虛擬云技術(shù)在計算機(jī)實(shí)驗室建設(shè)管理中的應(yīng)用

孫 濤，喬志和，李 娟

(大慶師范學(xué)院 ，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

高校計算機(jī)實(shí)驗室是培養(yǎng)計算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的重要場所，在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)模式下的計算機(jī)實(shí)驗室建設(shè)和管理無法滿足教學(xué)、科研的需要。目前，高校計算機(jī)實(shí)驗室存在以下三方面問題：

1)建設(shè)成本高，使用周期短，淘汰率高。高校計算機(jī)實(shí)驗室的軟硬件設(shè)備采購是一筆巨大的開支，但隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的硬件配置不能滿足運(yùn)行要求，往往在投入使用3～5年內(nèi)又需要更新和升級，甚至被淘汰，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

2)實(shí)驗室利用率低、實(shí)驗資源共享度低。傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室通常是以專業(yè)為單位使用，只安裝相關(guān)專業(yè)軟件，僅能完成有限的幾門課程的實(shí)驗教學(xué)，存在實(shí)驗室利用率低問題；傳統(tǒng)實(shí)驗資源受時間、場地限制往往只能在實(shí)驗室才能使用，實(shí)驗資源共享度低。

3)實(shí)驗室管理維護(hù)效率低、效果差。在傳統(tǒng)的實(shí)驗室管理中實(shí)驗教學(xué)、科研、考試、培訓(xùn)等隨時需要安裝、維護(hù)不同軟件，給實(shí)驗室管理人員帶來了大量繁瑣的重復(fù)性勞動。尤其在學(xué)期中期，實(shí)驗室空閑時間少且短，管理人員很難對實(shí)驗室進(jìn)行集中管理和維護(hù)，倉促的維護(hù)造成實(shí)驗室管理維護(hù)效率低，效果差，影響了實(shí)驗教學(xué)、科研、實(shí)驗室開放等效果。因此，計算機(jī)實(shí)驗室建設(shè)與管理需要不斷改進(jìn)。

1 虛擬云技術(shù)介紹

云計算(Cloud Computing)至今仍然沒有統(tǒng)一的定義，但NIST(美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院)提出的定義是目前得到廣泛認(rèn)同和支持的定義。云計算是一種能夠通過網(wǎng)絡(luò)以便利、按需的方式獲取計算資源(包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)等)并提高其可用性的模式，這些資源來自一個共享的、可配置的資源池，并能夠以簡便和無人干預(yù)的方式獲取和釋放資源。[1]云計算體系結(jié)構(gòu)的主要由資源層(IaaS)、平臺層(PaaS)與應(yīng)用層(SaaS)組成。[2]

圖1 SPI云計算體系結(jié)構(gòu)圖

虛擬化(Virtualization)是為某些對象創(chuàng)造的虛擬版本。它是表示計算機(jī)資源的抽象方法，通過虛擬化可以用與訪問抽象前資源一致的方法訪問抽象后的資源，可以為一組類似資源提供一個通用的抽象接口集，從而隱藏屬性和操作之間的差異，并允許通過一種通用的方式來查看和維護(hù)資源，包括服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、應(yīng)用虛擬化、平臺虛擬化、桌面虛擬化。虛擬化技術(shù)是將各種計算及存儲資源充分整合和高效利用的關(guān)鍵技術(shù)[3]。

2 基于虛擬云技術(shù)的計算機(jī)實(shí)驗室

2.1 構(gòu)建虛擬云計算機(jī)實(shí)驗平臺

參照云計算的體系結(jié)構(gòu)結(jié)合虛擬化技術(shù)對實(shí)驗室網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計。構(gòu)建虛擬云計算機(jī)實(shí)驗平臺結(jié)構(gòu)圖如下：

圖2 虛擬云計算機(jī)實(shí)驗平臺結(jié)構(gòu)圖

該方案使用Vmware Vsphere和Vmware View軟件實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備虛擬化、操作系統(tǒng)桌面虛擬化、應(yīng)用軟件虛擬化、配置工具虛擬化、系統(tǒng)管理自動化。Vmware Vsphere負(fù)責(zé)將物理硬件資源CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)適配器、硬盤等設(shè)備進(jìn)行虛擬化并形成虛擬化資源池；虛擬化管理員提前根據(jù)實(shí)驗項目所需操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件制作出不同的虛擬桌面模板；使用Vmware View中的View Connection Server管理功能，為不同的實(shí)驗室選擇適合的虛擬桌面模板，根據(jù)模板批量生成數(shù)量足夠多的虛擬系統(tǒng)VM和對應(yīng)的登錄賬號、密碼，這樣可以構(gòu)建出個性化需求的實(shí)驗環(huán)境。

