基于云計算架構(gòu)軟件實驗室建設(shè)研究與實施

劉芳+賈林可

摘要：計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展與廣泛使用，使得各個領(lǐng)域包括教育行業(yè)對于計算能力的要求與日俱增，作為分布式計算、網(wǎng)格計算以及并行計算的進(jìn)一步發(fā)展趨勢，云計算孕育而生。隨著云計算的發(fā)展及運用領(lǐng)域的擴展，該校四川大學(xué)錦城學(xué)院電子系將以計算機為主的軟件實驗室運用云計算架構(gòu)建設(shè)的軟件實驗室。

關(guān)鍵詞：云計算；虛擬系統(tǒng)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）04-0095-02

目前，我國大部分高校有相當(dāng)一部分計算機實驗室所使用的硬件設(shè)備都相當(dāng)?shù)穆浜?，硬件配置較低，加之大量的使用率與操作的不當(dāng)，導(dǎo)致實驗室的安全性無法得到全面的保障。云計算的誕生，給軟件實驗室的建設(shè)帶來了更加完善的解決方案，通過云計算方式，運用虛擬化技術(shù)進(jìn)行，將軟件實驗室建設(shè)成為一個資源共享集，便于訪問、操作、存儲與管理，將軟硬件資源得到最大化的利用，同時減輕管理人員對軟硬件的維護(hù)工作量。 本文通過分析四川大學(xué)錦城學(xué)院電子系軟件計算機實驗室存在的不足，運用基于云計算架構(gòu)建設(shè)我系實驗室，以使我系實驗室發(fā)揮它的最大作用，提高教學(xué)質(zhì)量與管理水平。

1 軟件實驗室現(xiàn)存在的問題

在高校各專業(yè)以計算機作為教學(xué)的主要載體與工具，正擔(dān)負(fù)這越來越重要的作用，其演示性、操作性、驗證性在教育領(lǐng)域中占據(jù)極為重要的地位。目前，我校電子系計算機實驗室建設(shè)已很穩(wěn)定，每學(xué)期通過改善計算機實驗的軟硬件環(huán)境，從而提升了計算機實驗教學(xué)的質(zhì)量。然而，通過分析我系計算機實驗室的建設(shè)和管理，得出我系計算機實驗室建設(shè)中還普遍存在許多不足。我系的計算機實驗室面向5大專業(yè)學(xué)生，其課程平均每學(xué)期開設(shè)30門不同課程，每學(xué)期人時數(shù)合計15萬學(xué)時左右，人次數(shù)6萬次左右，計算機的使用率非常的高，因此軟硬件管理較為困難，其不足包括以下幾點：

1） 學(xué)生的不正常使用導(dǎo)致軟硬件設(shè)施安全維護(hù)工作困難。

2） 隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品換代較快，實驗室計算機配置越來越跟不上時代前進(jìn)的步伐，如果購置新設(shè)備成本較高，且資源浪費嚴(yán)重；

3） 某些軟件費用較高、軟件維護(hù)與更新困難，需要多環(huán)境且有時同一軟件不同版本需求，這時常導(dǎo)致軟件沖突，系統(tǒng)反應(yīng)緩慢，且每學(xué)期都要根據(jù)本學(xué)期課程安排重新安裝實驗室軟件，雖能借助網(wǎng)絡(luò)同傳工具進(jìn)行上傳，但由于電腦型號的不同，得分幾次進(jìn)行，其工作量之大。

4） 為安全保護(hù)數(shù)據(jù)還原導(dǎo)致學(xué)生實驗數(shù)據(jù)無法保存，阻礙學(xué)生連續(xù)實驗的操作性，影響學(xué)生實驗的積極性和老師對實驗的指導(dǎo)與評價。

5） 數(shù)據(jù)訪問與操作時間、地點受限僅限于對應(yīng)課程有課時的實驗室。

2 基于云計算架構(gòu)的軟件實驗室建設(shè)的優(yōu)勢

云計算實際上就是將計算機以及數(shù)據(jù)的存儲工作都完全放到互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器或超級計算機中，實現(xiàn)資源共享、云端操作。

