基于云計算高校計算機實驗機房管理模式的應(yīng)用——以青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計算平臺為例

張 宏

（青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件與服務(wù)外包學(xué)院，山東 青島 266555）

隨著高校信息技術(shù)的不斷推廣和教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的日益規(guī)范化，計算機教學(xué)已成為高校各專業(yè)教學(xué)中必不可少的現(xiàn)代化教學(xué)手段。各高校為滿足日益增長的教學(xué)、實訓(xùn)需求近年來興建了大量的計算機實驗機房。機房除用于日常教學(xué)、實訓(xùn)和各種無紙化考試外，還是學(xué)生課余上機作業(yè)、自習(xí)及上網(wǎng)了解國內(nèi)外信息的重要場所，其重要性是不言而喻的。目前，高校計算機實驗室機房基本上采用基于院系的傳統(tǒng)分散式機房管理模式，即校內(nèi)各二級院系自主建設(shè)所需軟、硬件環(huán)境的計算機實驗室機房，機房內(nèi)每臺機器都安裝獨立的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件程序，并設(shè)置專職人員管理機房。但傳統(tǒng)的計算機實驗機房管理模式存在很多問題：首先，高校硬件建設(shè)投入成本高。不斷更新的教學(xué)內(nèi)容及各類應(yīng)用軟件的迅猛發(fā)展（某些專業(yè)軟件每年都會推出新版本），對機器硬件的最低配置的門檻要求不斷提高，需不斷升級機器的硬件才能維持正常的教學(xué)與實訓(xùn)。因此，高校硬件設(shè)施的投資成了沒有盡頭的無底洞。其次，機房維護與更新工作艱巨。為滿足不同年級及專業(yè)的教學(xué)、實訓(xùn)需求，機房內(nèi)的每臺機器需安裝多個操作系統(tǒng)及大量的應(yīng)用軟件，還有大量臨時性的軟件變更、系統(tǒng)補丁更新、殺毒軟件升級等工作，給管理人員帶來極大的工作負(fù)擔(dān)。再次，數(shù)據(jù)存儲受限。傳統(tǒng)的計算機實驗機房每臺機器都安裝了還原卡（為維護機器的穩(wěn)定與安全），師生在上機實訓(xùn)的過程中產(chǎn)生的操作數(shù)據(jù)與文件只能存儲在個人的移動存儲器上，容易造成數(shù)據(jù)丟失與損壞。

云計算具有超大規(guī)模、高擴展性、虛擬化、高可靠性、經(jīng)濟性和按需服務(wù)等技術(shù)優(yōu)勢，構(gòu)建基于云計算的高校計算機房管理模式，通過網(wǎng)絡(luò)提供各種IT資源與服務(wù)，可解決高校傳統(tǒng)計算機實驗機房建設(shè)與管理中的各項弊端。

1 云計算的基本概念與發(fā)展

云計算（Cloud Computing）概念是由 Google提出的，是近年來計算機領(lǐng)域最熱門的詞匯之一。通過“云”技術(shù)，可以將服務(wù)器、存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有效地“聯(lián)合”在一起，組成一個龐大的運算系統(tǒng)，用戶可以通過簡單的客戶端獲得所需的資源，完成大型計算機才能勝任的工作。

云計算在歐美等發(fā)達(dá)國家的教育領(lǐng)域中應(yīng)用較早。2007年10月，Google與IBM便走進美國斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院等著名高校推廣云計算，并為其提供相應(yīng)的軟硬件設(shè)備及技術(shù)支持。很多英國高校，如：倫敦大學(xué)、利茲都市大學(xué)、皇家理工學(xué)院等，紛紛采用了谷歌的云服務(wù)程序。

