云计算环境下的计算机实验室建设

2016-07-13程家超查道贵

宿州教育学院学报 2016年3期

关键词：计算机实验室云计算虚拟化

陈　伟　程家超　查道贵

（宿州职业技术学院　安徽·宿州　234101）

云计算环境下的计算机实验室建设

陈伟程家超查道贵

（宿州职业技术学院安徽·宿州234101）

摘要：针对高校计算机实验室建设存在的成本高、设备利用率低、管理困难等问题，引入云计算技术，分析云计算在计算机实验室建设中的优势。提出云计算环境下的高校计算机实验室建设解决方案，为建设统一、高效的计算机实验室提供新的手段和思路。

关键词：云计算；计算机实验室；虚拟化

1前言

云计算作为一种新的计算机服务模式与理念，在当前得到高度重视。云计算的计算资源完全是由第三方提供的，和个人终端计算与企业集中计算有着本质商的差异，云计算是基于计算机群组的，而且资源时刻处于动态的调控中，资源的利用、部署于分配情况每时每刻都处在监控下，能够为用户提供可托管的环境。云计算可以为用户提供优质的硬件定制制造，这无疑为高校计算机实验室建设提供新思路与新方案。目前，我国不少高等院校的计算机实验室硬件设施相对落后，相应配置条件较差，而且存在软件反复安装、信息保密性差等严峻的问题，因此各大高校急需对现有的计算机实验室进行改革，本文将试论如何在云计算环境下进行计算机实验室的建设。

2高校传统实验室现状分析

目前，大多数高等院校是以院系作为单位，单独建设符合自己学院教学要求的计算机实验室，不同院系计算机实验室的硬件与软件情况差别较大，而且均会有单独的人员配置。这种传统的实验教学模式存在诸多弊病，例如设备与人员的冗余情况严重，很大程度上导致资金的浪费。同时，因为高等院校的课程必须处于动态更新的过程中，这就使得不同学期的课程会有所差异，解决问题的方式与要求会发生改变，因此就要求计算机软件与硬件得到及时更新，这无疑为实验室工作人员与资金两方面带来困扰。实验室建设完成后需要购置大量的教学软件，正版软件的授权费用更是增加了实验室建设的投资成本。除此之外，由于实验室使用人员流动性很强，无法避免地会有计算机病毒被带到实验室中，威胁资料的安全性，影响计算机的正常工作。

3云计算概述

云计算（cloud computing）是近年来新兴的基于网络的计算模式与计算服务，其将计算分布于分布式计算机上，打破了以往对本地计算机的依赖，把互联网思维运用到计算应用层，借助于网络将服务按需求进行分配，这种服务的拓展性很强。从广义上看，云计算指的是服务的使用模式；从狭义上看，云计算是IT基础设施的使用模式，可以根据用户的需求提供合适的硬件、软件以及平台。通常，将能够分配软件资源的网络称作“云”。当前，互联网服务器集群上的资源包括硬件资源与软件资源。其中硬件资源指的是服务器、CPU等，软件资源指的是集成开发环境等。在本地计算机中，无需硬盘等设备，仅仅需要终端。云计算可以针对用户个性化、差异化的需求制定量身定做的服务，实现超级瘦客户家模式，然后视具体情况进行收费。

云计算模型具有动态伸缩性，可以根据实际需求和用户数量，实时分配相应资源，云平台中的软硬件资源也可按需更新。云平台是一个庞大的资源池，所有资源都放在云端，用户可通过电脑或手机等终端随时随地按需付费获取想要的资源或服务，用户无需负担云平台的维护管理费用，即可享受低成本高享受的服务，同时也保证了服务的可靠性和安全性，轻松实现软硬件资源的共享。

4基于云计算的高校计算机实验室建设

4.1云计算环境下计算机实验室建设目标

把云计算运用到高校计算机实验室建设中，必须完成以下两方面的建设目标：一方面，必须借助于服务器虚拟技术构建出数据中心云实验室平台，进而实现服务器的整合，大大提高高校中心机房服务器的利用率，削减服务器管理人员，控制整体功耗，降低运行与维护费用；另一方面，应当借助于桌面虚拟化技术实现桌面客户端计算平台的建设，对所有桌面资源在管理端进行统一部署，能够大大降低客户端管理成本，提高实施效率。

