云计算在高校计算机实验室建设管理中的应用

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摘 要 分析高校计算机实验室的现状及存在的问题，将云计算技术引入高校计算机实验室建设和管理，给出基于云计算的高校实验室建设方案，有效地解决传统计算机实验室建设成本高、资源利用率低、管理困难等问题。

关键词 云计算；虚拟化技术；实验室建设

中图分类号：G482 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）12-0028-03

随着计算机技术和网络技术的迅速发展，计算机在各个领域的应用得到普及，掌握计算机基本知识和基本操作技能是当代信息化社会对人才的基本要求。各个高校已经把计算机课程作为各专业的必修学科，计算机实验室是学生学习计算机知识的重要场所，高校只有科学地建设和管理计算机实验室，才能帮助学生快速掌握计算机的相关知识和技能。因此，计算机实验室建设和管理成为高校相关职能部门的一个重要任务[1]。

1 高校计算机实验室的现状和存在的问题

当今各高校面向各专业各层次的学生均开设相关的计算机应用方面的课程，使各校的计算机数量增加，计算机实验室规模扩大，同时学科建设的发展对计算机实验室的建设和管理也提出更高的要求。目前，高校的计算机实验室主要存在以下问题和挑战。

1.1 建设成本高、利用率低

目前，高校计算机实验室基本上采用传统的计算机部署模式，即在每个需求点上配备一台计算机硬件设备，并且还需要在这台计算机上安装独立的操作系统和应用软件程序。校内各个院系需要根据自己的专业需要建设不同软、硬件环境的计算机实验室，同一个专业不断更新的教学内容也需要不断调整计算机实验室里的软硬件设施[2]。因此，高校面临的主要问题是各类计算机实验室的建设很难赶上日益增长的应用需求，建设成本不断增加。另外一个比较严重的问题是，校内各计算机实验室都是各院系根据自己的需求进行设备采购，很多设备都是重复采购，导致成本增加；而实验室中的一些设备的利用率并不高，几年后就被淘汰，这就造成严重的资源浪费[3]。

1.2 管理难度大

每个实验室的管理维护都必须由专业人员来负责，为了满足各专业、班级的实验教学任务，管理员需要花费大的时间和精力在机房安装和部署操作系统及软件程序等应用环境；同时临时性的软件变更、系统补丁更新、杀毒软件升级等维护工作，也为管理员带来极大的工作量，大大提高日常管理及维护的成本。

1.3 实验室开放时间和实验平台受限制

由于人员短缺，实验室不可能随时开放，而实验必须依靠实验室的计算环境，师生的实验受实验室开放时间的限制，无法充分利用时间进行实验。某些实验还需要特殊的实验平台，师生还必须到指定的实验室来完成实验。

1.4 软件终端授权问题

各高校在完成计算机实验室的硬件建设后，还需要采购大量的教学仿真软件和设计软件等，需花费高额的采购费用和后续升级维护费用，而盗版软件存在安全漏洞和法律风险。

2 云计算的概念和特点

云计算的横空出世给全球信息化建设带来新一轮的技术革命，利用云计算技术可以轻易解决以往计算机实验室建设和管理中遇到的各种问题，利用云计算技术可以搭建一个经济、适用、易管理的实验室教学平台。

2.1 什么是云计算

云计算（Cloud Computing）是并行计算、分布式处理和网格计算的新发展，是依托网络向客户提供安全、快速、便捷数据存储和网络计算的服务模式[4]，是一种新的IT架构模式。用户通过网络，以按需、易扩展的方式获得所需的资源，如基础硬件、系统平台或程序软件等。提供资源的网络被称为“云”，用户可以随时随地通过网络利用“云”提供的硬件基础设备获取计算服务、数据存储和网络资源。

2.2 云计算与虚拟化技术

云计算主要通过虚拟化技术来实现各种应用，虚拟化技术是指把一个物理单元虚拟成多个逻辑单元[5]，供多个应用一起使用，被虚拟的实体是各种各样的IT资源，包括内存虚拟化、存储虚拟化、硬件虚拟化、软件虚拟化、系统虚拟化等。虚拟化技术打破了固有的物理硬件之间的隔离，将网络中所有的设备统一管理，形成共享资源池，通过管理程序将这些资源当成一个实体来管理，可以根据不同的负载动态地重新配置软硬件资源，从而实现资源分享、资源定制和按需服务。

3 云计算技术在高校计算机实验室中的应用优势

云计算具有集中化管理优势，不仅能够大大节约运营成本，还可以提高运维效率。随着云计算技术的迅速发展，国内外很多高校已经将云计算技术应用在教育和科研领域。在高校计算机实验室中，云计算主要发挥下面几项应用优势。

3.1 降低实验室投入，提高设备利用率

由于云计算对使用的终端计算机本身的要求并不高，通过云计算建设的计算机实验室可以利用学校里目前一些已经淘汰或者面临淘汰的计算机设备，将旧电脑的利用率最大化，避免了今后频繁地更新升级设备，大大节约了实验室的建设成本。

3.2 方便实验室管理和维护

运用云计算技术将实验室的软硬件资源统一管理，大大减少管理人员升级和维护系统的工作量。管理人员在更新维护系统时，只需在服务器上进行操作即可，而不需要逐台更新，大大节省系统的部署时间，降低人力资源费用和管理成本，提高管理效率。

3.3 突破实验室使用的时间和地点限制，有利于实验室的开放共享

将实验室接入校园网或者英特网，师生利用不同的客户端登录云端，可以享受到云计算所提供的虚拟桌面及软件环境。学生在课堂上没有完成的作业，不需要用U盘等移动存储拷贝相关的素材文件，因为所有的数据都存储在云端。教师课外要备课或者进行科研，在家里通过英特网登录云端，同样可以享受到实验室的资源。