學(xué)生在實(shí)驗室使用登錄帳號可以在安裝有云客戶端的瘦客戶機(jī)、pc、筆記本等設(shè)備上訪問遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗室中的虛擬系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗。實(shí)驗室外部的用戶在獲得登錄權(quán)限后可以使用云客戶端在任意時間訪問虛擬實(shí)驗室資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗資源高度共享。由于實(shí)驗資源保存在云端服務(wù)器上，使用人可以在任何實(shí)驗室通過云客戶端訪問實(shí)驗資源，提高了實(shí)驗室的利用率。

2.2 虛擬云技術(shù)計算機(jī)實(shí)驗室與傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室優(yōu)劣比較研究

在實(shí)驗室建設(shè)管理中虛擬云技術(shù)構(gòu)建的實(shí)驗室具有傳統(tǒng)實(shí)驗室所不具備的優(yōu)點(diǎn)：

(1) 投入資金少，效益高。虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室在建設(shè)中需要購買多臺高性能服務(wù)器、海量存儲和瘦客戶機(jī)終端設(shè)備而傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室則需要購買大量計算機(jī)等設(shè)備。表1對在不同時期兩種實(shí)驗室所需建設(shè)資金、設(shè)備升級、維護(hù)資金投入進(jìn)行了對比。

表1 虛擬云實(shí)驗室和傳統(tǒng)實(shí)驗室資金投入對比

從表1可知虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室在建設(shè)初期資金投入要略高于傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室，但在中、后期由于虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室使用的瘦客戶機(jī)性能穩(wěn)定故障率極低，管理人員只需維護(hù)、升級少數(shù)的幾臺服務(wù)器即可；而傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室需要對每一個終端計算機(jī)進(jìn)行維護(hù)、升級，所需資金遠(yuǎn)高于虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室。

(2) 利用率高，實(shí)驗資源共享度高。傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室實(shí)驗資源如：正版行業(yè)軟件(Visual Studio系列、PhotoShop)，大型數(shù)據(jù)庫軟件(Oracle、SQL)，專業(yè)實(shí)驗軟件等，由于版權(quán)等因素只能實(shí)驗室內(nèi)部的計算機(jī)上使用，使用者受實(shí)驗室和開放時間限制無法隨時使用這些資源。而使用虛擬云技術(shù)的計算機(jī)實(shí)驗室的實(shí)驗資源全部放在服務(wù)器端，不受實(shí)驗室的時間地點(diǎn)限制，只要在有云客戶端的終端設(shè)備上登錄即可使用，增加了實(shí)驗室的利用率，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗資源高度共享。實(shí)驗室可以為學(xué)生提供更多樣化的課程。

(3) 實(shí)驗室管理維護(hù)方便、快捷、高效。虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室與傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室的管理維護(hù)有很大不同，表2進(jìn)行了對比。

表2 虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室與傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室管理維護(hù)對比

由表2可見，虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室采用了新的實(shí)驗室的管理模式，大大減少了實(shí)驗室管理人員的日常維護(hù)工作量，提高了實(shí)驗室管理維護(hù)效率。

雖然虛擬化計算機(jī)實(shí)驗室有很多傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室無法比擬的優(yōu)勢，但它目前存在一些不足：

(1) 管理維護(hù)操作難度高，與傳統(tǒng)實(shí)驗室管理不同，虛擬云計算機(jī)實(shí)驗室由于所有資源在服務(wù)器端被虛擬化，虛擬資源的配置、管理相對難度較高，管理人員對虛擬化和云計算技術(shù)的熟悉程度決定了虛擬化計算機(jī)實(shí)驗室的管理維護(hù)效果。

(2) 三維圖像處理能力有限，服務(wù)器硬件資源經(jīng)過虛擬化后三維圖像處理能力十分糟糕，使用專業(yè)三維圖形圖像測試軟件3Dmark進(jìn)行測試，在占用大量CPU資源情況下僅能發(fā)揮出真實(shí)硬件的30%性能，可見虛擬計算機(jī)實(shí)驗室無法完成需要大量三維圖像處理的實(shí)驗如3Dmax、AutoCAD等三維制圖軟件。

3 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗室搭建實(shí)驗環(huán)境時存在的不足，提出使用虛擬云技術(shù)構(gòu)建虛擬云計算機(jī)實(shí)驗平臺，并采用比較法對傳統(tǒng)計算機(jī)實(shí)驗教學(xué)平臺和虛擬云計算教學(xué)實(shí)驗平臺進(jìn)行比較研究，最終實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)實(shí)驗資源的虛擬化并以云的形式供用戶不限時間、地點(diǎn)自由訪問使用。它為實(shí)驗教學(xué)及科研工作等提供了更加多樣、安全、穩(wěn)定、自由的實(shí)驗環(huán)境，降低了實(shí)驗室的建設(shè)資金，提高了實(shí)驗室的管理維護(hù)效果。提高了實(shí)驗室的實(shí)驗資源利用率。虛擬云技術(shù)在實(shí)驗室建設(shè)中的應(yīng)用前景十分廣闊。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 周洪波.云計算: 技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：19-20.

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[3] 呂斯特.虛擬化技術(shù)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011：75-76.