云计算在实验室管理中的应用

杨智明　段寿建

摘要：实验室是高校重要的实训基地，由于本身具有实验时间同时和完成实验任务的不确定性，使得实验室资源存在高峰不足，低峰浪费，以及实验过程监控困难和管理复杂的问题。通过云计算的虚拟技术和共享机制来管理实验室资源，不仅可监控实验过程，简化实验室资源的管理流程，而且解决了实验室资源高峰不足低峰浪费的矛盾，提高实验室的管理效能。

关键词：云计算；虚拟化；云共享

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7624-02

Abstract： The laboratory is an important training base in Colleges and universities，because itself with the experimental time at the same time and completed the experimental task uncertainty， make the laboratory resources exist shortcomings of low peak to peak， waste， and problems of experimental process monitoring and management difficult complex. Virtual technology through the cloud computing and sharing mechanism to manage the laboratory resources， not only can monitor the process of the experiment， a simplified laboratory resource management process，and solve the contradiction between the shortage of low peak to peakl aboratory resource waste， improve the management efficiency of the laboratory.

Key words： cloud computing； virtual； cloud sharing

实验室是高校师生学习和研究的重要基地，随着云计算新技术在教育领域的应用，很多专家学者对实验室的管理进行了深入的研究。文献[1]分析了实验室在建设上存在成本投入与不均的问题，在管理上存在信息系统集成不顺畅，导致“信息孤岛”产生的问题，对把云计算低成本、高兼容性的特性应用于实验室建设与管理进行了探讨；文献[2]分析了高校实验室存在资源利用率低下、管理模式单一的突出问题，通过服务器虚拟化基础架构，设计了基于高校实验教学的云计算模型，并搭建了软件即服务（SaaS）的云环境，改变了传统的实验室管理模式。文献[3]提出了利用计算虚拟化技术与云计算技术来高效地管理计算机与软件实验资源，并给出了一个基于云计算技术与虚拟机集群技术的计算机与软件实验资源系统管理体系方案。这些研究主要从云计算的低成本和虚拟化方面来提出解决方案。该文是通过云计算的虚拟化技术和共享机制来管理实验室资源，这样不仅可监控实验过程，简化实验室资源的管理流程，而且还解决了实验室资源高峰不足低峰浪费的矛盾，提高实验室的管理效能。

1 云计算的特性

1.1 虚拟化技术

云计算技术的支撑技术是网络技术与计算虚拟化技术[4]。虚拟化技术是基于虚拟化软件，通过分区，将一台物理机虚拟出一台或多台虚拟机，通过隔离，使具有完整硬件功能的各虚拟机运行在相对独立的环境中，通过封装，把所有与虚拟机相关的硬件设备封装为统一的输入和输出接口存储在文件中，使得服务器迁移类似于数据迁移一样容易[5]。云计算环境体系下，云服务器可以被实时的调入到当前运行的服务器集群中，因虚拟机在不同的物理节点上会产生迁移，虚拟环境也将随之产生迁移，使得用户所使用“云”的资源可以根据其应用的需要进行调整和动态伸缩，有效地满足应用和用户大规模增长的需要，能够从容的应对不断变化的工作负载与业务需求。云计算虚拟化技术在很大程度上提高了资源的使用效率，减少了管理和维护费用。

1.2 云计算的共享机制

在云计算的网络应用模式中，云计算将分布式存储在不同服务器的数据联合到一起，实现不同设备间的数据与应用共享，用户只需通过网络接入云端，就可以访问云中的数据，还可以启用云计算服务提供的共享机制把文档与其他人协作共享[6]。

2 实验室管理存在问题

2.1 实验室资源高峰不足低峰浪费

上课时间是资源使用高峰期，学生需要访问同一个软件和使用相同的实验设备，而在下课后，实验软件和实验设备则处于闲置状态，这就使得实验室资源出现高峰不足低峰浪费的情况。

