云計算在實驗室管理中的應(yīng)用

楊智明　段壽建

摘要：實驗室是高校重要的實訓(xùn)基地，由于本身具有實驗時間同時和完成實驗任務(wù)的不確定性，使得實驗室資源存在高峰不足，低峰浪費，以及實驗過程監(jiān)控困難和管理復(fù)雜的問題。通過云計算的虛擬技術(shù)和共享機制來管理實驗室資源，不僅可監(jiān)控實驗過程，簡化實驗室資源的管理流程，而且解決了實驗室資源高峰不足低峰浪費的矛盾，提高實驗室的管理效能。

關(guān)鍵詞：云計算；虛擬化；云共享

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）32-7624-02

Abstract： The laboratory is an important training base in Colleges and universities，because itself with the experimental time at the same time and completed the experimental task uncertainty， make the laboratory resources exist shortcomings of low peak to peak， waste， and problems of experimental process monitoring and management difficult complex. Virtual technology through the cloud computing and sharing mechanism to manage the laboratory resources， not only can monitor the process of the experiment， a simplified laboratory resource management process，and solve the contradiction between the shortage of low peak to peakl aboratory resource waste， improve the management efficiency of the laboratory.

Key words： cloud computing； virtual； cloud sharing

實驗室是高校師生學(xué)習(xí)和研究的重要基地，隨著云計算新技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，很多專家學(xué)者對實驗室的管理進行了深入的研究。文獻[1]分析了實驗室在建設(shè)上存在成本投入與不均的問題，在管理上存在信息系統(tǒng)集成不順暢，導(dǎo)致“信息孤島”產(chǎn)生的問題，對把云計算低成本、高兼容性的特性應(yīng)用于實驗室建設(shè)與管理進行了探討；文獻[2]分析了高校實驗室存在資源利用率低下、管理模式單一的突出問題，通過服務(wù)器虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)，設(shè)計了基于高校實驗教學(xué)的云計算模型，并搭建了軟件即服務(wù)（SaaS）的云環(huán)境，改變了傳統(tǒng)的實驗室管理模式。文獻[3]提出了利用計算虛擬化技術(shù)與云計算技術(shù)來高效地管理計算機與軟件實驗資源，并給出了一個基于云計算技術(shù)與虛擬機集群技術(shù)的計算機與軟件實驗資源系統(tǒng)管理體系方案。這些研究主要從云計算的低成本和虛擬化方面來提出解決方案。該文是通過云計算的虛擬化技術(shù)和共享機制來管理實驗室資源，這樣不僅可監(jiān)控實驗過程，簡化實驗室資源的管理流程，而且還解決了實驗室資源高峰不足低峰浪費的矛盾，提高實驗室的管理效能。

1 云計算的特性

1.1 虛擬化技術(shù)

云計算技術(shù)的支撐技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算虛擬化技術(shù)[4]。虛擬化技術(shù)是基于虛擬化軟件，通過分區(qū)，將一臺物理機虛擬出一臺或多臺虛擬機，通過隔離，使具有完整硬件功能的各虛擬機運行在相對獨立的環(huán)境中，通過封裝，把所有與虛擬機相關(guān)的硬件設(shè)備封裝為統(tǒng)一的輸入和輸出接口存儲在文件中，使得服務(wù)器遷移類似于數(shù)據(jù)遷移一樣容易[5]。云計算環(huán)境體系下，云服務(wù)器可以被實時的調(diào)入到當(dāng)前運行的服務(wù)器集群中，因虛擬機在不同的物理節(jié)點上會產(chǎn)生遷移，虛擬環(huán)境也將隨之產(chǎn)生遷移，使得用戶所使用“云”的資源可以根據(jù)其應(yīng)用的需要進行調(diào)整和動態(tài)伸縮，有效地滿足應(yīng)用和用戶大規(guī)模增長的需要，能夠從容的應(yīng)對不斷變化的工作負載與業(yè)務(wù)需求。云計算虛擬化技術(shù)在很大程度上提高了資源的使用效率，減少了管理和維護費用。

1.2 云計算的共享機制

在云計算的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式中，云計算將分布式存儲在不同服務(wù)器的數(shù)據(jù)聯(lián)合到一起，實現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享，用戶只需通過網(wǎng)絡(luò)接入云端，就可以訪問云中的數(shù)據(jù)，還可以啟用云計算服務(wù)提供的共享機制把文檔與其他人協(xié)作共享[6]。

2 實驗室管理存在問題

2.1 實驗室資源高峰不足低峰浪費

上課時間是資源使用高峰期，學(xué)生需要訪問同一個軟件和使用相同的實驗設(shè)備，而在下課后，實驗軟件和實驗設(shè)備則處于閑置狀態(tài)，這就使得實驗室資源出現(xiàn)高峰不足低峰浪費的情況。

