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(shí)踐環(huán)節(jié)的日益規(guī)范化，計(jì)算機(jī)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(zhǎng)的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)需求近年來(lái)興建了大量的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房。機(jī)房除用于日常教學(xué)、實(shí)訓(xùn)和各種無(wú)紙化考試外，還是學(xué)生課余上機(jī)作業(yè)、自習(xí)及上網(wǎng)了解國(guó)內(nèi)外信息的重要場(chǎng)所，其重要性是不言而喻的。目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房基本上采用基于院系的傳統(tǒng)分散式機(jī)房管理模式，即校內(nèi)各二級(jí)院系自主建設(shè)所需軟、硬件環(huán)境的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房，機(jī)房?jī)?nèi)每臺(tái)機(jī)器都安裝獨(dú)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(jī)房。但傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房管理模式存在很多問(wèn)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(huì)推出新版本），對(duì)機(jī)器硬件的最低配置的門檻要求不斷提高，需不斷升級(jí)機(jī)器的硬件才能維持正常的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。因此，高校硬件設(shè)施的投資成了沒(méi)有盡頭的無(wú)底洞。其次，機(jī)房維護(hù)與更新工作艱巨。為滿足不同年級(jí)及專業(yè)的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)需求，機(jī)房?jī)?nèi)的每臺(tái)機(jī)器需安裝多個(gè)操作系統(tǒng)及大量的應(yīng)用軟件，還有大量臨時(shí)性的軟件變更、系統(tǒng)補(bǔ)丁更新、殺毒軟件升級(jí)等工作，給管理人員帶來(lái)極大的工作負(fù)擔(dān)。再次，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)受限。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房每臺(tái)機(jī)器都安裝了還原卡（為維護(hù)機(jī)器的穩(wěn)定與安全），師生在上機(jī)實(shí)訓(xùn)的過(guò)程中產(chǎn)生的操作數(shù)據(jù)與文件只能存儲(chǔ)在個(gè)人的移動(dòng)存儲(chǔ)器上，容易造成數(shù)據(jù)丟失與損壞。

云計(jì)算具有超大規(guī)模、高擴(kuò)展性、虛擬化、高可靠性、經(jīng)濟(jì)性和按需服務(wù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)房管理模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供各種IT資源與服務(wù)，可解決高校傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房建設(shè)與管理中的各項(xiàng)弊端。

1 云計(jì)算的基本概念與發(fā)展

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

云計(jì)算在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的教育領(lǐng)域中應(yīng)用較早。2007年10月，Google與IBM便走進(jìn)美國(guó)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(jì)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(guó)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(guó)教育領(lǐng)域內(nèi)云計(jì)算應(yīng)用較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅猛。2008年2月，IBM宣布，中國(guó)無(wú)錫太湖新城科教產(chǎn)業(yè)園為中國(guó)的軟件公司建立第一個(gè)云計(jì)算中心。自此，云計(jì)算正式進(jìn)入我國(guó)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(jì)算實(shí)驗(yàn)環(huán)境并合作開(kāi)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(guó)西部信息中心云計(jì)算高校聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”正式成立。

作為首批國(guó)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(jì)算的“領(lǐng)跑者”，其南校區(qū)由青島市2010年財(cái)政重點(diǎn)支持建設(shè)的“青島市服務(wù)外包實(shí)訓(xùn)基地”擁有最先進(jìn)的云計(jì)算平臺(tái)，目前其主要工作是向區(qū)域內(nèi)企業(yè)員工、社會(huì)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(jī)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)實(shí)訓(xùn)資源。

2 基于云計(jì)算高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理模式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 降低機(jī)房的軟硬件資金投入

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

其次，云計(jì)算的應(yīng)用也極大減少軟件購(gòu)買費(fèi)用。云計(jì)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(chǔ)安全方便

云計(jì)算提供的云存儲(chǔ)服務(wù)，采用數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)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(duì)個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫、改等操作，無(wú)需擔(dān)心數(shù)據(jù)的損壞與丟失。學(xué)生可將實(shí)訓(xùn)的中間或最終數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“云端”，以便在下次實(shí)驗(yàn)時(shí)繼續(xù)上次未完成的實(shí)驗(yàn)，也有利于實(shí)驗(yàn)教師對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)進(jìn)行及時(shí)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。另外，云計(jì)算的自動(dòng)化集中式數(shù)據(jù)管理功能，能對(duì)高校海量教學(xué)資源進(jìn)行有效整合與存儲(chǔ)，可結(jié)合用戶的實(shí)際需求，并進(jìn)行自動(dòng)化和智能化的配置，來(lái)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(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)及科研的開(kāi)展

目前，我國(guó)只有部分知名高校擁有良好的實(shí)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(shí)訓(xùn)條件較差，很多復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)課程無(wú)法開(kāi)設(shè)；云計(jì)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(jí)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，便于復(fù)雜實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)及科研的開(kāi)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(jī)房管理壓力

云計(jì)算模式下的基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)、軟件的更新都在云服務(wù)器完成，無(wú)須再對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)器硬件和軟件進(jìn)行無(wú)休止的維修與更新。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房的一個(gè)管理人員要應(yīng)付幾百臺(tái)機(jī)器，在云管理模式下是幾個(gè)機(jī)房管理人員共同維護(hù)好一臺(tái)云服務(wù)器即可，為學(xué)校降低人力資源費(fèi)用和管理成本。

