云计算技术在高职院校建设高效绿色计算机实验室中的应用

赵元祯，衡友跃

(淮北职业技术学院 计算机科学技术系， 安徽 淮北 235000)

云计算技术在高职院校建设高效绿色计算机实验室中的应用

赵元祯，衡友跃

(淮北职业技术学院 计算机科学技术系， 安徽 淮北 235000)

云技术作为一种新的计算机技术对现在的计算机应用产生了巨大的影响。构建云环境下虚拟计算机实验室架构,可以有效解决高校计算机实验室建设成本高、管理维护效率低、实验室利用率低、资源共享程度低等问题。高职院校建设虚拟云技术计算机实验室,能更好地满足实验项目、科研课题和日常教学对实验环境的要求，在群体协作、团体开发以及课堂教学等方面发挥更大作用。

高职院校；高效绿色；云计算

云计算最早由Google提出，是一种新的计算模式，它极大地降低了运算成本，促进了经济和社会的发展。云计算是计算机技术发展的新应用，是分布式计算技术的一种，它运用大数据的处理技术并将计算分析处理后的结果反馈给用户。

虚拟实验室运用云计算技术与传统实验室不同，主要表现在以下三各方面：①云计算技术在提供服务的同时还能为服务商开发应用程序提供方便，从而加快开发速度，节约开发成本，提高资源的利用率。②云计算技术降低了对硬件处理能力的依赖，其本身就是一个庞大的数据库，无论水平方向还是垂直方向都具有比较好的可拓展性。将不同的云计算服务器相连结是其水平可拓展性；云中节点的灵活性是其垂直可拓展性，从而扩大用于自我管理以及维护的虚拟计算资源的范围，形成更大的云计算服务器，有利于对数据进行储存和处理。③在云计算的软、硬件管理、处理以及资源的分配阶段，将全程使用自动化运作模式，进一步降低了生产成本。

一、高等职业技术类院校组建虚拟计算机实验室采用云计算技术的优势

1.更高的性能

云技术的应用，使传统计算机终端存储的程序、运行的数据以及其它应用程序的任务减少。只需将少量的程序和进程加载到内存中，就能在计算机配置不高的情况下提高性能，终端启动和运行速度都可以加快。

2.更低成本的计算机投入

云技术的应用，降低了以往对于计算机硬件的较高要求，在计算机硬件不变的情况下可以大大提高计算机运算和处理数据的效率。由于应用程序不是在台式机上运行，而是在云中进行运算，所以不需要传统较高性能的台式机，不需要花费昂贵的价格购置性能较高的硬件设备，性能较低计算机作为云终端已绰绰有余，从而减少了实验室建设成本的投入。

3.更强的计算能力

我们把运用云技术的框架组建的实验室连接到一个云系统中，便拥有支配和使用整个云资源的能力。单机将不再是传统意义的单机，具有了云系统运算能力，能够执行超大级别的计算类任务。

4.更加方便快捷的硬件维护

电脑在云计算中可以当做一个具有输出与输入能力的单元，从而实现对计算机单机性能要求的降低。由于计算机运行的软件及程序，都处于一个云中软件栈结构中，计算机硬件维护更加方便快捷。

5.增强的数据安全

由于数据的集中存储在软件栈结构中，更容易实现安全监测：在软件栈中存储的信息相对集中，管理者可以比较方便地对数据进行统一管理，负载均衡，资源分配合理，软件运行安全，能够较大幅度地节省使用者的使用成本并提高使用效率。

云计算可以为重要数据提供安全的防护，无论使用者是谁，都可以仅凭密码存取重要数据。同时，云存储服务商拥有专业的团队和先进的技术，更有能力对数据和设备进行高水平的维护。

二、云计算核心技术在虚拟计算机实验室系统建设中的具体应用

云计算的核心技术主要有：数据管理技术，数据存储技术，虚拟化技术，虚拟资源的管理与调度，SOA服务。

1.数据管理技术

云计算的优势是对社会生活以及科学实验中大数据的处理和分析。目前，技术上还存在一些不足，解决数据的随机读速率与更新速率是迫切需要解决的新问题。当前数据管理技术最有实力的是BigTable管理技术。

2.数据存储技术

云计算面对的业务与客户都比较多，要求实现数据高吞吐率、分布式和信号传递的高传输率成为云计算存储的三个显著特点。当前数据存储技术主要有Google的GFS和HDFS。

3.虚拟化技术

虚拟化技术，主要是依靠服务器虚拟化，用来实现单个资源和多个虚拟资源相互转化以及虚拟机之间的隔离等，从而实现由物理层的变化到简单逻辑的呈现。从具体的技术角度理解可以把它看作是一种逻辑简化技术，这种技术通过复杂物理层变化来实现。

4.虚拟资源的管理与调度

对物理资源的重新整合可以形成资源池这样的过程通过云技术实现，云技术还可以通过管理中间件实现对资源池中虚拟资源的调度。

5.SOA服务

SOA是一种具有松耦合、粗粒度特性的服务架构方法。利用构件模块来创建软件系统，通过良好的接口和契约，运用应用程序将不同功能单元联系起来，实现系统间交互更加迅速、更加可靠。

三、虚拟计算机实验室云计算的框架结构技术

1.虚拟计算机实验室各重要功能的结构框图

虚拟计算实验室中资源的镜象是在一个软件栈结构中实现的，资源的镜象包含：①中间件层；②应用软件；③虚拟机监控程序层或底层操作系统。

虚拟计算实验室中可供访问的资源包括：操作系统资源、应用软件资源、开发平台资源、数据库资源、硬件资源等 (见图1)。

图1 虚拟计算实验室的结构框图

图2为一个标准型的镜象栈结构，用户可以根据自己不同的任务需求减少或增加镜像栈层次。系统运用服务检索、注册、存储和访问等形式对镜象资源所提供的服务进行管理。

图2 镜象栈

2.虚拟计算机实验室运行过程中的资源使用流程和预约

图3给出的整个流程是关于资源的预约到使用的过程。根据图3我们可以知道，实现资源的预约，通过互联网浏览器即可。在预约成功以后，通过远程程序远程桌面程序(RDP)实现对资源的访问和调用。

图3 资源预约和使用流程

虚拟计算机实验室能更好地满足实验项目、科研课题和日常教学对实验环境的要求，虚拟计算机实验室运行于校园网，对终端用户完全透明。虚拟计算机实验室系统广泛适用于群体协作、团体开发以及课堂教学等，现实意义重大。

[1] 郑啸云，计算研究现状综述[J].计算机科学,2011 (4).

[2] 张怀南.杨成我国云计算教育应用的研究综述[J].中国远程教育, 2013(1).

[3] 刘凤娟.大数据的教育应用研究综述[J].现代教育技术, 2014(8).

[4] 张云勇,陈清金,潘松柏.魏进武云计算安全关键技术分析[J].电信科学, 2010(9).

责任编辑：何玉付

2017-05-10

本文系2016年安徽省质量工程教学研究项目“Android应用开发”(编号：2016xx130)研究成果。

赵元祯(1982—)，男，安徽淮北人，助教,研究方向：网络管理。

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