基于云计算的高校计算机实验室建设方案优化

张趁香，朱旦晨

(淮安信息职业技术学院计算机与通信工程学院，江苏 淮安 223003)

0 引言

目前很多高校己形成计算机网络、计算机通信、计算机软件、多媒体技术等多个发展方向的学科，各个方向所需实验室和设备已经建设完备。但是随着计算机的快速发展，各个高校的计算机实验室原有仪器设备配置变低，不得不重新购买新的设备，这就需要投入大量资金，加上给设备安装软件的过程相对繁琐，也需要花费大量的人力和时间［1］。另外，学生上机实验的数据也不能在机器上存储，只能自己通过移动存储设备来存储数据，这样会使实验室中的机器感染病毒，给后期的维护和使用带来负担，这些问题都严重影响了实验室的发展。如何优化实验室建设，提高实验室使用率，让教师和学生能满意地使用，对各个高校来说都是一个令人头疼的问题。云计算技术的出现为解决上述问题提供了可能，也为高校计算机实验室建设提出新的建设方案［2］。本文主要将云计算技术与虚拟化技术相结合构建一个基于云计算的计算机实验室，可以很好地实现计算机实验室资源共享，提高实验室的使用效率，还可以充分满足实验的多样性需求。

1 云计算平台概述

当前，网络中对云计算的概念有很多种解释，定义也各式各样，可以将其理解为分布式计算、并行处理、网格计算综合发展而成的商业产物，同时又提出了IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)、虚拟化(Virtualization)等概念［3］。

云计算是一个完全由第三方提供计算资源的理念［4］。近年来在计算机领域中备受关注，它利用虚拟化技术构建虚拟资源池，屏蔽具体硬件体系结构和多样化的软件系统平台，动态分配资源和组织异构资源，将存储空间等资源进行共享，根据用户的需求进行动态分配，并通过管理软件实时监控资源的分配情况，保证资源不浪费，既提高了计算机实验室资源的利用率，又能使效益最大化。

采用云计算平台构建高校实验室，可以给出一个较为理想的解决方案，减少用于计算机软件技术、硬件设备更新的经费投入，减少用于实验室人员的维护和培训方面的经费的投入，节省时间，还可以使废弃的设备被再利用。

以淮安信息职业技术学院软件实验室为例，采用传统方式与采用云计算平台设备在投入成本上的配置情况比较如表1所示。

表1 传统实验室与云计算平台实验室配置情况一览表

从表1中可以看出，采用云计算平台的软件实验室费用比传统方式要节省3/4的投资，后期计算机实验室如果要考虑扩展硬件或者更新软件，云计算平台的实验室只需考虑扩充云终端服务器上的硬件设备以及对云终端的软件进行更新。而传统方式则需要考虑每台计算机硬件的更新和软件更新，这样所投入的成本就会远远超过采用云计算平台所投入的成本。因此，通过虚拟化技术和云计算技术相结合来构建实验室，形成存储资源池、计算资源池、网络资源池以及安全资源池，并根据用户的需要进行分配，可达到实验室方案优化的目的，还可以节约成本。云计算平台的实验室建设基本架构如图1所示。

图1 云计算平台的实验室建设基本架构

2 云计算平台的实验室建设方案

2.1 云计算平台的实验室建设基本架构

目前，可以选择较为稳定的虚拟化方案，将云计算技术与虚拟化技术有机结合，用于构建高校的计算机实验室，既提高了实验资源的共享性与使用效率，又充分满足实验的多样性需求。以淮安信息职业技术学院计算机实验室为例，结合学院的特点，设计了一种云计算平台建设方案(见图1)。

2.2 云计算实验平台软件选择

服务器虚拟化软件品牌有很多，比如VMWare提供的 vSphere和 ESXi，vSphere是收费的，ESXi是免费的，思杰提供的Essentials和XenServer，Essentials是收费的，XenServer是免费的。目前很多的服务器虚拟化都是选择VMWare的vSphere，它不但提供了完善的服务器解决方案，也可以安装不同的操作系统，使得云终端服务器的功能更强大，可满足不同的用户需求。通过使用VMWare的vSphere对服务器虚拟化，就可以将一台服务器虚拟出多台虚拟服务器来使用，这样可以实现多个不同的操作系统在一台服务器上运行，相互之间不受影响，就不需要花大量的投资来购买多个服务器了，很大程度上节约了成本［5］。VMWare的vSphere解决方案如图2所示。

2.3 云计算平台的实验室资源建设方案

选取一台计算机作为物理计算机，在此计算机的主机上，使用虚拟化技术创建多个虚拟机，在所创建的虚拟计算机上安装不同的操作系统，在各个操作系统之上再安装所需要的系统软件、应用软件、实验软件、办公软件等，云计算平台的实验室资源建设方案如图3所示。