3 云計(jì)算在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理中的構(gòu)建

青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計(jì)算平臺(tái)是基于基礎(chǔ)設(shè)施云層次的私有云，可實(shí)現(xiàn)云計(jì)算自服務(wù)門戶、云計(jì)費(fèi)管理、云安全系統(tǒng)、云運(yùn)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(jì)算機(jī)房管理的設(shè)計(jì)

機(jī)房終端通過(guò)云計(jì)算中心相應(yīng)的服務(wù)接口來(lái)完成登錄或注冊(cè)，云計(jì)算中心提供一個(gè)唯一身份標(biāo)識(shí)，可進(jìn)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(qǐng)求時(shí)，或更復(fù)雜的操作，可申請(qǐng)相應(yīng)的服務(wù)類型和資源，云計(jì)算中心會(huì)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(jí)服務(wù)中心架構(gòu)，如圖1所示在云計(jì)算中心，根據(jù)提供的服務(wù)類型，可分成4個(gè)層次：

圖1 云端服務(wù)架構(gòu)

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

（2）平臺(tái)服務(wù)。平臺(tái)層是為用戶提供一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括提供中間件平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)和硬件平臺(tái)，高校機(jī)房通過(guò)這些平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)用或軟件；另外可以進(jìn)一步使用平臺(tái)提供的監(jiān)視工具來(lái)對(duì)學(xué)校機(jī)房病毒和木馬的防護(hù)、掃描、清理，在平臺(tái)上軟硬件的監(jiān)控服務(wù)、軟件升級(jí)服務(wù)及反垃圾郵件等。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。云計(jì)算中心可以把計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施資源，包括服務(wù)器集群、CPU、存儲(chǔ)計(jì)算能力、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)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(tái)提供硬件服務(wù)，包括硬件管理、維護(hù)和監(jiān)控等服務(wù)及服務(wù)器集群服務(wù)。

3.2 云計(jì)算的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)架構(gòu)

云計(jì)算計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的整體架構(gòu)分為4個(gè)層次設(shè)計(jì)（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(jì)算計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jiàn)的，如：IE、MozillaFirefox、Avant Browser等，通過(guò)云客戶端可對(duì)云中的資源進(jìn)行很便捷的訪問(wèn)。

（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(qǐng)求并保存與維護(hù)客戶機(jī)與云平臺(tái)系統(tǒng)中實(shí)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(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理、按需分配部署和資源動(dòng)態(tài)調(diào)度等。云計(jì)算的核心技術(shù)是虛擬化的資源池——通過(guò)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(hù)工作的開(kāi)展。

（4）物理資源層。將學(xué)校局域網(wǎng)內(nèi)的機(jī)房終端PC機(jī)、服務(wù)器、交換機(jī)及存儲(chǔ)設(shè)備等，通過(guò)高速的局域網(wǎng)連接起來(lái)，從而提供處理能力更強(qiáng)、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(shí)際情況，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)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(shí)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(shí)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(jì)算及圖形密集型應(yīng)用［2］，也可支持各種計(jì)算機(jī)外設(shè)以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境及未來(lái)的應(yīng)用擴(kuò)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(jī)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(jī)本地資源處理計(jì)算及圖形密集型應(yīng)用，比如CAD和photoshop等軟件，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的依賴。

和信云桌面管理系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室終端電腦的管理集中化、系統(tǒng)部署智能化、更新維護(hù)自動(dòng)化，從而構(gòu)建一個(gè)高效、安全、統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)管控平臺(tái)。［3］

3.4 云計(jì)算中心的搭建

云計(jì)算中心機(jī)房采用基于Hadoop平臺(tái)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(shí)現(xiàn) Map－Reduce分布式函數(shù)，最后通過(guò)Hadoop自帶的組件實(shí)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(tái)虛擬機(jī)組合成一個(gè)Hadoop集群平臺(tái)，設(shè)置其中一臺(tái)虛擬機(jī)服務(wù)器作為HDFS的Name－Node和JobTracker節(jié)點(diǎn)，其他兩臺(tái)虛擬機(jī)服務(wù)器分別為Datanode和TaskTracker節(jié)點(diǎn)，機(jī)器名與IP地址的功能如表1所示：

表1 HDFS節(jié)點(diǎn)配置

每臺(tái)虛擬機(jī)主機(jī)名和IP地址之間必須保證得到正確的解析。

4 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)能夠降低訪問(wèn)終端需求，具有虛擬化、安全可靠、方便管理、經(jīng)濟(jì)性和按需服務(wù)等優(yōu)勢(shì)。本文以青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院云計(jì)算平臺(tái)為例，提出了一種可行的基于云計(jì)算的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)房管理應(yīng)用模式，為高校機(jī)房的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、技術(shù)管理和科研提供一種全新的服務(wù)運(yùn)營(yíng)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(jī)房使用率和維護(hù)效率。在高校機(jī)房中使用云計(jì)算，更有利于高校教育教學(xué)、實(shí)驗(yàn)管理與實(shí)驗(yàn)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(jī)房云計(jì)算平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)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(shí)與技術(shù)，2013，9（25）：5735－5736，5739.

［3］ 孔燚.云計(jì)算在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中的應(yīng)用［J］.中國(guó)教育技術(shù)裝備，2013（12）：28－29，31.