式進行規(guī)劃和建設。如何在云計算技術日益發(fā)展時期建設適應發(fā)展需求的高效的計算機實驗室，是高職院校計算機實驗室建設值得研究和探討的問題。

1 計算機實驗室存在的問題

傳統(tǒng)的計算機實驗室建設模式在機房的使用方面存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 實驗室設備超負荷運轉

目前，實踐教學以計算機基礎操作、計算機類專業(yè)實訓為主要內(nèi)容，隨著信息化課程的增多，很多非計算機專業(yè)課程也要利用計算機進行仿真實驗及實訓，上機人次批次多，機房開放頻次高，機房設備高負荷運轉，各類教學軟件不斷升級，使得計算機實驗室多數(shù)情況下不得不超負荷運作，造成設備折舊快，運行不穩(wěn)定，縮短了計算機使用壽命，硬件設備使用周期短，故障頻發(fā)，提升了相關設備的更新?lián)Q代率。

1.2 數(shù)據(jù)安全存在隱患

計算機實驗室屬于共享資源，比如學生利用移動硬盤、USB設備等外接設備拷貝文件、程序，再在不同的機器上進行復制等操作，使病毒交叉感染風險增大，甚至使機器中毒而癱瘓。這無疑增加了實驗室管理人員的工作量，對教學正常秩序也造成了極大的影響。

1.3 設備利用率低，資源共享性差

計算機實驗室機器上安裝必要的公用軟件，對于各專業(yè)的不同要求通常安裝相應的專業(yè)軟件，但教學涉及的面非常廣，有限的軟件資源不能滿足教學要求，這必然達不到教學效果，設備利用率也不高；在傳統(tǒng)的實驗室相關資源受時間、地點的限制，不能滿足隨時調(diào)用資源，無共享性。特別是多校區(qū)計算機資源難以共享，校區(qū)之間、校與校之間由于地域分散，雖然通過網(wǎng)絡可以進行部分資源共享，但大多數(shù)情況下還是各自為政，致使各個校區(qū)都要進行功能重復的計算機實驗室建設。

1.4 未做到即時維護，時效性差

計算機實驗室中，由于硬件的不斷升級、軟件版本更新等經(jīng)常使得機房管理者忙于硬件軟件的安裝調(diào)試，且學校每年都有大量的培訓及各種上機考試，這些培訓考試對機器的運行環(huán)境都很苛刻，因此，優(yōu)化運行環(huán)境等也給管理人員增加了重復勞動；機房滿負荷運轉，無空閑時間，管理員很難進行集中管理和維護，在很短的時間進行維護也達不到理想的維護效果。

2 云計算技術支撐下計算機實驗室架構

2.1 云計算體系結構

云計算結構是基于3種特殊的云計算服務模式，主要由資源層（IaaS）、平臺層（PaaS）與應用層（SaaS）組成，3個層次的服務模式都具有流行、有效、靈活、用戶友好等特征，在不同程度上可滿足高職院校計算機實驗室建設的需求。

2.1.1 SaaS模式

這種模式包括類似虛擬化桌面、各種實用應用程序、內(nèi)容資源管理、電子郵件、軟件及其他等軟件部分。在此種模式中，云服務供應商負責安裝、管理和運營各種軟件，而客戶則通過云來登入和使用他們。SaaS模式是較為簡單的部署，學校只要從服務商處申請了云服務項目，就不需購買任何硬件，只需要從服務供應商處進行注冊，獲得賬號、密碼即可。SaaS模式使用戶是一個完全獨立的系統(tǒng)，如果連接到網(wǎng)絡，就可以訪問系統(tǒng)。

2.1.2 PaaS模式

在此種模式中，托管服務供應商通過提供工作平臺來幫助客戶，包括執(zhí)行運行時間、數(shù)據(jù)庫、Web服務、開發(fā)工具和操作系統(tǒng)，客戶無需手動分配資源。PaaS運營商所提供的服務，不僅僅是基礎平臺，還包括該平臺的技術支持服務，軟件開發(fā)者可以在這個平臺上建設新的應用或者擴展已有的應用。

