基于云计算的高校计算机实验室管理平台设计

朴承哲

(辽宁民族师范高等专科学校 科研管理处，辽宁 沈阳 110032)

0 引言

随着计算机技术和互联网的快速发展，传统的计算机实验室管理方法逐渐暴露出很多问题，如传统计算机软件的更新模式使得更新和维护工作量繁重，有限的建设经费导致设备更换的速度难以满足技术更新的需要，管理人员的素质和安全意识的差异导致实验室存在安全隐患等.因此如何运用新技术快速、合理、有效地解决计算机实验室管理中出现的问题，提高管理效率是管理者一直研究的课题.云计算以其独有的特性可为不同用户提供不同的定制服务，在满足教学和管理需要的同时，更节省了资金的投入.本文结合云计算的特征，提出了基于云计算的高校计算机实验室管理平台的设计方案.

1 云计算概述

随着互联网快速发展带来的更高需求，能向用户提供更好的计算资源的云计算应运而生.云计算是将计算资源集合起来以网络计算的方式，通过互联网为用户提供定制资源的服务模式.云计算具有五个基本特征、四种部署模型和三种服务模式[1].

1.1 五个基本特征

(1)自主服务，用户基本不需要云端提供商的协助即可获取自己所需的计算资源.(2)广泛的网络访问，用户可通过任何连接到网络的计算机和移动端设备获取云端的计算资源.(3)资源池化，云端将计算资源池化，根据用户的使用需求进行动态分配.(4)快速弹性，用户可根据需要快速获取或释放计算资源.(5)计费服务，用户获取的计算资源是收费的.

1.2 四种部署模型

根据使用群体的不同，云计算可构建四种云端资源部署模型：(1)私有云，云端资源只给指定的某个客户或某个组织部门内的用户使用；(2)社区云，云端资源给特定几个组织部门内的用户使用；(3)公有云，云端资源向社会开放，所用用户均可使用；(4)混合云，是目前很流行的部署模型，由两种或两种以上不同类型的云构成，当私有云出现需求峰值，公有云才会划分资源提供协助.

1.3 三种服务模式

云计算以三种模式为用户提供资源服务，分别为：基础设施即服务(Infrastructure as a Service，IaaS)，云端将系统中的基础设施层租给用户，为用户提供虚拟机或其他资源服务；平台即服务(Platform as a Service，PaaS)，云端将一个开发平台作为服务提供给用户；软件即服务(Software as a Service，SaaS)，云端将应用作为服务提供给客户.

2 云计算在计算机实验室管理中的优势

借助云计算的特性能为高校计算机实验室管理人员提供很多便捷的服务，如远程云端服务，客户端并不需要具备很高的硬件配置及购买软件，即可享受所需要的服务.用户可根据需求定制计算资源，在面临用户峰值访问时,可通过动态分配资源，保证良好的用户体验[2].云计算提供的服务模式有效降低了高校计算机实验室管理成本，提高了计算机实验室日常维护、数据存储的工作效率.云计算在高校计算机实验室管理中具有以下优势：

2.1 资源统一管控，易部署，运行维护方便

按照传统方式管理计算机实验室，往往需要投入大量人力和物力，难免会出现管理不全面、设备更新不及时等问题.云计算管理平台的构建，实现了实验室教学资源由云端集中管理、集中部署、集中维护的管理模式，避免计算机设备出现软件问题需要人为逐一调试的现象，同时针对新的教学环境及软件，只需在云端操作部署同步到客户端既可完成更新，解决了传统人工更新环境、更新软件的问题，大大减少了维护的工作量.

2.2 降低实验室管理费用

设备是实验教学的重要保障，购买计算机实验室设备的费用很高，采购的设备要至少使用五年以上.随着信息技术的不断发展，计算机学科教学对设备要求不断提高，原有的采购建设方案会导致前几年配置浪费、后几年配置跟不上的现象.利用云计算管理平台，只需根据需要合理升级配置云服务器即可，对于特殊专业需求再购买高配置设备，大幅度降低了计算机实验室的管理费用.

