基于云计算高校计算机实验机房管理模式的应用——以青岛职业技术学院云计算平台为例

张 宏

（青岛职业技术学院 软件与服务外包学院，山东 青岛 266555）

随着高校信息技术的不断推广和教学实践环节的日益规范化，计算机教学已成为高校各专业教学中必不可少的现代化教学手段。各高校为满足日益增长的教学、实训需求近年来兴建了大量的计算机实验机房。机房除用于日常教学、实训和各种无纸化考试外，还是学生课余上机作业、自习及上网了解国内外信息的重要场所，其重要性是不言而喻的。目前，高校计算机实验室机房基本上采用基于院系的传统分散式机房管理模式，即校内各二级院系自主建设所需软、硬件环境的计算机实验室机房，机房内每台机器都安装独立的操作系统和应用软件程序，并设置专职人员管理机房。但传统的计算机实验机房管理模式存在很多问题：首先，高校硬件建设投入成本高。不断更新的教学内容及各类应用软件的迅猛发展（某些专业软件每年都会推出新版本），对机器硬件的最低配置的门槛要求不断提高，需不断升级机器的硬件才能维持正常的教学与实训。因此，高校硬件设施的投资成了没有尽头的无底洞。其次，机房维护与更新工作艰巨。为满足不同年级及专业的教学、实训需求，机房内的每台机器需安装多个操作系统及大量的应用软件，还有大量临时性的软件变更、系统补丁更新、杀毒软件升级等工作，给管理人员带来极大的工作负担。再次，数据存储受限。传统的计算机实验机房每台机器都安装了还原卡（为维护机器的稳定与安全），师生在上机实训的过程中产生的操作数据与文件只能存储在个人的移动存储器上，容易造成数据丢失与损坏。

云计算具有超大规模、高扩展性、虚拟化、高可靠性、经济性和按需服务等技术优势，构建基于云计算的高校计算机房管理模式，通过网络提供各种IT资源与服务，可解决高校传统计算机实验机房建设与管理中的各项弊端。

1 云计算的基本概念与发展

云计算（Cloud Computing）概念是由 Google提出的，是近年来计算机领域最热门的词汇之一。通过“云”技术，可以将服务器、存储系统和网络有效地“联合”在一起，组成一个庞大的运算系统，用户可以通过简单的客户端获得所需的资源，完成大型计算机才能胜任的工作。

云计算在欧美等发达国家的教育领域中应用较早。2007年10月，Google与IBM便走进美国斯坦福大学、卡内基梅隆大学、麻省理工学院等著名高校推广云计算，并为其提供相应的软硬件设备及技术支持。很多英国高校，如：伦敦大学、利兹都市大学、皇家理工学院等，纷纷采用了谷歌的云服务程序。

我国教育领域内云计算应用较晚，但近年来发展迅猛。2008年2月，IBM宣布，中国无锡太湖新城科教产业园为中国的软件公司建立第一个云计算中心。自此，云计算正式进入我国教育研究领域的视野。2008年3月，Google协助清华大学构建云计算实验环境并合作开设“大规模数据处理”课程；2011年1月19日，由四川电信、四川大学、电子科技大学、西南交通大学联合组建的“中国西部信息中心云计算高校联合实验室”正式成立。

作为首批国家示范性高等职业院校的青岛职业技术学院是青岛市云计算的“领跑者”，其南校区由青岛市2010年财政重点支持建设的“青岛市服务外包实训基地”拥有最先进的云计算平台，目前其主要工作是向区域内企业员工、社会人员及高校学生提供知名服务外包企业和培训机构的优质实训资源。