我國教育領(lǐng)域內(nèi)云計算應(yīng)用較晚，但近年來發(fā)展迅猛。2008年2月，IBM宣布，中國無錫太湖新城科教產(chǎn)業(yè)園為中國的軟件公司建立第一個云計算中心。自此，云計算正式進入我國教育研究領(lǐng)域的視野。2008年3月，Google協(xié)助清華大學(xué)構(gòu)建云計算實驗環(huán)境并合作開設(shè)“大規(guī)模數(shù)據(jù)處理”課程；2011年1月19日，由四川電信、四川大學(xué)、電子科技大學(xué)、西南交通大學(xué)聯(lián)合組建的“中國西部信息中心云計算高校聯(lián)合實驗室”正式成立。

作為首批國家示范性高等職業(yè)院校的青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院是青島市云計算的“領(lǐng)跑者”，其南校區(qū)由青島市2010年財政重點支持建設(shè)的“青島市服務(wù)外包實訓(xùn)基地”擁有最先進的云計算平臺，目前其主要工作是向區(qū)域內(nèi)企業(yè)員工、社會人員及高校學(xué)生提供知名服務(wù)外包企業(yè)和培訓(xùn)機構(gòu)的優(yōu)質(zhì)實訓(xùn)資源。

2 基于云計算高校計算機實驗室管理模式的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 降低機房的軟硬件資金投入

首先，云計算能夠降低計算機實驗室機房建設(shè)中的硬件投入成本。在云模式下，計算工作由位于信息中心的計算資源來完成，因此，對終端的設(shè)備要求極低——內(nèi)存配置640KB足亦，只需安裝一個簡單的操作系統(tǒng)和功能完整的瀏覽器即可享受云計算提供的各種軟硬件資源服務(wù)，因此基于云計算服務(wù)的高校機房可以繼續(xù)使用先前的老舊電腦，從而使學(xué)校機房擺脫不斷追逐高性能設(shè)備的尷尬局面；隨著對計算機硬件配置需求的降低，“新舊”機房的使用頻率也將逐漸趨于平衡，有利于延長機器的壽命。

其次，云計算的應(yīng)用也極大減少軟件購買費用。云計算環(huán)境下只需在云服務(wù)器上安裝一套所需軟件，終端用戶登錄云端直接使用即可。

2.2 數(shù)據(jù)存儲安全方便

云計算提供的云存儲服務(wù)，采用數(shù)據(jù)多副本容錯，計算節(jié)點同構(gòu)和可互換等措施，保障了數(shù)據(jù)的安全性，用戶只需憑借賬戶和密碼就可以方便、安全地對個人數(shù)據(jù)進行讀、寫、改等操作，無需擔(dān)心數(shù)據(jù)的損壞與丟失。學(xué)生可將實訓(xùn)的中間或最終數(shù)據(jù)存儲在“云端”，以便在下次實驗時繼續(xù)上次未完成的實驗，也有利于實驗教師對學(xué)生的實訓(xùn)進行及時指導(dǎo)和評價。另外，云計算的自動化集中式數(shù)據(jù)管理功能，能對高校海量教學(xué)資源進行有效整合與存儲，可結(jié)合用戶的實際需求，并進行自動化和智能化的配置，來滿足不同用戶的應(yīng)用需要，提高教學(xué)資源的利用率。

2.3 便于復(fù)雜實驗課程的開設(shè)及科研的開展

目前，我國只有部分知名高校擁有良好的實訓(xùn)環(huán)境，可以更多地承擔(dān)創(chuàng)新技術(shù)的研究課題，而大多數(shù)的普通高校尤其是中小規(guī)模的職業(yè)院校教育資金缺乏，實訓(xùn)條件較差，很多復(fù)雜的實訓(xùn)課程無法開設(shè)；云計算的出現(xiàn)為眾多的普通高校提供了一流大學(xué)才配備的超級實訓(xùn)環(huán)境，便于復(fù)雜實驗課程的開設(shè)及科研的開展，為普通高校培養(yǎng)出更多的人才奠定了基礎(chǔ)。

