基于云计算技术的计算机实验平台架构设计

郑文娟

摘要：经济社会的发展、信息技术水平的提升为现代化教育发展提供了新的契机，在素质教育教学背景下，计算机实验平台架构的设计和研究，对提高学生自主学习能力具有积极作用。云计算技术的有效应用，能够提高计算机实验平台的整体架构水平，顺应时代发展潮流，满足教师和学生的个性化需求。文章从云计算技术下计算机实验平台的优势出发，分析了云技术架构的主要管理模式，探究云计算技术的计算机实验平台架构的主要设计内容，旨在为相关人员提供参考。

关键词：云计算；计算机实验平台；平台架构设计

中图分类号：TP39  文献标志码：A

0 引言

现阶段，互联网、大数据的有效应用，为云计算技术的发展奠定了基础，云计算技术已广泛应用在各行各业中。素质教育的发展，离不开云计算技术的支持，尤其在计算机实验平台的架构设计中，应用云计算技术能够保证虚拟资源的动态化、全过程跟踪，实现资源的科学配置，提高数据处理的弹性和教育资源的利用效率。而保障实验室计算机的安装和管理，可以降低后期维护所需要的成本，实现教育教学体系的改革和发展，提升学生的创新能力。

1 云计算技术下计算机实验平台的优势

以云计算技术为基础的计算机实验平台的安全系数相对较高，有利于信息数据的保存和分享，避免受到网络黑客的攻击。该实验平台能够实现方便快捷的远程维护与问题诊断，保障计算机实验平台的可持续使用。云计算技术的应用，能够有效解决计算机掉电问题，避免计算机系统因无法启动而影响正常运行。一旦出现软件冲突和病毒侵害，可迅速恢复为正常状态。实验平台在设计过程中应用云计算技术主要是为了驱动冲突智能处理设备，确保计算机硬件不会受到客户端计算机品牌等外界因素的约束，以电脑主板的方式进行即插即用，有效解决驱动较多的问题，当计算机发生损坏时，可在更换硬件的同时，保证还原卡能够正常使用。与此同时，在云计算技术的支持下，计算机实验平台能够有效应对各类复杂网络环境。对于计算机而言，其采购的目的在于满足教学需求，因而多数需要一次性采购完全，但随着计算机系统的升级与发展，初期的计算机往往无法适应现代化的教学需求。因此，需要对其进行升级与更新，云计算技术能够实现一台客户端升级完成后，剩余计算机也可同步升级，极大节省了安装升级时间［1］。

2 云技术架构管理模式分析

2.1 软件模式

软件服务模式主要是指能够将计算机实验软件有效部署于专门的服务器中，满足用户个性化软件需求，依据软件应用时间向用户收取相应的费用，还能够实现以浏览器的方式向用户提供软件平台。软件服务模式一般存在于软件服务器中，用户不受空间、时间限制可随时访问软件平台。因而，在用户需求不同的基础上依然能够实现专业化管理，终端访问软件无需进行设置与更新，极大降低了软件的维护成本。

2.2 平台模式

平台模式是以开发环境当作服务目的，进而实现互联网分布式服务。平台模式主要是向用户提供服务器、硬件资源等信息，用户在平台中指定开发相应的程序实现交互。该模式也可以中间件的方式提供数据库和实验教学。

2.3 基础架构模式

计算机实验平台架构设计中应用基础架构模式，主要能够实现以基础架构为核心，利用操作系统、应用程序进而最大程度满足用户访问的实际需要，通过设置存储空间等方式达到应用效果。在此过程中，用户无需进行云基础设置和管理，仅需要以托管的方式便能实现交互［2］。

3 优化云计算技术的计算机实验平台设计途径

3.1 明确实验平台架构

计算机实验平台架构的设计，主要是指将主控服务器和多终端作为基础，依据实际教学需要进行平台服务的延伸。网络管理、数据网络服务器是利用操作系统达到互联与互通的目的。强化虚拟服务器对数据网络的影响力，最终实现多终端的互联、互通。在系统的安全配置方面，则需要积极引入防火墙等设备，提高系统的安全性。云控制节点是以实验云平台为搭载主体，达到网络控制、调度管理、身份认证等目的。通过设置备用云控制节点确保主控制器节点和备份节点的一致性，进而提高系统的可靠性和有效性。计算机终端节点的布置主要以PC机为主，通过部署各项服务器的方式，最终达到计算节点能够为云平台提供动态化、全过程服务的目的。