2.1.3 IaaS模式

該模式中的主要設備有電腦、網(wǎng)絡、存儲、負載平衡設備、虛擬機等。這些服務于終端用戶的軟、硬件資源都可以按照教學需求來進行擴展或收縮。IaaS提供給用戶的服務是對所有設施的利用，它不包括云計算基礎設施，但包括終端使用的操作系統(tǒng)、按課程要求部署應用程序等。

2.2 虛擬資源層

虛擬資源層通過把多臺服務器實體虛擬化后，構成一個資源池，實現(xiàn)共同計算，共享資源。虛擬化技術能夠屏蔽掉物理資源的復雜性，物理資源對于用戶而言是透明的，呈現(xiàn)在客戶端面前的是簡單的邏輯資源，它是云計算的核心。該層包括計算機終端設備、云服務器、網(wǎng)絡交換設備等，也包括通訊線路、存儲設備等物理資源，可以是一個校區(qū)的設備，也可以是幾個校區(qū)甚至幾個學校共享的設備，或從云提供商那里租用設備。所有這些地理位置分散的設備都通過網(wǎng)絡連接實現(xiàn)資源的共享。各種硬件資源通過云計算虛擬化技術構成了多個虛擬資源池，從而構成了云計算的基礎設施。

2.3 云管理層

云管理層的任務包括云數(shù)據(jù)管理、云安全管理、云資源管理、云用戶管理等。云資源管理是最基本的管理，主要具有資源池管理、自動部署、資源調(diào)度等功能，服務器、存儲設備和網(wǎng)絡設備等物理節(jié)點的管理和資源管理平臺相關緊密，該層主要對繁多的資源進行使用負載的平衡和各個進程的調(diào)度，避免因不均衡的負載出現(xiàn)資源分配失衡而造成死鎖，為上層應用提供安全保證。云數(shù)據(jù)管理主要是要保證用戶數(shù)據(jù)的安全性，通過嚴格、加密性好的管理機制實現(xiàn)對用戶及云平臺上的數(shù)據(jù)的保管和維護。為了保證云基礎設施及其提供的資源能被合法地訪問和使用，安全管理具有對用戶數(shù)據(jù)、應用和賬號等重要數(shù)據(jù)資源采取全面保護的機制和功能。

2.4 云客戶端

規(guī)范、統(tǒng)一的用戶技術接口是云客戶端的一個顯著特點，實驗室用戶利用云桌面終端借助眾所周知的各種瀏覽器對課程教學和學習所需的計算資源進行方便、自由、快捷、不受時間地點限制的訪問。每位用戶都可以對自己的SaaS平臺進行規(guī)劃，進行個性化界面設計，以更好地適應自己的操作習慣，這些個性化的修改并不對其他云端用戶造成影響。云客戶端安裝在實驗室的終端計算機上，由于大量的計算任務依賴于云服務器，因此，終端計算機可以使用現(xiàn)有的性能不高的臺式機或成本不高的客戶機，可節(jié)省資金投入，避免技術問題的困擾，隨時獲得海量的資源訪問數(shù)據(jù)。

3 計算機實驗室建設理念變革

3.1 高效分配、合理利用資源

院校計算實驗室不同于其他的實驗室，除了有一般實驗室屬性以外，最主要的是它所承接的教學任務，機房上機主要有2種任務：①對計算機硬軟件資源要求不高的課程提供平臺，比如計算機應用基礎、電商類課程等；②對計算機資源要求較高的專業(yè)，比如模具數(shù)控、汽車工程、電子電氣、機械機電等專業(yè)設計課程提供實驗實訓平臺。不同類型課程所需運行軟件不同，機器性能要求不同，即對計算機軟硬資源分配相差較大。在以往學校計算機實驗室的建設中，為了滿足各專業(yè)課程教學要求，在無法做到自動合理分配資源的情況下，計算機管理人員只能延長時間和增加任務量，不斷進行優(yōu)化調(diào)整計算機設備性能，滿足教學需要，這勢必會提高計算機實驗室的管理及建設成本。