2.4 減輕機房管理壓力

云計算模式下的基礎(chǔ)設(shè)施的維護、軟件的更新都在云服務(wù)器完成，無須再對機房內(nèi)的機器硬件和軟件進行無休止的維修與更新。傳統(tǒng)計算機實驗機房的一個管理人員要應(yīng)付幾百臺機器，在云管理模式下是幾個機房管理人員共同維護好一臺云服務(wù)器即可，為學(xué)校降低人力資源費用和管理成本。

3 云計算在計算機實驗室管理中的構(gòu)建

青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計算平臺是基于基礎(chǔ)設(shè)施云層次的私有云，可實現(xiàn)云計算自服務(wù)門戶、云計費管理、云安全系統(tǒng)、云運維管理，使各系統(tǒng)間靈活調(diào)用和相互協(xié)調(diào)，達(dá)到資源的按需分配和調(diào)度管理［1］。

3.1 基于云計算機房管理的設(shè)計

機房終端通過云計算中心相應(yīng)的服務(wù)接口來完成登錄或注冊，云計算中心提供一個唯一身份標(biāo)識，可進行判斷并綜合處理終端用戶的操作；當(dāng)用戶發(fā)送特殊請求時，或更復(fù)雜的操作，可申請相應(yīng)的服務(wù)類型和資源，云計算中心會綜合考慮用戶需求與提交的信息合理分配相關(guān)資源。

云端高級服務(wù)中心架構(gòu)，如圖1所示在云計算中心，根據(jù)提供的服務(wù)類型，可分成4個層次：

圖1 云端服務(wù)架構(gòu)

（1）軟件服務(wù)。通過瀏覽器把程序傳給用戶，終端不必購買軟件，不需要管理任何架構(gòu)和軟件，只需按需使用云計算平臺提供的服務(wù)（如CRM、ERP、Messages Collaboration等）。從云平臺維護者角度來看，只需要維持一個應(yīng)用就可以了，減少了投資成本和管理維護成本。

（2）平臺服務(wù)。平臺層是為用戶提供一個完整的開發(fā)環(huán)境，包括提供中間件平臺、服務(wù)平臺和硬件平臺，高校機房通過這些平臺來設(shè)計和構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)用或軟件；另外可以進一步使用平臺提供的監(jiān)視工具來對學(xué)校機房病毒和木馬的防護、掃描、清理，在平臺上軟硬件的監(jiān)控服務(wù)、軟件升級服務(wù)及反垃圾郵件等。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。云計算中心可以把計算機基礎(chǔ)設(shè)施資源，包括服務(wù)器集群、CPU、存儲計算能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫等，作為一種服務(wù)按需提供給用戶。

（4）硬件服務(wù)。結(jié)合平臺提供硬件服務(wù)，包括硬件管理、維護和監(jiān)控等服務(wù)及服務(wù)器集群服務(wù)。

3.2 云計算的計算機實驗室的建設(shè)架構(gòu)

云計算計算機實驗室的整體架構(gòu)分為4個層次設(shè)計（如圖2所示）：云終端接入層、虛擬桌面管理層、虛擬化資源管理層、物理資源層。

圖2 云計算計算機實驗室的整體架構(gòu)

（1）云終端接入層。云終端接入層為終端用戶提供規(guī)范統(tǒng)一的接口，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器是其中最常見的，如：IE、MozillaFirefox、Avant Browser等，通過云客戶端可對云中的資源進行很便捷的訪問。

（2）虛擬桌面管理層。虛擬桌面管理層負(fù)責(zé)分配不同客戶的虛擬桌面系統(tǒng)請求并保存與維護客戶機與云平臺系統(tǒng)中實訓(xùn)數(shù)據(jù)與軟件資源數(shù)據(jù)。

（3）虛擬資源管理層。虛擬資源管理層負(fù)責(zé)計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理、按需分配部署和資源動態(tài)調(diào)度等。云計算的核心技術(shù)是虛擬化的資源池——通過虛擬化的技術(shù)，將各種IT物理資源的復(fù)雜性屏蔽掉，方便管理與維護工作的開展。