3.1.1 实施步骤

云计算教学模式是通过互联网进行信息的使用与交互，利用互联网实现动态化、智能化的资源延伸与扩展。云计算技术能够提供科学、合理的网络访问平台，当用户进入到网络服务器、应用软件以及资源共享库时，能够迅速得到所需的各类资源信息。云计算技术背景下的计算机实验平台主要分为服务、管理两类。其中，服务主要指能够向用户提供海量的云计算服务，比如基础设施即时服务、网络平台即时服务等。网络基础设施即时服务能够借助互联网及时向用户提供存储空间、网络连接以及防火墙等基本的信息资源，用户能够依据自身需求实现应用软件的部署和运营。而网络平台即时服务则主要是依据软件开发，以应用软件即时服务的方式传输给互联网用户。计算机实验平台则主要包括计算机操作系统、编程运营以及编程数据库等，用户可实现平台的自由操作和切换。用户首次使用计算机时，服务器能够对用户信息进行及时上传并保存到相应的硬盘中，与此同时，由于硬盘中还会存储部分临时文件，因而达到高速缓存数据的目的。用户在使用过程中需要越多的数据，云计算技术可直接将所存储的数据及时推送到用户的硬盘中。当用户将数据进行标记后，可实现计算机的自动存储和缓存。电脑再次启动后，服务器能够自动减少相应的读写数据信息，与原有高速缓存数据相融合，达到数据的动态化保存的目的，丰富用户体验。应用云计算技术，计算机实验平台能够识别到用户的主要操作方式，并自动地为其匹配需要的操作系统与应用程序。通常情況下，云计算技术的实验平台设计以模拟服务器镜像管理方式为主，一旦用户启动客户端，服务器可自动登录到系统账户中，为用户提供相应的应用系统与桌面管理，提高服务器的服务效率［3］。

3.1.2 功能模块

计算机的主要运行方式以后端为前端提供服务的方式为主，利用云计算技术，计算机实验操作平台能够实现计算机前端的有效分析。在云计算技术的支持下，利用集中部署的方式，实现只需在计算机服务器中安装应用程序而无需在客户端安装应用程序的目的，有效减少安装费用和安装时间，能够以最快的速度将应用程序安装在实验室的计算机中。对于用户而言，无需进行客户端的升级与维修，专业人员只需对服务端进行操作即可完成应用程序的升级与更新，而客户端则无需进行应用程序的安装，对客户端计算机的性能要求较低，进一步提高计算机实验平台的实际运行效率。云计算技术的应用，不仅对电脑硬件设备具有积极的作用，还能为网络架构、操作系统提供相应的网络虚拟技术，保证计算机实验平台的可视化，进而实现后期的定制化实验教学。在隔离模式下，云计算技术实验平台能够实现项目的独立化运行。而计算机实验平台的前端功能则由用户界面、课程库以及管理接口等共同构成，同时也能细分为学生业务、教师工作业务以及程序员业务等模块，不同模块具有不同的针对性，帮助教师和学生灵活操作，为计算机实验平台的有效应用奠定基础。

3.2 构建资源虚拟化平台的有效措施

3.2.1 架构设计

计算机实验平台的架构设计过程中，需要注重资源虚拟化的处理，以标准开放、功能完备为根本，满足云计算基础架构形式，其硬件拓扑结构如图1所示。因此，需要与虚拟化技术要求相结合，进而满足云存储、高性能等服务集群化需求，利用云计算基础架构对各类软件进行管理，保证网络资源的协同性管理，提高网络的存储与计算能力，提高资源的动态化配置，实现数据的正常备份与恢复［4］。

3.2.2 规划部署

计算机实验平台的设计内容主要包括教学实验、课程实训、自助服务以及实验管理等。在进行实验教学内容的设计时，应将主体内容设置为实验课程；而课程实训的内容则需要满足学生对计算机的实践操作需要，自助系统的设计应以提供云储存服务为主，实验教学管理需要满足实验教学动态管理要求，以数据格式为基础提供相应的访问接口。所以，计算机实验平台的构建应将设计重点放在课程结构和实验教学资源的整合方面，方便教师以案例教学的方式，增强学生的实践和动手操作能力，通过科学的管理方式逐步提高实验教学管理质量和水平。实验平台的应用主体为学生，因此，可借助私有云模式，从应用实际出发构建相应的云平台系统硬件。例如，以千兆企业交换机为基础，提高存储、生产以及管理网络的运行效率，与此同时，利用硬件防火墙可实现云平台网络安全，以科学设计和规划方式，可以实现预期的计算机实验平台设计目标，实现计算机实验平台的优化与升级，为教学改革提供助力和支持。

3.2.3 虚拟化平台功能

资源虚拟化平台建设的过程中涉及的内容主要包括虚拟机形式管理、底层虚拟资源、用户权限管理以及资源分配等。因此，应立足云平台自身特点，通过对用户的实际资源申请情况进行详细分析，对服务功能进行自动化管理和开通，将相关信息告知用户。而对于用户来说，则能够利用镜像、快照管理等方式，实现保存和恢复，其内容主要包括开发的总体环境、运行状态以及操作系统等。除此之外，在虚拟化平台中还应涉及监控与管理功能，主要包括内存与处理器等资源，尤其在运行管理与监控处理方面，需要利用图表和图形等方式进行日志的记录，进而提高计算机实验平台的实训水平，满足实际需求。只有充分利用资源虚拟化平台，发挥其积极的作用，才能保证平台能够满足现代化教育教学需求。

