基于云计算技术的高校实验室的设计与实现

来源:用户上传      作者:那治广

　　摘要：随着云计算技术的不断发展，云技术已成为高校实验室建设的可选方案。本文结合高校实验室建设实际情况，从云计算技术实验室物理设施、虚拟化两方面，介绍基于云计算技术实验室的设计与实现。相对于传统非云技术的高校实验室平台而言，该平台能有效地提高管理效率、降低配置成本，且能把云计算框架中的相关技术纳入现有的计算机相关专业课程中。
　　关键词：云计算;虚拟化;云终端;实验室;云桌面
　　中图分类号：TP393.1    文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2019）02-0256-02
　　The Design and Implement of An Universities' Computer Laboratory Based on Cloud Computing
　　NA Zhi-guang
　　（School of Information Engineering， Guangdong Medical College， Dongguan 523808， China）
　　Abstract： As it development， Cloud Computer technology become  as a variable option for the construction of  universities' computer lab's installations. This paper， according to the actual situation of the construction of  universities' computer lab's installations， explores the design and implement of an universities' computer  laboratory based on Cloud Computing from both physical facilities and virtualization. This solution， in comparison with  the traditional method ，  can improve the efficiency of management， reduce the cost of construction and  Combine compulsory course with cloud computing
　　Key words： cloud computer; virtualization; cloud end-point; laboratory; Cloud desktop
　　经过多年的技术发展和经验积累，云计算行业已经进入一个相对成熟的阶段。在国内，许多公司已从传转架构向“云”架构迁移，例如传统服务器提供商逐步成为云服务器提供商，互联网企业通过云计算提供的弹性服务节省购买、管理和维护IT基础结构方面的成本，又如通过组建私有云、采用云桌面方便地根据需求设置即时可用的测试和开发环境;又如通过云存储可以获得高可用性、高速、高可扩展的文件存储解决方案。可见，云计算已成为当前信息技术产业发展和应用创新的热点，任何接入互联网的用户都或多或少享受“云”服务带来的便利。
　　高校组网架构选择一般相对于互联网公司比较慎重，但随着云计算技术的不断发展，云技术已成为高校实验室建设的可选方案。计算机的云技术与虚拟技术被引入实验室打破了传统实验室管理的局限性[1，2]。采用云计算平台构建高校计算机实验室，一方面可以利用云桌面降低人员维护、培训与再学习的成本，另一方面云计算可伸缩的架构也能降低由于计算机软、硬件技术的日新月异所带来的关于设备更新的需求问题、提高硬件可利用率、进而为维护教学与科研环境的环保需求问题等给出一个较为理想的解决方案[3]。同时，云计算平臺可以为专业学生提供云技术学习的实践环境。通过搭建云计算应用场景，设置与专业课程和行业接轨的实践课程，让学生能够在校期间掌握当前流行的云计算技术，以胜任日后信息化的建设、维护及云计算系统集成及方案设计的相关工作。
　　本文结合工作实践，通过以所在单位计算机实验室云平台搭建为例，介绍一种基于云计算技术的高校实验室的设计与实现。实践表明，该平台能有效地提高管理效率、降低配置成本，且能把云计算框架中的相关技术纳入现有的计算机相关专业课程之中。
　　1 云计算技术
　　1.1 云计算的定义
　　云计算（cloud computing），是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。早期的分布式计算，主要是通过网络中的集群把庞大的计算任务通过拆分，以网络通信方式交换数据和结果以获得高的算力。[1，2]本文的云计算主要指通过虚拟化实现计算机资源的高度整合和利用，它是云计算的基础。云计算提供的服务可以分为三种类型：（1）平台即是服务（PaaS），用户通过呈现出的封装好的界面，与虚拟的平台进行交互;（2）基础设施即是服务（IaaS）以服务的形式将计算机的基础设施交付，通过转移基础设施到“云”中，实现伸缩性的供应模式，例如腾讯云，阿里云;（3）软件即服务（SaaS）需要通过网络访问完整的软件，例如MicrosoftOfficeOnline，无须在本机安装，打开浏览器，注册帐号，可以随时随地通过网络来使用这些软件编辑、保存、阅读自己的文档。