3.4 减少软件投入费用

只需要在服务器或管理机上安装一套应用软件，终端通过登录云端就可以直接使用该软件，不需要单独的安装和授权。这样节省了软件购置开支，同时也没有相关的安全风险和法律风险。

4 基于云计算的计算机实验室建设

4.1 整体架构

如图1所示，云计算计算机实验室的整体架构分为4个层次设计：云基础设施硬件层、虚拟资源管理层、虚拟桌面管理软件层、云终端接入层[6]。

1）云终端接入层。云终端的作用是为用户与云计算应用提供统一规范的接口。在构建的实验室系统中，云客户端程序安装在各个实验室的终端计算机中，云终端对系统的硬件要求不高，这样避免了今后频繁更新升级设备，大大节约了实验室的建设和维护成本。终端计算机通过登录云端服务器，获取高性能软件服务和大存储容量等服务。比如学生在上课时需要运行AutoCad、Premiere等这些大型程序时，可以在登录云端后获得的云桌面中运行使用这些安装在云服务器中的应用程序，从而突破软件对本地机器性能的限制。

2）虚拟桌面管理软件层。虚拟桌面管理软件层，负责整个虚拟桌面系统的调度，调度分配不同客户的虚拟桌面系统请求。客户通过与控制系统进行身份认证，获取授权使用的桌面；负责云数据管理，主要是对客户计算机与云计算平台系统中的实验数据、用户数据、软件数据、资源数据以及系统数据等的保存与维护。

3）虚拟资源管理层。虚拟资源管理层负责IT资源的虚拟化，将物理资源向逻辑资源转化，它屏蔽了物理资源的复杂性，并对外呈现简单的逻辑形态，降低管理维护复杂度，提高资源利用率；负责计算资源、存储资源、网络资源的统一管理、按需分配部署和资源动态调度等[7]。

4）云基础设施硬件层。硬件设施即为计算资源设备（如计算设备调配服务器、工作站、小型机等）、网络交换设备（如路由器、交换机等）、数据存储设备（如磁盘阵列等），设备之间全部实现网络连通。

4.2 云计算实验室建设方案

本文以浙江传媒学院教育技术中心计算机实验室的云计算系统部署为例，根据学校的具体需求及实际情况，实验室选用噢易云桌面管理系统。噢易云桌面管理系统是一套利用强大的虚拟技术和PAAS（平台即服务）、SAAS（软件即服务）交付技术，针对大规模计算机的系统自动部署、集中统一管理等而量身定制的一款云计算平台软件。系统通过一台或多台服务器可以实现对计算机实验室终端电脑的管理集中化、系统部署智能化、更新维护自动化，构建一个高效、安全、统一的计算机教学实验管控平台。

噢易云桌面管理系统主要是应用虚拟化，终端使用本地操作系统，而软件和资源来自于云桌面服务器，但其运算是使用本地的计算能力，服务器不需要承担计算工作，有别于桌面虚拟化对专业服务器配置和性能过度依赖，可直接利用现有的服务器，从而避免新服务器的投资。终端用户在调用云桌面时，由于该系统采用硬件、应用虚拟化方案，所以对网络带宽要求低，可保留机房中百兆交换机等设备，无需升级网络，提高网络设备的利用率，实验室现有的电脑和网络环境即可满足要求，避免了资金的重复投入。

4.3 噢易云桌面教育版系统日常维护应用的实际效果

学校在采用噢易云桌面系统建设的计算机实验室后，由于该系统能够支持异构电脑的统一维护管理，可以将不同批次的电脑集中利用，从而将旧电脑的利用率最大化。系统使用了硬件虚拟化的技术，在服务器上部署好的云桌面，可以在不同配置的电脑上很好地运行，也解决了很多软件部署完后需要正版激活的问题，实验室管理员只需要在管理机上完成安装和部署，即可将部署好的软件和系统补丁部署给各个机房的用户使用，不需要进行传统的网络同传，终端用户重启客户端程序便可使用管理人员部署好的软件环境，实现教学和管理的无缝链接。

该系统在系统安全方面的表现也不错，当实验室里某一个节点的网络出现故障的时候，终端用户可在云桌面里继续工作学习，操作不会被中断，从而保证教学过程持续性。所有软件都保存在服务器上，学生机云桌面关闭后即状态自动恢复，因而安全稳定。系统还提供网络策略管理和ARP主动防御保障网络安全。在该系统使用过程中，如果出现硬件的变更，即刻在管理机上给予报警提示，连键盘和鼠标这类的硬件也能监控到，真正实现机房软件、硬件、网络的安全。

5 结束语

随着信息技术的发展，云计算技术的不断成熟，云计算给计算机应用带来新的变革。各高校应该充分利用云计算的先进技术，将云计算与实验室建设和管理有机结合起来，打造一个充满活力、可持续发展的实验室。

参考文献

[1]谢海燕，陈积常，周秀梅.高校计算机机房建设与管理研究[J].教育前沿，2008（7）：66-67.

[2]罗国玮，兰瑞乐.基于云计算的高校科研实验平台构建研究[J].实验技术与管理，2012（4）：115-117.

[3]韩宁.云桌面技术在高校信息化建设及教学中的应用[J].软件导刊，2012（5）：105-107.

[4]邱俊斌.浅析云计算在高校实验室中的应用[J].广东技术师范学院学报：自然科学，2011（2）：41-44.

[5]徐迪威.云计算关键技术探究[J].现代计算机，2010（7）：41-43.

[6]李海峰，乔爱平.私有桌面云架构设计及实现[J].警察技术，2011（5）：20-22.

[7]孟庆伟，刘婷.基于云计算的计算机实验室建设模型研究[J].智能计算机与应用，2011（4）：72-73.