图2 VMWare的vSphere平台拓扑结构图

图3 云计算平台的实验室资源建设方案

把所有数据都放在服务器的云终端，这样管理人员可以很方便地管理各种软件和实验数据等信息，学生上机实验时，只需要在客户端输入管理员分配的云计算用户帐号进入系统，所使用的软件和要存放的数据全部在云终端的服务器系统中，云计算终端的资源管理软件会根据用户不同的需求自动分配。

3 云计算平台的实验室实施

依据上述设计方案，在不改变现行使用的网络结构的条件下，对计算机实验室采用路由器连接外网和内网，内网采用虚拟化技术和云计算相结合的方法来构建虚拟机机群［6］。具体实施的步骤如下:

(1)利用一台高性能服务器安装vCenter Serve，在此计算机上安装Windows 2008 64bit版、DNS、VMware vCenter Server和相关插件服务。

(2)选取一台通用的计算机安装vShere Client，提供与VMware vSphere系统进行交互管理的主要连接方式。在此计算机上安装vCenter Client实施管理，vSphere Client可用作vCenter Server系统的管理界面以及各个虚拟机的操作控制台，为云终端的用户提供可用的服务。

(3)数据库用于组织VMware vSphere环境下的所有配置数据。vCenter Server支持多种不同的数据库，比如 Mircosoft SQL Server 2008Express、Oracle等。如果部署规模较大，可以对vCenter Update Manager使用 Mircosoft SQL Server 2008 Express数据库，对 vCenter Server使用 Oracle数据库，这样就可以确保数据的负载均衡。如果部署的规模较小，那么可直接使用其中的一种数据库设置少量的主机和虚拟机。

(4)对实验室中的每一台计算机指定要访问IP地址或虚拟机的主机名称、输入管理员分配的用户名和密码，就可以通过云终端中提供的远程共享模式直接访问云平台中的各个虚拟机，也可以在浏览器中打开vSphere虚拟机管理界面，创建虚拟机并安装自己要使用的软件。

4 云计算平台实验室建设性能分析

(1)以低投入获得高性能。用户终端只需要一台普通的计算机，通过云终端分配的账户登录云终端服务器，就能使用云终端的相关资源。这样学校就不需花费巨额资金频繁地更新设备，从而以低投入获得高性能。

(2)云终端提供海量的资源存储空间。通过虚拟化技术和云计算相结合构建的虚拟资源池能容纳海量的数据，理论上提供了不受限制的存储空间，可以按照需要随时增加存储空间，满足各种信息增长对存储空间的要求。

(3)减少实验员对软件升级和维护的工作量。实验员不需要逐个更新客户终端中的软件，只需要对云中的资源进行软件的升级和维护，这样就极大地减少了实验室日常维护的工作量，提高了工作效率。

(4)采用云计算技术实现了计算机实验室的资源共享。利用各个实验室的资源构筑一个虚拟资源池，当某个实验室客户端要使用其中的资源时，可以直接从共享资源池中获取相关资源，这样就解决了高校里实验资源分布不均的问题，提高了高校实验室资源的利用率。

(5)实现了Vmware虚拟化实验室的解决方案。教师能够集中控制所有实验室终端的桌面环境，同时依旧保持学生的灵活性和实验数据，可以在任何地方、任何设备上开展工作，保证教师将更多时间花在教学工作上，提高教学质量。

5 小结

本文给出了基于云计算的实验室建设方案，学生所使用的计算机终端只需配置一般的计算机。软件的安装、更新、维护，硬件设备的更新等统一在云终端(vCenter Server)服务器上进行。学生可以选择自己要使用的操作系统平台，比如Windows2000、WindowsXP、Window2003、 Windows7等，还可以切换到Linux、Unix类操作系统，这样就提供了丰富的平台供不同的教学使用，可满足教学过程中的各种需求。另外，通过vCenter虚拟化云终端，能够定时地对虚拟机进行维护，保证学生所使用的数据安全，使终端能稳定、高效地使用，也可以定时开机和关机、提供负载均衡。基于云计算的实验室建设方案可进一步推广应用，为广大的学生和教师及科研工作者提供更有利的实验环境。

［1］邓德胜，盛均全，周芳.高校实验室资源共享的构想［J］.当代教育论坛，2008(1):62 －64.

［2］单美贤.虚拟实验教学的初步探索［C］.黄荣怀.第六届全球华人计算机教育应用论文集(下).北京:中央广播电视大学出版社，2002:288－291.

［3］王庆波.虚拟化与云计算［M］.北京:电子工业出版社，2009.

［4］崔云飞，李艺，李昀，等.基于SOA的云计算体系结构研究［J］.装备指挥技术学院学报，2011，22(4):77 －80.

［5］金海.计算系统虚拟化:原理与应用［M］.北京:清华大学出版社，2008.

［6］何克抗.网络应用技术新发展［J］.电化教育研究，2001，100(8):65 －71.