3.3 搭建虚拟化实验平台

3.3.1 平台特点

一方面，借助虚拟技术、云计算技术可进一步提高计算机实验平台的技术水平，通过依据实际需求获得资源的仿真实验，得到高性能的数据处理方式，进而实现资源的整合。另一方面，通过与基础设施的实际情况相结合，提高协同建设能力，确保互联网操作系统、硬件以及应用程序能够得到有效的分离，促进课程的科学化部署和优化实训环境，改善实训环境，为创建相关程序提供便利条件。在虚拟实验平台建设过程中主要的设计内容有：第一，提高访问方式的灵活性和有效性，依据WebB/S模式以及远程桌面等方式来实现虚拟实验平台的日常登录和管理，进而最大程度提高学生的自主学习能力，培养学生学习的主动性，提升学习积极性和热情。第二，与实际需求相结合，不断优化和改善配置实验空间。由于实验空间的开放性，因而能够满足现阶段的教学要求和教学目标，推动教学工作的实施。第三，实现教学资源的全过程跟踪，与学生的实际情况相结合，对精品课程以及资源采取线上管理和教学的方式，通过设置相应的讨论区、评论区，实现学生的全过程、动态化管理，提高学生的实验水平。

3.3.2 平台功能

计算机实验平台中展现的实验资源一般由电商实训、网络课程和其他课程为主。计算机理论与实践的课程融合，可以实现教学资源的最大化共享。以Java，Android，C/C++等课程为例，通过计算机实验平台的合理优化和部署，有利于丰富教学软件资源的同时以更方便的形式为教师、学生的教学和学习提供支持。除此之外，在进行部署教学资源库时，为保证理论性资源的优化与升级，需要将实训课程与理论基础相分离，可通过将知识点和技术进行有效连接进而最大程度地满足实际教学的方式。与服务云计算平台相结合，确保能够从虚拟资源库中获得网络、计算等信息资源，满足虚拟实验环境的要求。对于底层资源的利用和开发，以增加开发环境组件、操作系统以及云计算操作平台的方式，达到实验仿真的目的。现阶段，计算机实验平台的搭建需要从实际出发，应用结构设计内容需要包括以下4个方面：其一，搭建专业化的实验平台，对不同的基础课程进行优化和完善，满足用户的个性化要求，改善实验环境。确保学生能够依据客户端等方式实现虚拟课堂、虚拟实验课堂空间的体验，并依据个人的实际数据信息，达到仿真、学习的目的。其二，搭建教学实验资源平台，利用云计算技术为教师提供全面、多样化的计算类课程资源，满足教师在线教学的需求。其三，积极构建具有高性能的实验平台，该平台能够实现大数据的处理和分析，以系統化的方式达到高性能仿真开发的目的。其四，积极创建学科竞赛活动，为教师和学生提供平台，引导学生积极参与相关的学科竞赛活动，增强自主创新能力，为学科能力水平的提升奠定基础。

4 結语

在现代化信息技术背景下，云计算技术在各领域、各行业得到了广泛的应用。对于高校而言，在搭建计算机实验平台的过程中，更需要注重云计算技术的有效应用，实现个性化的课程教学，满足学生和教师的多样化需求。通过计算机实验平台，有效提升学生在线学习水平，激发学生的自主学习能力，同时也为教师教学目标的实现奠定基础。而上述目标的实现，都离不开云计算技术的有效应用。因此，应积极发挥云计算技术的作用，为计算机实验平台的构建奠定基础。

参考文献

［1］康玉虎，闫锋.基于模糊综合评判法的云桌面计算机实验平台部署模式研究［J］.自动化应用，2020（12）：72-73，76.

［2］刘虹.基于虚拟技术的计算机实验平台构建［J］.电子技术与软件工程，2020（23）：40-41.

［3］刘文艳，王珂，沙飞，等.基于虚拟化技术的VMware Workstation实验平台在高校计算机实验课程中的应用［J］.中国医学教育技术，2020（4）：476-479.

［4］刘定智.虚拟化技术在计算机实验技术平台构建中的运用分析［J］.产业创新研究，2019（11）：41，135.

（编辑 沈 强）

Architecture design of computer experiment platform based on cloud computing technology

Zheng  Wenjuan

（Shanxi Vocational University of Engineering Science and Technology， Jinzhong 030619， China）

Abstract： The development of economy and society and the improvement of information technology have provided new opportunities for the modernization of education. Under the teaching background of quality education， the design and research of computer experiment platform architecture plays a positive role in improving students autonomous learning ability. The effective application of cloud computing technology can improve the architecture level of computer experiment platform， conform to the development trend of the times， and meet the personalized needs of teachers and students. Therefore， starting from the advantages of the computer experiment platform under cloud computing technology， this paper analyzes the main management modes of the cloud technology architecture， and explores the main design contents of the computer experiment platform architecture of cloud computing technology， in order to provide reference for relevant personnel.

Key words： cloud computing; computer experiment platform; platform architecture design