將云技術應用于計算機實驗室的建設中，利用云技術優(yōu)勢可以做到合理分配課程所需的計算資源，甚至可以按照課程教學的要求優(yōu)化分配計算資源。云技術的特點是借助云服務器為上機人員提供虛擬桌面系統(tǒng)，師生上機只需要登錄互聯(lián)網(wǎng)訪問云服務器，同時，根據(jù)教學和學習要求進行選擇，就可自動加載虛擬數(shù)據(jù)，即可實現(xiàn)虛擬桌面，這樣的技術手段能使師生有很好的上機體驗，且能按照老師與學生的操作習慣進行教與學，能充分達到預期的教學效果。

3.2 有效優(yōu)化實驗操作軟件環(huán)境

教師在教學中會制作運行大量多媒體課件，這些課件都是運用不同功能的相關軟件制作的，且課件是進行教學的必要載體，不同類型的多媒體課件制作要求存在很大的差異，計算機實驗室的建設必須要考慮到不同專業(yè)課程的相異需求，比如存檔文件的格式、對各種課件的支撐環(huán)境的差異。教師或學生在不同的電腦上操作，由于不同的環(huán)境就可能造成無法完整顯示多媒體課件內(nèi)容、作業(yè)等問題。為了保證上機環(huán)境的一致性，每臺機器必須具有相同的軟件運行環(huán)境才能顯示完整的內(nèi)容，這種僵化的機制必然對教學正常進行和機房維護帶來諸多不便。在實驗室中運用云計算技術之后，能很好地幫助師生將已經(jīng)制作好或正在制作中的課件無縫轉移到任何一臺計算機終端上，可有效解決因軟件環(huán)境變化而導致的課件、課程實驗結果等無法真實呈現(xiàn)的問題。云技術能很好地支持實驗上機的人性化操作，能做到完整地保存上機數(shù)據(jù)，甚至可記憶上機人員的操作習慣，且在師生出于某種原因進行機器轉移后，無需重新適應新環(huán)境，不必重新制作多媒體課件和實驗作業(yè)等文檔內(nèi)容，只要重新登錄本人的上機賬號登錄系統(tǒng)，就可直接調(diào)用已經(jīng)完成或因某種原因中斷了的未完成的數(shù)據(jù)，接著處理未完成的數(shù)據(jù)、文檔或設計內(nèi)容，已完成的內(nèi)容可以直接在桌面終端完整呈現(xiàn)。

4 結束語

要想解決傳統(tǒng)計算機實驗室建設存在的問題，高職院校計算機實驗室建設從傳統(tǒng)模式向基于云計算技術模式的轉型顯得非常迫切和重要。在學校機房建設資金緊張、上機環(huán)境要求多樣的情況下，建設基于云計算技術支持下的計算機實驗室，可以實現(xiàn)計算機實驗資源的虛擬化并依托云的形式供用戶不受時間、地點限制而實現(xiàn)自由訪問使用，為實驗實訓教學提供多樣、動態(tài)、穩(wěn)定、安全的實驗環(huán)境，降低實驗室的建設成本和設備維護難度，并有效提高實驗室的實驗資源利用率，為學生提供更加廣闊的學習空間。

［1］孫濤，喬志和，李娟.虛擬云技術在計算機實驗室建設管理中的應用［J］.大慶師范學院學報，2013，33（03）.

［2］李榮.利用云計算技術構建高職院校計算機實驗室［J］.電腦知識與技術，2013（23）.

王祖析（1965—），男，湖南雙峰人，湖南化工職業(yè)技術學院教師，主要研究方向為計算機網(wǎng)絡、實驗實訓教學與管理研究。

〔編輯：張思楠〕

TP399

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.019

2095－6835（2017）23－0019－03