（4）物理資源層。將學(xué)校局域網(wǎng)內(nèi)的機房終端PC機、服務(wù)器、交換機及存儲設(shè)備等，通過高速的局域網(wǎng)連接起來，從而提供處理能力更強、種類更豐富的資源。

3.3 VOI云桌面管理系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)學(xué)校的具體需求及實際情況，計算機實驗機房選用和信 VOI（Virtual OS Infrastructure）虛擬操作系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)云桌面管理系統(tǒng)。和信VOI桌面虛擬化技術(shù)不僅可實現(xiàn)基于服務(wù)端的遠(yuǎn)程虛擬OS、APPS、UserProfiles的按需交付，也可實現(xiàn)基于客戶端的本地緩存OS、APP及UserProfiles，這樣不僅僅可利用終端本地資源處理計算及圖形密集型應(yīng)用［2］，也可支持各種計算機外設(shè)以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境及未來的應(yīng)用擴展。該架構(gòu)中各種版本的操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用程序部署在云服務(wù)器中，應(yīng)用程序的添加和更新只在云服務(wù)器中完成。該架構(gòu)中云服務(wù)器起到管理的作用，可以根據(jù)不同的機房，不同的用戶部署不同的應(yīng)用，并且部署后的應(yīng)用環(huán)境使用客戶機本地資源處理計算及圖形密集型應(yīng)用，比如CAD和photoshop等軟件，降低了對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴。

和信云桌面管理系統(tǒng)通過一臺或多臺服務(wù)器可以實現(xiàn)對計算機實驗室終端電腦的管理集中化、系統(tǒng)部署智能化、更新維護自動化，從而構(gòu)建一個高效、安全、統(tǒng)一的計算機教學(xué)實驗管控平臺。［3］

3.4 云計算中心的搭建

云計算中心機房采用基于Hadoop平臺搭建，就是先在虛擬化服務(wù)器集群上安裝Hadoop，再部署基于 M/S架構(gòu)的HDFS集群，然后實現(xiàn) Map－Reduce分布式函數(shù)，最后通過Hadoop自帶的組件實現(xiàn)了HDFS文件系統(tǒng)和Map－Reduce數(shù)據(jù)交互。Hadoop組件圖如圖3所示。

圖3 Hadoop組件圖

將3臺虛擬機組合成一個Hadoop集群平臺，設(shè)置其中一臺虛擬機服務(wù)器作為HDFS的Name－Node和JobTracker節(jié)點，其他兩臺虛擬機服務(wù)器分別為Datanode和TaskTracker節(jié)點，機器名與IP地址的功能如表1所示：

表1 HDFS節(jié)點配置

每臺虛擬機主機名和IP地址之間必須保證得到正確的解析。

4 結(jié)束語

云計算技術(shù)能夠降低訪問終端需求，具有虛擬化、安全可靠、方便管理、經(jīng)濟性和按需服務(wù)等優(yōu)勢。本文以青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計算平臺為例，提出了一種可行的基于云計算的高校計算機實驗機房管理應(yīng)用模式，為高校機房的實驗教學(xué)、技術(shù)管理和科研提供一種全新的服務(wù)運營方式，不需要投入大量的物力和人力成本，很大程度上提高了高校機房使用率和維護效率。在高校機房中使用云計算，更有利于高校教育教學(xué)、實驗管理與實驗教學(xué)模式及科研水平的提高。

［1］ 旅游服務(wù)中心信息中心機房云計算平臺建設(shè)項目技術(shù)參數(shù)要求［EB/OL］.（2013－01－31）［2014－06－20］.http：//www.doc88.com/p－989966977076.html.

［2］ 吳良斌，肖祥.基于VOI的虛擬終端技術(shù)研究［J］.電腦知識與技術(shù)，2013，9（25）：5735－5736，5739.

［3］ 孔燚.云計算在高校計算機實驗室建設(shè)管理中的應(yīng)用［J］.中國教育技術(shù)裝備，2013（12）：28－29，31.