樸承哲

(遼寧民族師范高等?？茖W(xué)校 科研管理處，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理方法逐漸暴露出很多問(wèn)題，如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件的更新模式使得更新和維護(hù)工作量繁重，有限的建設(shè)經(jīng)費(fèi)導(dǎo)致設(shè)備更換的速度難以滿足技術(shù)更新的需要，管理人員的素質(zhì)和安全意識(shí)的差異導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室存在安全隱患等.因此如何運(yùn)用新技術(shù)快速、合理、有效地解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中出現(xiàn)的問(wèn)題，提高管理效率是管理者一直研究的課題.云計(jì)算以其獨(dú)有的特性可為不同用戶提供不同的定制服務(wù)，在滿足教學(xué)和管理需要的同時(shí)，更節(jié)省了資金的投入.本文結(jié)合云計(jì)算的特征，提出了基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案.

1 云計(jì)算概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展帶來(lái)的更高需求，能向用戶提供更好的計(jì)算資源的云計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生.云計(jì)算是將計(jì)算資源集合起來(lái)以網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的方式，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供定制資源的服務(wù)模式.云計(jì)算具有五個(gè)基本特征、四種部署模型和三種服務(wù)模式[1].

1.1 五個(gè)基本特征

(1)自主服務(wù)，用戶基本不需要云端提供商的協(xié)助即可獲取自己所需的計(jì)算資源.(2)廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，用戶可通過(guò)任何連接到網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)和移動(dòng)端設(shè)備獲取云端的計(jì)算資源.(3)資源池化，云端將計(jì)算資源池化，根據(jù)用戶的使用需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配.(4)快速?gòu)椥?，用戶可根?jù)需要快速獲取或釋放計(jì)算資源.(5)計(jì)費(fèi)服務(wù)，用戶獲取的計(jì)算資源是收費(fèi)的.

1.2 四種部署模型

根據(jù)使用群體的不同，云計(jì)算可構(gòu)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(gè)客戶或某個(gè)組織部門內(nèi)的用戶使用；(2)社區(qū)云，云端資源給特定幾個(gè)組織部門內(nèi)的用戶使用；(3)公有云，云端資源向社會(huì)開(kāi)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(gòu)成，當(dāng)私有云出現(xiàn)需求峰值，公有云才會(huì)劃分資源提供協(xié)助.

1.3 三種服務(wù)模式

云計(jì)算以三種模式為用戶提供資源服務(wù)，分別為：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure as a Service，IaaS)，云端將系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施層租給用戶，為用戶提供虛擬機(jī)或其他資源服務(wù)；平臺(tái)即服務(wù)(Platform as a Service，PaaS)，云端將一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為服務(wù)提供給用戶；軟件即服務(wù)(Software as a Service，SaaS)，云端將應(yīng)用作為服務(wù)提供給客戶.

2 云計(jì)算在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中的優(yōu)勢(shì)

借助云計(jì)算的特性能為高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理人員提供很多便捷的服務(wù)，如遠(yuǎn)程云端服務(wù)，客戶端并不需要具備很高的硬件配置及購(gòu)買軟件，即可享受所需要的服務(wù).用戶可根據(jù)需求定制計(jì)算資源，在面臨用戶峰值訪問(wèn)時(shí),可通過(guò)動(dòng)態(tài)分配資源，保證良好的用戶體驗(yàn)[2].云計(jì)算提供的服務(wù)模式有效降低了高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理成本，提高了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室日常維護(hù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的工作效率.云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中具有以下優(yōu)勢(shì)：

2.1 資源統(tǒng)一管控，易部署，運(yùn)行維護(hù)方便

按照傳統(tǒng)方式管理計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，往往需要投入大量人力和物力，難免會(huì)出現(xiàn)管理不全面、設(shè)備更新不及時(shí)等問(wèn)題.云計(jì)算管理平臺(tái)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源由云端集中管理、集中部署、集中維護(hù)的管理模式，避免計(jì)算機(jī)設(shè)備出現(xiàn)軟件問(wèn)題需要人為逐一調(diào)試的現(xiàn)象，同時(shí)針對(duì)新的教學(xué)環(huán)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(tǒng)人工更新環(huán)境、更新軟件的問(wèn)題，大大減少了維護(hù)的工作量.

2.2 降低實(shí)驗(yàn)室管理費(fèi)用

設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要保障，購(gòu)買計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的費(fèi)用很高，采購(gòu)的設(shè)備要至少使用五年以上.隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)對(duì)設(shè)備要求不斷提高，原有的采購(gòu)建設(shè)方案會(huì)導(dǎo)致前幾年配置浪費(fèi)、后幾年配置跟不上的現(xiàn)象.利用云計(jì)算管理平臺(tái)，只需根據(jù)需要合理升級(jí)配置云服務(wù)器即可，對(duì)于特殊專業(yè)需求再購(gòu)買高配置設(shè)備，大幅度降低了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理費(fèi)用.

2.3 提供安全可靠的服務(wù)保障

云計(jì)算平臺(tái)為管理員提供了良好的遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)和個(gè)性化服務(wù).針對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用中出現(xiàn)的簡(jiǎn)單問(wèn)題及使用者錯(cuò)誤操作，管理員可通過(guò)遠(yuǎn)程操作為其解決問(wèn)題、診斷錯(cuò)誤，提升了設(shè)備的容錯(cuò)性.管理員利用云計(jì)算平臺(tái)還可以使無(wú)人使用的設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，提高了設(shè)備的使用壽命；可在計(jì)算機(jī)設(shè)備BIOS掉電的情況下，從網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)系統(tǒng)，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，可根據(jù)平臺(tái)提供的本地操作系統(tǒng)和利用本地緩存的系統(tǒng)數(shù)據(jù)啟動(dòng)系統(tǒng).