2.2 实验软件繁多，管理与维护困难

为满足不同专业、不同实验和不同级别考试的需要，实验室需要安装不同的实训软件，如果用传统的管理方式，软件的安装与维护就非常困难。

2.3 实验过程监控困难

学生实训题目大小不一，难度各异，完成实训任务也因学生的能力水平，小组协作程度的不同而不同，有的小组动手能力强，协作程度高，就提前完成，有的小组方法不当，缺少合作精神，完成任务的时间就会延长。在实验任务完成的整个过程中，指导教师很难监控学生的实验进度，对实验中出现的问题也难于及时指导。

3 云计算提高实验室管理效能

3.1云计算的动态扩展性解决实验室峰值问题

实验室具有高度密集性和同时性的特点，即学生在专业课程的实训课堂中，需要同时访问同一个软件和使用相同的实验设备，而下课后，实验软件和验设备等资源又处于闲置状态，使得实验室资源处于高峰不足低峰浪费的矛盾中。云计算的动态扩展性正好可以根据用户的需要进行调整和动态伸缩，从容的应对不断变化的用户需求。在上课的时候，学生统一访问实验室资源时，云计算的动态扩展性就会根据用户的访问情况自动增加资源的访问量，而在下课的时候，云计算又自动调整实验室资源为空闲，云计算的动态扩展可谓自由缩放，增减自如，使实验室平时不浪费资源，上课时也不担心峰值的正常访问。

3.2 云计算简化实验室资源的管理流程和节省管理成本

实验室为满足不同专业、不同类型的实验和不同级别考试的需求，需要安装不同的操作系统、系统软件、实验软件等很多实训软件，而且这些软件需要进行不断的升级、更新和维护，在传统模式中这是需要大量的重复劳动的。云计算的虚拟技术可以构建多个虚拟机，再通过虚拟机安装这些不同的软件，这就省去了软件重复安装的时间，当需要添加新的软件或操作系统时，只要对虚拟机进行操作，就能满足用户对实验室资源的多种需求，省去了对每一台计算机具体的操作过程[3]。还有云存储，数据存储在“云端”，既避免实验数据丢失，病毒入侵等问题的发生，也节省了软件购买与升级的开销，大大降低了实验室的管理成本。

3.3 云共享能监控实验进程

多人合作完成的综合性实验题目，需要几周甚至更长时间才能完成。学生在做这类实验的过程中，教师很难对整个实验过程进行监控和指导，也基本发现不了有的学生虽然参与这个实验组，但基本没有参与实验工作的情况。云计算提供了一个开放的实验平台，通过云计算的共享机制，学生可以随时随地访问和使用实验室的云资源，参与实验组的合作者可以与同组成员一起协调完成实验任务，当一方小组成员在编辑文档时，另一方的成员可以通过显示器看到对方的工作情况，而且只要参与该实验的小组成员，可以随时查看在云中存放的实验信息及进展情况，指导教师可以随时了解实验进展，对实验过程进行监督和进行有针对性的指导，更好的把控实验质量和效果。同时，指导教师还可以通过查看实验信息，清楚的知道哪个学生没参与或完成任务，及时做善意的提醒与帮助，敦促其积极参于实验活动或及时完成任务。

4 结束语

实验室本身具有的高度密集性和同时性是存在缺陷的原因。该文通过对实验室存在问题和实验监控困难的情况进行分析，探讨了利用云计算的虚拟化技术和共享机制来管理实验室资源，不仅可监控实验过程，简化实验室资源的管理流程，而且解决了实验室资源高峰不足低峰浪费的矛盾，提高实验室的管理效能。

参考文献：

[1] 王国霞，徐银梅.云计算在实验室建设及管理中的应用探究[J].中国教育技术装备，2011（5）：115-117.

[2] 郭峰.基于云计算的虚拟化技术在高校教学服务中的应用研究[D].北京：北京工业大学，2013：1-44.

[3] 柴亚辉，涂春萍.基于云计算的计算机与软件实验资源管理[J].实验室研究与探索，2010（10）：254-256，276.

[4] 赵春燕.云环境下作业调度算法研究与实现[D].北京：北京交通大学，2009.

[5] 陈鹏洋.虚拟化技术在科技管理中的应用[J].金融电子化，2008（12）：69-70.

[6] 王玉芬，郭晓娟.云计算对高校教学资源影响解析[J].实验技术与管理，2010（5）：111-113.