云計(jì)算環(huán)境下高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)淺探

王祖析

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412004）

云計(jì)算環(huán)境下高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)淺探

王祖析

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 株洲 412004）

分析了高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了云計(jì)算技術(shù)支撐下計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)、云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)。為了有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的諸多問題，構(gòu)建了云環(huán)境下的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無可比擬的優(yōu)勢，改變了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理理念，革新了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理方式，解決了院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本高、設(shè)備維護(hù)難度大等問題，并有效提高實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)資源利用率，為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供多樣、動態(tài)、穩(wěn)定、安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，達(dá)到高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

云計(jì)算；計(jì)算機(jī)；虛擬化技術(shù)；建設(shè)模式

長期以來，對高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)為計(jì)算機(jī)臺套數(shù)、萬元以上設(shè)備數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室利用率等幾個(gè)指標(biāo)，與其他實(shí)驗(yàn)室的評價(jià)指標(biāo)沒有區(qū)別，目前，大多數(shù)院校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，尤其是軟件類實(shí)驗(yàn)室沒有特色，幾乎都是簡單地由電腦、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的傳統(tǒng)機(jī)房架構(gòu)。在信息技術(shù)特別是云計(jì)算技術(shù)日趨成熟的階段，如果繼續(xù)沿用此類存在大量資源浪費(fèi)的計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)模式就不能發(fā)揮機(jī)房的最大功效，而且顯得非常落后。但就計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)情況來看，仍有大量的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在按這種模式進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。如何在云計(jì)算技術(shù)日益發(fā)展時(shí)期建設(shè)適應(yīng)發(fā)展需求的高效的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，是高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)值得研究和探討的問題。

1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室存在的問題

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式在機(jī)房的使用方面存在諸多缺陷，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

目前，實(shí)踐教學(xué)以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作、計(jì)算機(jī)類專業(yè)實(shí)訓(xùn)為主要內(nèi)容，隨著信息化課程的增多，很多非計(jì)算機(jī)專業(yè)課程也要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)，上機(jī)人次批次多，機(jī)房開放頻次高，機(jī)房設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，各類教學(xué)軟件不斷升級，使得計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室多數(shù)情況下不得不超負(fù)荷運(yùn)作，造成設(shè)備折舊快，運(yùn)行不穩(wěn)定，縮短了計(jì)算機(jī)使用壽命，硬件設(shè)備使用周期短，故障頻發(fā)，提升了相關(guān)設(shè)備的更新?lián)Q代率。

1.2 數(shù)據(jù)安全存在隱患

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室屬于共享資源，比如學(xué)生利用移動硬盤、USB設(shè)備等外接設(shè)備拷貝文件、程序，再在不同的機(jī)器上進(jìn)行復(fù)制等操作，使病毒交叉感染風(fēng)險(xiǎn)增大，甚至使機(jī)器中毒而癱瘓。這無疑增加了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作量，對教學(xué)正常秩序也造成了極大的影響。

1.3 設(shè)備利用率低，資源共享性差

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室機(jī)器上安裝必要的公用軟件，對于各專業(yè)的不同要求通常安裝相應(yīng)的專業(yè)軟件，但教學(xué)涉及的面非常廣，有限的軟件資源不能滿足教學(xué)要求，這必然達(dá)不到教學(xué)效果，設(shè)備利用率也不高；在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相關(guān)資源受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，不能滿足隨時(shí)調(diào)用資源，無共享性。特別是多校區(qū)計(jì)算機(jī)資源難以共享，校區(qū)之間、校與校之間由于地域分散，雖然通過網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行部分資源共享，但大多數(shù)情況下還是各自為政，致使各個(gè)校區(qū)都要進(jìn)行功能重復(fù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

1.4 未做到即時(shí)維護(hù)，時(shí)效性差

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，由于硬件的不斷升級、軟件版本更新等經(jīng)常使得機(jī)房管理者忙于硬件軟件的安裝調(diào)試，且學(xué)校每年都有大量的培訓(xùn)及各種上機(jī)考試，這些培訓(xùn)考試對機(jī)器的運(yùn)行環(huán)境都很苛刻，因此，優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境等也給管理人員增加了重復(fù)勞動；機(jī)房滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，無空閑時(shí)間，管理員很難進(jìn)行集中管理和維護(hù)，在很短的時(shí)間進(jìn)行維護(hù)也達(dá)不到理想的維護(hù)效果。

2 云計(jì)算技術(shù)支撐下計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)

2.1 云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算結(jié)構(gòu)是基于3種特殊的云計(jì)算服務(wù)模式，主要由資源層（IaaS）、平臺層（PaaS）與應(yīng)用層（SaaS）組成，3個(gè)層次的服務(wù)模式都具有流行、有效、靈活、用戶友好等特征，在不同程度上可滿足高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的需求。