2 基于云计算高校计算机实验室管理模式的应用优势

2.1 降低机房的软硬件资金投入

首先，云计算能够降低计算机实验室机房建设中的硬件投入成本。在云模式下，计算工作由位于信息中心的计算资源来完成，因此，对终端的设备要求极低——内存配置640KB足亦，只需安装一个简单的操作系统和功能完整的浏览器即可享受云计算提供的各种软硬件资源服务，因此基于云计算服务的高校机房可以继续使用先前的老旧电脑，从而使学校机房摆脱不断追逐高性能设备的尴尬局面；随着对计算机硬件配置需求的降低，“新旧”机房的使用频率也将逐渐趋于平衡，有利于延长机器的寿命。

其次，云计算的应用也极大减少软件购买费用。云计算环境下只需在云服务器上安装一套所需软件，终端用户登录云端直接使用即可。

2.2 数据存储安全方便

云计算提供的云存储服务，采用数据多副本容错，计算节点同构和可互换等措施，保障了数据的安全性，用户只需凭借账户和密码就可以方便、安全地对个人数据进行读、写、改等操作，无需担心数据的损坏与丢失。学生可将实训的中间或最终数据存储在“云端”，以便在下次实验时继续上次未完成的实验，也有利于实验教师对学生的实训进行及时指导和评价。另外，云计算的自动化集中式数据管理功能，能对高校海量教学资源进行有效整合与存储，可结合用户的实际需求，并进行自动化和智能化的配置，来满足不同用户的应用需要，提高教学资源的利用率。

2.3 便于复杂实验课程的开设及科研的开展

目前，我国只有部分知名高校拥有良好的实训环境，可以更多地承担创新技术的研究课题，而大多数的普通高校尤其是中小规模的职业院校教育资金缺乏，实训条件较差，很多复杂的实训课程无法开设；云计算的出现为众多的普通高校提供了一流大学才配备的超级实训环境，便于复杂实验课程的开设及科研的开展，为普通高校培养出更多的人才奠定了基础。

2.4 减轻机房管理压力

云计算模式下的基础设施的维护、软件的更新都在云服务器完成，无须再对机房内的机器硬件和软件进行无休止的维修与更新。传统计算机实验机房的一个管理人员要应付几百台机器，在云管理模式下是几个机房管理人员共同维护好一台云服务器即可，为学校降低人力资源费用和管理成本。

3 云计算在计算机实验室管理中的构建

青岛职业技术学院云计算平台是基于基础设施云层次的私有云，可实现云计算自服务门户、云计费管理、云安全系统、云运维管理，使各系统间灵活调用和相互协调，达到资源的按需分配和调度管理［1］。

3.1 基于云计算机房管理的设计

机房终端通过云计算中心相应的服务接口来完成登录或注册，云计算中心提供一个唯一身份标识，可进行判断并综合处理终端用户的操作；当用户发送特殊请求时，或更复杂的操作，可申请相应的服务类型和资源，云计算中心会综合考虑用户需求与提交的信息合理分配相关资源。

云端高级服务中心架构，如图1所示在云计算中心，根据提供的服务类型，可分成4个层次：

图1 云端服务架构

（1）软件服务。通过浏览器把程序传给用户，终端不必购买软件，不需要管理任何架构和软件，只需按需使用云计算平台提供的服务（如CRM、ERP、Messages Collaboration等）。从云平台维护者角度来看，只需要维持一个应用就可以了，减少了投资成本和管理维护成本。

（2）平台服务。平台层是为用户提供一个完整的开发环境，包括提供中间件平台、服务平台和硬件平台，高校机房通过这些平台来设计和构建相应的应用或软件；另外可以进一步使用平台提供的监视工具来对学校机房病毒和木马的防护、扫描、清理，在平台上软硬件的监控服务、软件升级服务及反垃圾邮件等。