2.2 實驗軟件繁多，管理與維護困難

為滿足不同專業(yè)、不同實驗和不同級別考試的需要，實驗室需要安裝不同的實訓(xùn)軟件，如果用傳統(tǒng)的管理方式，軟件的安裝與維護就非常困難。

2.3 實驗過程監(jiān)控困難

學(xué)生實訓(xùn)題目大小不一，難度各異，完成實訓(xùn)任務(wù)也因?qū)W生的能力水平，小組協(xié)作程度的不同而不同，有的小組動手能力強，協(xié)作程度高，就提前完成，有的小組方法不當(dāng)，缺少合作精神，完成任務(wù)的時間就會延長。在實驗任務(wù)完成的整個過程中，指導(dǎo)教師很難監(jiān)控學(xué)生的實驗進度，對實驗中出現(xiàn)的問題也難于及時指導(dǎo)。

3 云計算提高實驗室管理效能

3.1云計算的動態(tài)擴展性解決實驗室峰值問題

實驗室具有高度密集性和同時性的特點，即學(xué)生在專業(yè)課程的實訓(xùn)課堂中，需要同時訪問同一個軟件和使用相同的實驗設(shè)備，而下課后，實驗軟件和驗設(shè)備等資源又處于閑置狀態(tài)，使得實驗室資源處于高峰不足低峰浪費的矛盾中。云計算的動態(tài)擴展性正好可以根據(jù)用戶的需要進行調(diào)整和動態(tài)伸縮，從容的應(yīng)對不斷變化的用戶需求。在上課的時候，學(xué)生統(tǒng)一訪問實驗室資源時，云計算的動態(tài)擴展性就會根據(jù)用戶的訪問情況自動增加資源的訪問量，而在下課的時候，云計算又自動調(diào)整實驗室資源為空閑，云計算的動態(tài)擴展可謂自由縮放，增減自如，使實驗室平時不浪費資源，上課時也不擔(dān)心峰值的正常訪問。

3.2 云計算簡化實驗室資源的管理流程和節(jié)省管理成本

實驗室為滿足不同專業(yè)、不同類型的實驗和不同級別考試的需求，需要安裝不同的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、實驗軟件等很多實訓(xùn)軟件，而且這些軟件需要進行不斷的升級、更新和維護，在傳統(tǒng)模式中這是需要大量的重復(fù)勞動的。云計算的虛擬技術(shù)可以構(gòu)建多個虛擬機，再通過虛擬機安裝這些不同的軟件，這就省去了軟件重復(fù)安裝的時間，當(dāng)需要添加新的軟件或操作系統(tǒng)時，只要對虛擬機進行操作，就能滿足用戶對實驗室資源的多種需求，省去了對每一臺計算機具體的操作過程[3]。還有云存儲，數(shù)據(jù)存儲在“云端”，既避免實驗數(shù)據(jù)丟失，病毒入侵等問題的發(fā)生，也節(jié)省了軟件購買與升級的開銷，大大降低了實驗室的管理成本。

3.3 云共享能監(jiān)控實驗進程

多人合作完成的綜合性實驗題目，需要幾周甚至更長時間才能完成。學(xué)生在做這類實驗的過程中，教師很難對整個實驗過程進行監(jiān)控和指導(dǎo)，也基本發(fā)現(xiàn)不了有的學(xué)生雖然參與這個實驗組，但基本沒有參與實驗工作的情況。云計算提供了一個開放的實驗平臺，通過云計算的共享機制，學(xué)生可以隨時隨地訪問和使用實驗室的云資源，參與實驗組的合作者可以與同組成員一起協(xié)調(diào)完成實驗任務(wù)，當(dāng)一方小組成員在編輯文檔時，另一方的成員可以通過顯示器看到對方的工作情況，而且只要參與該實驗的小組成員，可以隨時查看在云中存放的實驗信息及進展情況，指導(dǎo)教師可以隨時了解實驗進展，對實驗過程進行監(jiān)督和進行有針對性的指導(dǎo)，更好的把控實驗質(zhì)量和效果。同時，指導(dǎo)教師還可以通過查看實驗信息，清楚的知道哪個學(xué)生沒參與或完成任務(wù)，及時做善意的提醒與幫助，敦促其積極參于實驗活動或及時完成任務(wù)。

4 結(jié)束語

實驗室本身具有的高度密集性和同時性是存在缺陷的原因。該文通過對實驗室存在問題和實驗監(jiān)控困難的情況進行分析，探討了利用云計算的虛擬化技術(shù)和共享機制來管理實驗室資源，不僅可監(jiān)控實驗過程，簡化實驗室資源的管理流程，而且解決了實驗室資源高峰不足低峰浪費的矛盾，提高實驗室的管理效能。

參考文獻：

[1] 王國霞，徐銀梅.云計算在實驗室建設(shè)及管理中的應(yīng)用探究[J].中國教育技術(shù)裝備，2011（5）：115-117.

[2] 郭峰.基于云計算的虛擬化技術(shù)在高校教學(xué)服務(wù)中的應(yīng)用研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2013：1-44.

[3] 柴亞輝，涂春萍.基于云計算的計算機與軟件實驗資源管理[J].實驗室研究與探索，2010（10）：254-256，276.

[4] 趙春燕.云環(huán)境下作業(yè)調(diào)度算法研究與實現(xiàn)[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

[5] 陳鵬洋.虛擬化技術(shù)在科技管理中的應(yīng)用[J].金融電子化，2008（12）：69-70.

[6] 王玉芬，郭曉娟.云計算對高校教學(xué)資源影響解析[J].實驗技術(shù)與管理，2010（5）：111-113.