2.1.1 SaaS模式

這種模式包括類似虛擬化桌面、各種實(shí)用應(yīng)用程序、內(nèi)容資源管理、電子郵件、軟件及其他等軟件部分。在此種模式中，云服務(wù)供應(yīng)商負(fù)責(zé)安裝、管理和運(yùn)營各種軟件，而客戶則通過云來登入和使用他們。SaaS模式是較為簡單的部署，學(xué)校只要從服務(wù)商處申請了云服務(wù)項(xiàng)目，就不需購買任何硬件，只需要從服務(wù)供應(yīng)商處進(jìn)行注冊，獲得賬號、密碼即可。SaaS模式使用戶是一個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，如果連接到網(wǎng)絡(luò)，就可以訪問系統(tǒng)。

2.1.2 PaaS模式

在此種模式中，托管服務(wù)供應(yīng)商通過提供工作平臺來幫助客戶，包括執(zhí)行運(yùn)行時(shí)間、數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)、開發(fā)工具和操作系統(tǒng)，客戶無需手動分配資源。PaaS運(yùn)營商所提供的服務(wù)，不僅僅是基礎(chǔ)平臺，還包括該平臺的技術(shù)支持服務(wù)，軟件開發(fā)者可以在這個(gè)平臺上建設(shè)新的應(yīng)用或者擴(kuò)展已有的應(yīng)用。

2.1.3 IaaS模式

該模式中的主要設(shè)備有電腦、網(wǎng)絡(luò)、存儲、負(fù)載平衡設(shè)備、虛擬機(jī)等。這些服務(wù)于終端用戶的軟、硬件資源都可以按照教學(xué)需求來進(jìn)行擴(kuò)展或收縮。IaaS提供給用戶的服務(wù)是對所有設(shè)施的利用，它不包括云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，但包括終端使用的操作系統(tǒng)、按課程要求部署應(yīng)用程序等。

2.2 虛擬資源層

虛擬資源層通過把多臺服務(wù)器實(shí)體虛擬化后，構(gòu)成一個(gè)資源池，實(shí)現(xiàn)共同計(jì)算，共享資源。虛擬化技術(shù)能夠屏蔽掉物理資源的復(fù)雜性，物理資源對于用戶而言是透明的，呈現(xiàn)在客戶端面前的是簡單的邏輯資源，它是云計(jì)算的核心。該層包括計(jì)算機(jī)終端設(shè)備、云服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等，也包括通訊線路、存儲設(shè)備等物理資源，可以是一個(gè)校區(qū)的設(shè)備，也可以是幾個(gè)校區(qū)甚至幾個(gè)學(xué)校共享的設(shè)備，或從云提供商那里租用設(shè)備。所有這些地理位置分散的設(shè)備都通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)資源的共享。各種硬件資源通過云計(jì)算虛擬化技術(shù)構(gòu)成了多個(gè)虛擬資源池，從而構(gòu)成了云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施。

2.3 云管理層

云管理層的任務(wù)包括云數(shù)據(jù)管理、云安全管理、云資源管理、云用戶管理等。云資源管理是最基本的管理，主要具有資源池管理、自動部署、資源調(diào)度等功能，服務(wù)器、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等物理節(jié)點(diǎn)的管理和資源管理平臺相關(guān)緊密，該層主要對繁多的資源進(jìn)行使用負(fù)載的平衡和各個(gè)進(jìn)程的調(diào)度，避免因不均衡的負(fù)載出現(xiàn)資源分配失衡而造成死鎖，為上層應(yīng)用提供安全保證。云數(shù)據(jù)管理主要是要保證用戶數(shù)據(jù)的安全性，通過嚴(yán)格、加密性好的管理機(jī)制實(shí)現(xiàn)對用戶及云平臺上的數(shù)據(jù)的保管和維護(hù)。為了保證云基礎(chǔ)設(shè)施及其提供的資源能被合法地訪問和使用，安全管理具有對用戶數(shù)據(jù)、應(yīng)用和賬號等重要數(shù)據(jù)資源采取全面保護(hù)的機(jī)制和功能。

2.4 云客戶端

規(guī)范、統(tǒng)一的用戶技術(shù)接口是云客戶端的一個(gè)顯著特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室用戶利用云桌面終端借助眾所周知的各種瀏覽器對課程教學(xué)和學(xué)習(xí)所需的計(jì)算資源進(jìn)行方便、自由、快捷、不受時(shí)間地點(diǎn)限制的訪問。每位用戶都可以對自己的SaaS平臺進(jìn)行規(guī)劃，進(jìn)行個(gè)性化界面設(shè)計(jì)，以更好地適應(yīng)自己的操作習(xí)慣，這些個(gè)性化的修改并不對其他云端用戶造成影響。云客戶端安裝在實(shí)驗(yàn)室的終端計(jì)算機(jī)上，由于大量的計(jì)算任務(wù)依賴于云服務(wù)器，因此，終端計(jì)算機(jī)可以使用現(xiàn)有的性能不高的臺式機(jī)或成本不高的客戶機(jī)，可節(jié)省資金投入，避免技術(shù)問題的困擾，隨時(shí)獲得海量的資源訪問數(shù)據(jù)。