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的具體設(shè)計(jì)方案

3.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)構(gòu)想

結(jié)合高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理的需求，利用云計(jì)算堆棧(云計(jì)算三類服務(wù))虛擬化技術(shù)構(gòu)建管理平臺(tái)，資源由云端統(tǒng)一把控，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享、動(dòng)態(tài)組織異構(gòu)資源，資源易擴(kuò)展、易部署，能夠提供不同應(yīng)用環(huán)境，也可減少資源浪費(fèi)，達(dá)到資源效益最大化的目的[3].

3.2 平臺(tái)架構(gòu)模型

平臺(tái)設(shè)計(jì)遵循云計(jì)算三層服務(wù)原則，通過(guò)IaaS、PaaS和SaaS為用戶提供所需的服務(wù)[4].對(duì)于使用者而言，云計(jì)算三類服務(wù)是完全不同、相互獨(dú)立的.但從技術(shù)角度上看，各層服務(wù)之間存在一定依賴關(guān)系.平臺(tái)整體架構(gòu)模型如圖1所示.

3.2.1 IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)是云計(jì)算的基礎(chǔ)，由服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)磁盤(pán)等提供基礎(chǔ)物理設(shè)備服務(wù)條件.在使用IaaS時(shí)，用戶不需要了解底層架構(gòu)，只需要根據(jù)需求配置IaaS主機(jī)，選擇操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)組件，部署應(yīng)用程序、防火墻等即可使用基礎(chǔ)計(jì)算資源.為保證基礎(chǔ)硬件、資源的有效利用，可通過(guò)虛擬化服務(wù)器集群，根據(jù)用戶使用情況動(dòng)態(tài)分配資源.系統(tǒng)在IaaS建設(shè)中，將高校局域網(wǎng)內(nèi)部的服務(wù)器、PC機(jī)、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等物理設(shè)備進(jìn)行整合，為云服務(wù)提供基礎(chǔ)設(shè)施條件.

3.2.2 PaaS(平臺(tái)即服務(wù))

平臺(tái)即服務(wù)向用戶提供對(duì)操作系統(tǒng)和相關(guān)服務(wù)的訪問(wèn).用戶可根據(jù)實(shí)際需要安裝操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web服務(wù)器、編程語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用程序運(yùn)行所需的中間件和運(yùn)行庫(kù).系統(tǒng)以半平臺(tái)PaaS和全平臺(tái)PaaS兩種模式為用戶提供服務(wù).半平臺(tái)PaaS模式只安裝操作系統(tǒng)，其他程序留給用戶自行安裝.半平臺(tái)PaaS服務(wù)更注重用戶的類型，如：信息中心、財(cái)務(wù)部門、軟件學(xué)院等，平臺(tái)根據(jù)不同的用戶類型開(kāi)放不同的權(quán)限及資源配置.全平臺(tái)PaaS模式已經(jīng)安裝好所需的所有平臺(tái)軟件，如：數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、運(yùn)行庫(kù)等.全平臺(tái)PaaS模式針對(duì)應(yīng)用軟件做權(quán)限分配和資源分配.PaaS支持用戶管理和部署自己的應(yīng)用程序，但不能對(duì)底層的基礎(chǔ)設(shè)施做任何操作.

3.2.3 SaaS(軟件即服務(wù))

軟件即服務(wù)是將云端提供商部署好的應(yīng)用軟件通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶，為用戶提供無(wú)需安裝和維護(hù)的軟件服務(wù).系統(tǒng)分別為教師、學(xué)生及部門管理人員等不同用戶類型提供不同的使用權(quán)限，用戶可通過(guò)PC、瀏覽器或APP享受軟件教學(xué)、個(gè)人網(wǎng)盤(pán)、畢業(yè)設(shè)計(jì)軟件、軟件管理、實(shí)驗(yàn)室排課等服務(wù).

3.3 客戶端運(yùn)行流程

基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)以虛擬桌面服務(wù)器管理鏡像文件，用戶登錄客戶端向服務(wù)器發(fā)送訪問(wèn)請(qǐng)求，服務(wù)器根據(jù)登錄賬號(hào)的權(quán)限，為客戶機(jī)提供相應(yīng)權(quán)限的云桌面與應(yīng)用[5].用戶每次獲取服務(wù)，客戶端會(huì)首先判定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是否正常，若網(wǎng)絡(luò)正常，首次啟動(dòng)，服務(wù)器會(huì)向客戶端傳送系統(tǒng)數(shù)據(jù)，客戶端建立緩存啟動(dòng)服務(wù)，只需傳送少量I/O數(shù)據(jù)和緩存一起作為啟動(dòng)數(shù)據(jù)提供服務(wù).若網(wǎng)絡(luò)不正常，自檢本地是否有緩存，若存在緩存，則用緩存啟動(dòng)服務(wù)，若沒(méi)有則啟動(dòng)本地系統(tǒng)提供服務(wù).客戶端運(yùn)行具體流程如圖2所示.

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用云計(jì)算堆棧虛擬化技術(shù)，構(gòu)建高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)，平臺(tái)的使用節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室管理費(fèi)用，提高了管理人員的工作效率.同時(shí)，云計(jì)算提供的三種服務(wù)模式也為高校各部門及各專業(yè)的發(fā)展提供了很多硬件和軟件的服務(wù).隨著云計(jì)算的不斷成熟與完善，要充分發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，提高高校教學(xué)質(zhì)量和管理工作效率，更好地實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)優(yōu)秀人才的發(fā)展目標(biāo).