　　1.2 云计算的特点
　　云计算最大的特点是一切都可以看成是资源，用户可以随时获取和按需扩展。这也使得它具有以下几个特征：（1）资源动态配置（2）需求服务自助化（3）云计算以网络为中心，并通过网络为用户提供服务;（4）服务可计量化（5）资源的池化和透明化云。云计算的特征恰恰解决高校计算机实验室构建及管理的痛点需求。资源动态配置可以根据实验室需求及课程需求动态增配或释放物理和虚拟资源，实现实验室资源的弹性供给。任课教师或实验室管理员可以根据课程要求采用自动的方式选择构建实验的测试和开发环境;监控出口网关实现校园网接入的计量化;同时，对学生和非计算机专业教师使用是透明的。因此，云计算机的特点使得成为高校计算实验构建的可选方案。 　　1.3 云计算的组件
　　虚拟化是云计算的基础。在高校计算机实验室云计算构建中，最重要的组件是云桌面[3]。云桌面是云计算技术中对大量虚拟计算机管理的系统软件，可以完成虚拟资源的分配、虚拟系统生成、虚拟系统软件的管理及系统数据存储的维护。本文采用uSmartView桌面虚拟化平台，它是基于KVM技术的云桌面软件。KVM是基于LINUX内核的虚拟机，相对于Xen和VMware，该技术是一个可以实现基于硬件完全虚拟化的低成本方案。其次，在构建中另一个重要组件是云存储。云存储是最容易给用户理解和广泛应用的云计算概念，例如百度云。云存储通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量异构存储设备通过应用软件集合起来进行协同工作，并为用户提供透明、可伸缩的数据访问。高校实验室中存在大量需要管理的软件数据和相关课程实验数据，因此在构建中离不开云存储。
　　2 基于云计算技术实验室的设计与实现
　　云计算实验室一般分为以下两层：物理设施和虚拟化。物理设施提供底层网络通信、数据存储和数据安全、计算资源的支撑。通过云桌面虚拟化，为计算机管理员提供物理资源和虚拟资源池的管理、部署、监控等[4]。
　　本文从云计算技术实验室物理设施（实验室结构）、虚拟化（云桌面）描述基于云计算机技术实验室的设计与实现。
　　（1）云计算技术实验室结构
　　实验室一般规划3个区域：1）实验分组架区：所有云计算实验设备被安装在机架中。包括服务器、存储、网络设备和虚拟化软件，所有的实验内容均运行在该实验设备区内。机架管理控制服务器、虚拟实验平台、云服务器连接至实验室中心交换机。2）学生实验台与教师机：学生和教师可以通过预先构建的虚拟实验平台进行实验，虚拟系统对用户透明。教师机负责演示实验课程内容并对所有实验组的实验设备做监控和管理;学生学习云实验中心课程内容和实际操作实验课程的区域，根据每组学生数量配置终端3）出口区：所有访问外部网络资源的流量必须通过出口网关。通过出口网关的应用识别和审计功能，可管理学生的上网时间和网络应用访问权限。
　　按照上述的设计思想，基于云计算的计算机实验室结构如图1所示。
　　（2）云计算应用实验平台
　　云计算应用实验平台由8台浪潮5240M4服务器作为硬件资源，通过虚拟化技术进行包括CPU、内存、硬盘等硬件资源的整合，通过VCenter管理平台进行资源统一分配，分别建设了4个班共64套嵌套ESXI实验虚拟机，可以满足2个班同时使用32套实验虚拟机开展云计算课程实验，学生使用老师分配好的实验虚拟机的IP、用户名、密码通过VMware vSphere Client登录进行包括：服务器虚拟化、桌面虚拟化、存储虚拟化等实验课程，教师期末可以通过检查相应的学生的ESXI实验虚拟机所实验程度对学生课程成绩进行评分。
　　（3）公共桌面云平台
　　公共桌面云平台通过uSmartView桌面虚拟化管理平台对2台浪潮5270M4服務器进行批量部署64个点的云桌面，这些云桌面可以满足64台云终端使用云桌面;平台采用KVM[5]桌面虚拟化技术，机房管理人员可以通过不同的模板采用链接克隆的方式进行批量部署实现云桌面的统一管理和批量交付，如图2，图3， 图4所示;云终端只需安装桌面云客户端输入相应IP、用户名、密码就可以使用云桌面进行包括云计算、大数据以及其他计算机基础课。
　　3 结束语
　　高校云计算技术实验室的建设，既是高校建设计算机实验室过程中优化资源配置，降低成本的内在要求，同时也是计算机专业课程与时俱进，实现“产学对接”的外在需求。实践表明，基于云计算技术实验室的设计与实现，对学校计算机网络、信息管理与信息系统、信息资源等相关专业在云计算实践教学的有重大作用。
　　参考文献：
　　[1] 苏晓光，于莉莉. 云计算在高校计算机实验室建设管理中的应用[J]. 电脑知识与技术，2018（6）： 244-245.
　　[2] 黄叶超. 基于云计算在高职计算机实验室建设管理中的应用[J]. 电脑知识与技术，2018（2）： 132-134.
　　[3] 李建芳.云计算技术在高校计算机实验室中的应用[J]. 电子技术与软件工程， 2017 （12） ： 159-160.
　　[4] 闫格.基于云计算架构的高校实训室设计与实施[J].漳州师范学院学报（自然科学版），2011（4）：25-29.
　　[5] 曾德生.骆金维.刘倍雄.郭雅.基于 KVM 的桌面云管理系统设计与实现[J].电脑编程技巧与维护，2017（23）：62-63，87.
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