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)理念變革

3.1 高效分配、合理利用資源

院校計(jì)算實(shí)驗(yàn)室不同于其他的實(shí)驗(yàn)室，除了有一般實(shí)驗(yàn)室屬性以外，最主要的是它所承接的教學(xué)任務(wù)，機(jī)房上機(jī)主要有2種任務(wù)：①對計(jì)算機(jī)硬軟件資源要求不高的課程提供平臺，比如計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、電商類課程等；②對計(jì)算機(jī)資源要求較高的專業(yè)，比如模具數(shù)控、汽車工程、電子電氣、機(jī)械機(jī)電等專業(yè)設(shè)計(jì)課程提供實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺。不同類型課程所需運(yùn)行軟件不同，機(jī)器性能要求不同，即對計(jì)算機(jī)軟硬資源分配相差較大。在以往學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，為了滿足各專業(yè)課程教學(xué)要求，在無法做到自動合理分配資源的情況下，計(jì)算機(jī)管理人員只能延長時(shí)間和增加任務(wù)量，不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整計(jì)算機(jī)設(shè)備性能，滿足教學(xué)需要，這勢必會提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的管理及建設(shè)成本。

將云技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，利用云技術(shù)優(yōu)勢可以做到合理分配課程所需的計(jì)算資源，甚至可以按照課程教學(xué)的要求優(yōu)化分配計(jì)算資源。云技術(shù)的特點(diǎn)是借助云服務(wù)器為上機(jī)人員提供虛擬桌面系統(tǒng)，師生上機(jī)只需要登錄互聯(lián)網(wǎng)訪問云服務(wù)器，同時(shí)，根據(jù)教學(xué)和學(xué)習(xí)要求進(jìn)行選擇，就可自動加載虛擬數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)虛擬桌面，這樣的技術(shù)手段能使師生有很好的上機(jī)體驗(yàn)，且能按照老師與學(xué)生的操作習(xí)慣進(jìn)行教與學(xué)，能充分達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

3.2 有效優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作軟件環(huán)境

教師在教學(xué)中會制作運(yùn)行大量多媒體課件，這些課件都是運(yùn)用不同功能的相關(guān)軟件制作的，且課件是進(jìn)行教學(xué)的必要載體，不同類型的多媒體課件制作要求存在很大的差異，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必須要考慮到不同專業(yè)課程的相異需求，比如存檔文件的格式、對各種課件的支撐環(huán)境的差異。教師或?qū)W生在不同的電腦上操作，由于不同的環(huán)境就可能造成無法完整顯示多媒體課件內(nèi)容、作業(yè)等問題。為了保證上機(jī)環(huán)境的一致性，每臺機(jī)器必須具有相同的軟件運(yùn)行環(huán)境才能顯示完整的內(nèi)容，這種僵化的機(jī)制必然對教學(xué)正常進(jìn)行和機(jī)房維護(hù)帶來諸多不便。在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用云計(jì)算技術(shù)之后，能很好地幫助師生將已經(jīng)制作好或正在制作中的課件無縫轉(zhuǎn)移到任何一臺計(jì)算機(jī)終端上，可有效解決因軟件環(huán)境變化而導(dǎo)致的課件、課程實(shí)驗(yàn)結(jié)果等無法真實(shí)呈現(xiàn)的問題。云技術(shù)能很好地支持實(shí)驗(yàn)上機(jī)的人性化操作，能做到完整地保存上機(jī)數(shù)據(jù)，甚至可記憶上機(jī)人員的操作習(xí)慣，且在師生出于某種原因進(jìn)行機(jī)器轉(zhuǎn)移后，無需重新適應(yīng)新環(huán)境，不必重新制作多媒體課件和實(shí)驗(yàn)作業(yè)等文檔內(nèi)容，只要重新登錄本人的上機(jī)賬號登錄系統(tǒng)，就可直接調(diào)用已經(jīng)完成或因某種原因中斷了的未完成的數(shù)據(jù)，接著處理未完成的數(shù)據(jù)、文檔或設(shè)計(jì)內(nèi)容，已完成的內(nèi)容可以直接在桌面終端完整呈現(xiàn)。

4 結(jié)束語

要想解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在的問題，高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)從傳統(tǒng)模式向基于云計(jì)算技術(shù)模式的轉(zhuǎn)型顯得非常迫切和重要。在學(xué)校機(jī)房建設(shè)資金緊張、上機(jī)環(huán)境要求多樣的情況下，建設(shè)基于云計(jì)算技術(shù)支持下的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)資源的虛擬化并依托云的形式供用戶不受時(shí)間、地點(diǎn)限制而實(shí)現(xiàn)自由訪問使用，為實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供多樣、動態(tài)、穩(wěn)定、安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，降低實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)成本和設(shè)備維護(hù)難度，并有效提高實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)資源利用率，為學(xué)生提供更加廣闊的學(xué)習(xí)空間。

［1］孫濤，喬志和，李娟.虛擬云技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的應(yīng)用［J］.大慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，33（03）.

［2］李榮.利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建高職院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室［J］.電腦知識與技術(shù)，2013（23）.

王祖析（1965—），男，湖南雙峰人，湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)與管理研究。

〔編輯：張思楠〕

TP399

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.019

2095－6835（2017）23－0019－03