（3）基础设施服务。云计算中心可以把计算机基础设施资源，包括服务器集群、CPU、存储计算能力、网络设备和数据库等，作为一种服务按需提供给用户。

（4）硬件服务。结合平台提供硬件服务，包括硬件管理、维护和监控等服务及服务器集群服务。

3.2 云计算的计算机实验室的建设架构

云计算计算机实验室的整体架构分为4个层次设计（如图2所示）：云终端接入层、虚拟桌面管理层、虚拟化资源管理层、物理资源层。

图2 云计算计算机实验室的整体架构

（1）云终端接入层。云终端接入层为终端用户提供规范统一的接口，网络浏览器是其中最常见的，如：IE、MozillaFirefox、Avant Browser等，通过云客户端可对云中的资源进行很便捷的访问。

（2）虚拟桌面管理层。虚拟桌面管理层负责分配不同客户的虚拟桌面系统请求并保存与维护客户机与云平台系统中实训数据与软件资源数据。

（3）虚拟资源管理层。虚拟资源管理层负责计算资源、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。云计算的核心技术是虚拟化的资源池——通过虚拟化的技术，将各种IT物理资源的复杂性屏蔽掉，方便管理与维护工作的开展。

（4）物理资源层。将学校局域网内的机房终端PC机、服务器、交换机及存储设备等，通过高速的局域网连接起来，从而提供处理能力更强、种类更丰富的资源。

3.3 VOI云桌面管理系统的应用

根据学校的具体需求及实际情况，计算机实验机房选用和信 VOI（Virtual OS Infrastructure）虚拟操作系统基础架构云桌面管理系统。和信VOI桌面虚拟化技术不仅可实现基于服务端的远程虚拟OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可实现基于客户端的本地缓存OS、APP及UserProfiles，这样不仅仅可利用终端本地资源处理计算及图形密集型应用［2］，也可支持各种计算机外设以适应复杂的应用环境及未来的应用扩展。该架构中各种版本的操作系统和各种应用程序部署在云服务器中，应用程序的添加和更新只在云服务器中完成。该架构中云服务器起到管理的作用，可以根据不同的机房，不同的用户部署不同的应用，并且部署后的应用环境使用客户机本地资源处理计算及图形密集型应用，比如CAD和photoshop等软件，降低了对网络和服务器的依赖。

和信云桌面管理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，从而构建一个高效、安全、统一的计算机教学实验管控平台。［3］

3.4 云计算中心的搭建

云计算中心机房采用基于Hadoop平台搭建，就是先在虚拟化服务器集群上安装Hadoop，再部署基于 M/S架构的HDFS集群，然后实现 Map－Reduce分布式函数，最后通过Hadoop自带的组件实现了HDFS文件系统和Map－Reduce数据交互。Hadoop组件图如图3所示。

图3 Hadoop组件图

将3台虚拟机组合成一个Hadoop集群平台，设置其中一台虚拟机服务器作为HDFS的Name－Node和JobTracker节点，其他两台虚拟机服务器分别为Datanode和TaskTracker节点，机器名与IP地址的功能如表1所示：

表1 HDFS节点配置

每台虚拟机主机名和IP地址之间必须保证得到正确的解析。

4 结束语

云计算技术能够降低访问终端需求，具有虚拟化、安全可靠、方便管理、经济性和按需服务等优势。本文以青岛职业技术学院云计算平台为例，提出了一种可行的基于云计算的高校计算机实验机房管理应用模式，为高校机房的实验教学、技术管理和科研提供一种全新的服务运营方式，不需要投入大量的物力和人力成本，很大程度上提高了高校机房使用率和维护效率。在高校机房中使用云计算，更有利于高校教育教学、实验管理与实验教学模式及科研水平的提高。

［1］ 旅游服务中心信息中心机房云计算平台建设项目技术参数要求［EB/OL］.（2013－01－31）［2014－06－20］.http：//www.doc88.com/p－989966977076.html.

［2］ 吴良斌，肖祥.基于VOI的虚拟终端技术研究［J］.电脑知识与技术，2013，9（25）：5735－5736，5739.

［3］ 孔燚.云计算在高校计算机实验室建设管理中的应用［J］.中国教育技术装备，2013（12）：28－29，31.