2.3 提供安全可靠的服务保障

云计算平台为管理员提供了良好的远程技术服务和个性化服务.针对计算机实验室使用中出现的简单问题及使用者错误操作，管理员可通过远程操作为其解决问题、诊断错误，提升了设备的容错性.管理员利用云计算平台还可以使无人使用的设备处于关闭状态，提高了设备的使用寿命；可在计算机设备BIOS掉电的情况下，从网络启动系统，如果出现网络问题，可根据平台提供的本地操作系统和利用本地缓存的系统数据启动系统.

3 计算机实验室管理平台的具体设计方案

3.1 平台设计构想

结合高校计算机实验室管理的需求，利用云计算堆栈(云计算三类服务)虚拟化技术构建管理平台，资源由云端统一把控，实现教学资源共享、动态组织异构资源，资源易扩展、易部署，能够提供不同应用环境，也可减少资源浪费，达到资源效益最大化的目的[3].

3.2 平台架构模型

平台设计遵循云计算三层服务原则，通过IaaS、PaaS和SaaS为用户提供所需的服务[4].对于使用者而言，云计算三类服务是完全不同、相互独立的.但从技术角度上看，各层服务之间存在一定依赖关系.平台整体架构模型如图1所示.

3.2.1 IaaS(基础设施即服务)

基础设施即服务是云计算的基础，由服务器、网络设备、存储磁盘等提供基础物理设备服务条件.在使用IaaS时，用户不需要了解底层架构，只需要根据需求配置IaaS主机，选择操作系统、存储设备、网络组件，部署应用程序、防火墙等即可使用基础计算资源.为保证基础硬件、资源的有效利用，可通过虚拟化服务器集群，根据用户使用情况动态分配资源.系统在IaaS建设中，将高校局域网内部的服务器、PC机、交换机、存储设备等物理设备进行整合，为云服务提供基础设施条件.

3.2.2 PaaS(平台即服务)

平台即服务向用户提供对操作系统和相关服务的访问.用户可根据实际需要安装操作系统、数据库、Web服务器、编程语言运行环境及应用程序运行所需的中间件和运行库.系统以半平台PaaS和全平台PaaS两种模式为用户提供服务.半平台PaaS模式只安装操作系统，其他程序留给用户自行安装.半平台PaaS服务更注重用户的类型，如：信息中心、财务部门、软件学院等，平台根据不同的用户类型开放不同的权限及资源配置.全平台PaaS模式已经安装好所需的所有平台软件，如：数据库、中间件、运行库等.全平台PaaS模式针对应用软件做权限分配和资源分配.PaaS支持用户管理和部署自己的应用程序，但不能对底层的基础设施做任何操作.

3.2.3 SaaS(软件即服务)

软件即服务是将云端提供商部署好的应用软件通过互联网提供给用户，为用户提供无需安装和维护的软件服务.系统分别为教师、学生及部门管理人员等不同用户类型提供不同的使用权限，用户可通过PC、浏览器或APP享受软件教学、个人网盘、毕业设计软件、软件管理、实验室排课等服务.

3.3 客户端运行流程

基于云计算的高校计算机实验室管理平台以虚拟桌面服务器管理镜像文件，用户登录客户端向服务器发送访问请求，服务器根据登录账号的权限，为客户机提供相应权限的云桌面与应用[5].用户每次获取服务，客户端会首先判定当前网络是否正常，若网络正常，首次启动，服务器会向客户端传送系统数据，客户端建立缓存启动服务，只需传送少量I/O数据和缓存一起作为启动数据提供服务.若网络不正常，自检本地是否有缓存，若存在缓存，则用缓存启动服务，若没有则启动本地系统提供服务.客户端运行具体流程如图2所示.

4 结语

本文利用云计算堆栈虚拟化技术，构建高校计算机实验室管理平台，平台的使用节约了实验室管理费用，提高了管理人员的工作效率.同时，云计算提供的三种服务模式也为高校各部门及各专业的发展提供了很多硬件和软件的服务.随着云计算的不断成熟与完善，要充分发挥云计算的优势，提高高校教学质量和管理工作效率，更好地实现培养优秀人才的发展目标.