4.2云计算环境下计算机实验室建设架构

云计算技术与虚拟化技术相结合，应用于高校计算机实验室建设中去，既提高了实验设备的使用效率，又实现了实验设备的资源共享，可充分满足各个专业不同实验多元化需求。

虚拟化技术是实现云计算实验室的关键所在，虚拟化技术包括服务器虚拟化和桌面虚拟化，本文主要通过桌面虚拟化来实现云计算环境下高校计算机实验室建设。目前能够实现虚拟化的软件品牌有很多，主流的虚拟化软件有开源的Xen、Citrix XenServer、Vmvare Vsphere、Red Hat KVM等，在桌面虚拟化方面，Citrix遥遥领先，占有大部分市场份额。因此，选择citrix XenDesktop作为桌面虚拟化软件。

以宿州职业技术学院计算机实验室为例，设计能够满足60名学生实验规模的实验室，整个云计算实验室系统架构如图1所示。

图1　云计算环境下计算机实验室架构

实验室原有的网络结构维持不变，作为实验室云计算平台的数据中心，选用3台性能较高的服务器作为数据中心的管理主机，对服务器硬件资源进行虚拟化。服务器虚拟化后安装数据中心所需的AD域控服务器、数据库服务器及Xen-Desktop服务器等。在客户端，可以使用普通的配置较低的PC机或专用终端，上面安装Receiver工具，来访问XenDesktop服务器发布的桌面端。

4.3云计算环境下计算机实验室实施部署

根据以上实验室体系架构，准备服务器3台，SAN存储1台。3台服务器中，一台用于基础架构服务器，另外两台用于实验室课堂池桌面承载服务器，SAN用于专业数据存储网络。整个系统拓扑如图2所示。

图2　云计算计算机实验室系统拓扑

基础架构服务器，配置2路6核CPU，64GB内存，2个硬盘的配置，安装虚拟化软件XenServer完成服务器虚拟化，在此基础上构建虚拟机用于搭建AD域控服务器、XenDesktop服务器、数据库服务器、license服务器以及1台教师专用虚拟机。

池桌面承载服务器使用两台服务器，配置和基础架构服务器相同，安装XenServer，每台服务器构建虚拟机30个安装WIN7或WIN XP系统，用于60个用户的共享桌面，每个虚拟机配置1GB内存、1个核的CPU。

所有数据都存放在专用存储网络中，每个用户分配约30G硬盘空间，60用户所需总空间为1800G，同时AD服务器、数据库服务器等预计需用空间约1TB。总共预计3TB左右，考虑到未来的可扩展性，这里使用4TB的数据空间。

根据学院计算机实验室实际情况，桌面环境使用Win7旗舰版，每个桌面系统安装应用程序如表1.

表1　桌面系统安装应用程序

5云计算环境下计算机实验室建设优势

5.1实验室建设及使用成本降低

采用云计算技术结合虚拟化的实验室建设及管理模式，使得实验室建设的硬件成本大大降低，实验室的使用周期也大大延长，被淘汰的旧机器可以重新使用并能够运行最新的操作系统。同时，由于云计算实验室的虚拟桌面可集中管理及部署，管理效率大大提高。

5.2实验室系统维护更简单

传统实验室模式下，软件的安装大都是先在母机安装后通过网络克隆来实现，要想更新软件还需重复进行此项工作，而云计算环境下实验室中，软件得安装和更新是在云环境中的一台机器上进行即可，不需要本地参与。如果实验室中桌面系统一致时可采用？Xenserver虚拟机复制技术，快速实现桌面系统，从而大大的降低了维护的难度和工作量。

5.3系统安全性好

云计算实验室中，采用云计算虚拟化桌面和终端组合作为学生的实验桌面系统，本地不再保存数据，所有的数据都在云端存放，无需U盘等移动存储设备来保存文件，云中有数据的冗余备份，保证了数据的安全性。另外，云计算实验室采用私有云构建，用户的桌面是在学校内部，可以抵御分布式拒绝服务（DOS）、蠕虫和病毒工具以及应用级入侵。