任務(wù)響應(yīng)速度快：由于啟動任何一項任務(wù)無須啟動整個操作系統(tǒng)，因此運行在虛擬操作系統(tǒng)的實例可以快速啟動和停止；

服務(wù)器或超級計算機較高的自由利用率：每臺服務(wù)器或超級計算機可以安裝多個虛擬操作系統(tǒng)，每個虛擬操作系統(tǒng)可以安裝運行多個應(yīng)用程序，通過或互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物理機和虛擬機之間同時操作且無時間和地點限制；

系統(tǒng)軟件成本低：當(dāng)有限期、限用戶數(shù)量付費的操作系統(tǒng)被虛擬化時，用戶無需為額外應(yīng)用實例支付更多的費用；

多系統(tǒng)共存：每臺服務(wù)器或超級計算機課虛擬多種系統(tǒng)共存使用，實用性、操作性強；

減輕實驗室軟硬件維護(hù)工作量；

實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲：為師生實驗過程中的實驗數(shù)據(jù)提供了存儲空間，便于師生隨時都可以通過瀏覽器打開云端服務(wù)器上的虛擬機上的軟件進(jìn)行操作。

根據(jù)以上優(yōu)勢，為解決軟硬件成本、管理維護(hù)、軟件資源共享、操作數(shù)據(jù)存儲與共享問題，現(xiàn)將我系C206計算機實驗室改造為基于云計算構(gòu)架的軟件實驗室。

3 基于云計算構(gòu)架的軟件實驗室構(gòu)建

通過使用虛擬化技術(shù)，一臺服務(wù)器搭建多個虛擬機，根據(jù)虛擬機設(shè)置的功能來進(jìn)行系統(tǒng)軟件的安裝，通過網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)PC機、云端、交換機、路由器、服務(wù)器實現(xiàn)PC機與虛擬機之間進(jìn)行操作，同時通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)隨時隨地訪問操作虛擬機，增加師生的學(xué)習(xí)、研發(fā)途徑，方便實驗室維護(hù)管理。

硬件系統(tǒng)層：該層由6臺服務(wù)器用于搭建環(huán)境與構(gòu)建90臺虛擬機，1臺千兆路由器用于給云終端分配IP，2臺千兆交換機用于教室連接網(wǎng)絡(luò)，35臺液晶顯示器做PC機，35套鼠標(biāo)鍵盤，35臺云終端組成。

虛擬系統(tǒng)層：在6臺服務(wù)器上分別利用虛擬軟件虛擬出 15臺虛擬機，動態(tài)分配虛擬的CPU、內(nèi)存、硬盤、I/0設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)資源，并分別在這些虛擬機上安裝不同的操作系統(tǒng)及配置相應(yīng)的應(yīng)用程序，從而建立出90臺服務(wù)器建成的虛擬資源集的云計算環(huán)境。

該實驗室目前實現(xiàn)了一人一個虛擬機系統(tǒng)，老師和學(xué)生可以在實驗室或其他地方通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問自己的虛擬機，并在上面進(jìn)行操作、存儲數(shù)據(jù)，管理人員只需對6臺服務(wù)器進(jìn)行管理，與其對應(yīng)的管理工作減少到1/6。不足之處在于學(xué)生與虛擬機號的固定登錄主要是靠學(xué)生自覺地去登錄老師安排給自己的虛擬機號，而非軟件控制固定的虛擬機，這樣個人的虛擬機系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)有些不足。如何固定一人一個虛擬機現(xiàn)成為我系老師與學(xué)生正在開發(fā)的對象。

4 總結(jié)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計算技術(shù)不斷成熟，建設(shè)基于云計算的計算機實驗室將成為未來計算機軟件實驗室的建設(shè)方向。云計算與高校計算機實驗室建設(shè)的結(jié)合，有效的整合高校教學(xué)資源，提高資源的利用率，為師生提供無線的存儲空間和計算性能，保證數(shù)據(jù)的安全性、可靠性。我系基于云計算架構(gòu)的軟件實驗室現(xiàn)已建設(shè)成功，將給我校計算機建設(shè)帶來全新的改變，將極大地推動我校的教學(xué)事業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐曉陽.基于云計算的計算機與軟件實驗資源管理[J].信息與電腦，2012（7）.

[2] 李功麗，張艷.基于云計算的計算機實驗室建設(shè)[J].河南機電高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2011（5）：21-22.

[3] 孟慶偉，劉婷.基于云計算的計算機實驗室建設(shè)模型研究[J].智能計算機應(yīng)用，2011（12）.