俞 潔

目前高校實驗室建設(shè)規(guī)模逐漸擴大，實驗用計算機數(shù)量大幅增加，同時學(xué)生對計算機的需求也在逐漸增加。云計算技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)資源池化共享，讓每個使用高校計算機的師生都能快速通過智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入數(shù)據(jù)中心獲取服務(wù)，真正做到了資源按需分配。借助云計算技術(shù)，學(xué)生可以用配置較低的設(shè)備實現(xiàn)研究需求，有效降低了學(xué)校投入，為學(xué)術(shù)研究的正常進行提供了必要保證。

一、云計算技術(shù)概述

（一）云計算的概念

云計算技術(shù)是基于網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)中心、分布式計算等技術(shù)發(fā)展而來的一種新型數(shù)字化技術(shù)。它按量付費，可實現(xiàn)計算能力共享、數(shù)據(jù)共享，讓普通用戶享受超級計算機的算力和海量的數(shù)據(jù)。人們經(jīng)常使用的百度、谷歌等搜索引擎，使用者只需輸入簡單指令，通過云計算技術(shù)，即可完成大量數(shù)據(jù)的檢索和查找，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[1]。

二、高校實驗室計算機管理存在的問題

（一）建設(shè)成本高，利用率較低

高校實驗室的計算機通常根據(jù)需求點來進行設(shè)置，在每個需求點最少要設(shè)置一臺以上的計算機，由于高校理化類專業(yè)對實驗室的需求屬于剛性需求，且很難在外部環(huán)境找到可以替代的設(shè)備，這也導(dǎo)致高校實驗室對某些專業(yè)來說屬于稀缺資源。雖然近年來各大高校為滿足學(xué)術(shù)研究需求不斷對實驗室進行擴建，然而隨著高校擴招和學(xué)生數(shù)量的增加，對于部分熱門專業(yè)來說，現(xiàn)有的實驗室用計算機依然無法滿足教學(xué)需求和研究需求。實驗室對于計算機性能有一定要求，在使用的過程中，需要配合教研需求不斷加裝各類硬件設(shè)施和軟件設(shè)施，這導(dǎo)致部署計算機的成本逐漸提升[2]。

（二）管理難度大，設(shè)備更新慢

計算機設(shè)備本身具有一定的精密性，硬件設(shè)施需要定期涂抹硅脂和清灰處理，內(nèi)部環(huán)境需要定期做好木馬查殺和系統(tǒng)更新工作，為了避免錯誤告警和文件誤刪情況的發(fā)生，需要具備專業(yè)技能的人員定期進行維護，一旦清理出現(xiàn)問題，則很可能影響計算機的正常使用。由于電腦設(shè)備的更新?lián)Q代速度較快，同一個實驗室中的計算機的型號和系統(tǒng)可能存在差異，這也給計算機的維護工作帶來了一定困難。

三、高校實驗室計算機管理中應(yīng)用云計算技術(shù)的策略

（一）應(yīng)用云計算技術(shù)，實現(xiàn)資源池設(shè)計

在建設(shè)高校實驗室的過程中，除了計算機外，通常還需要架設(shè)服務(wù)器以儲存信息，并為多個用戶提供服務(wù)。在搭建資源池的時候，可以將多個服務(wù)器組成一個虛擬服務(wù)器池，將多臺服務(wù)器的功能集中在一起，集成為一臺超級服務(wù)器。超級服務(wù)器的功能性和穩(wěn)定性相比以往大幅增強，能夠有效提升單臺計算機的處理能力，均衡分配、調(diào)控計算功能，有效提高容錯率，降低服務(wù)器波動、重啟、崩潰的概率，保證服務(wù)質(zhì)量。資源池可以應(yīng)用于處理大量的數(shù)據(jù)和計算程序，保證計算機的計算流暢度，增加數(shù)據(jù)資源庫的有效存儲量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一有效管理。這種處理方式有效降低了購置大容量服務(wù)器的成本投入，提高了使用率，計算機主機可根據(jù)自身需求使用，充分滿足了高校實驗研究和教學(xué)的需求，降低了資源管理難度[3]。

以教學(xué)為例，在實驗課程中應(yīng)用計算機進行演示和教學(xué)時，涉及的學(xué)生數(shù)量較多。由于大量的用戶在同一時間使用網(wǎng)絡(luò)功能，很可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況，影響學(xué)生的使用和學(xué)習(xí)。教師應(yīng)用云計算技術(shù)，可以建立一個將所有的計算機和學(xué)生信息都容納在一起的客戶端，給予他們進入服務(wù)器以及自由提取數(shù)據(jù)資源的權(quán)限，并利用實驗室的計算機提供具有一定規(guī)范性的接口，允許學(xué)生按照一定次序接入訪問，從而有效降低網(wǎng)絡(luò)擁擠可能帶來的風(fēng)險。

（二）云計算實現(xiàn)計算資源的虛擬化管理，完善整體架構(gòu)

云計算技術(shù)可以將CPU、內(nèi)存、存儲空間等物理計算資源轉(zhuǎn)化為虛擬的邏輯資源，是云計算的重要應(yīng)用，它打破了實體障礙，實現(xiàn)資源的合理利用，有效實現(xiàn)資源的抽象計算。這種技術(shù)打破了原有資源在地域或是物理狀態(tài)上的限制，有效提升了服務(wù)器的性能，為教學(xué)和學(xué)術(shù)研究的開展提供了必要保證。

在應(yīng)用上，管理人員可以借助虛擬化管理，搭建全校實驗室的計算機管理整體架構(gòu)，優(yōu)化各項操作流程，避免資源的不必要浪費。架構(gòu)本身可分為四層，分別為終端接入層、計算設(shè)備硬件層、邏輯資源管理層和用戶應(yīng)用管理層。

終端接入層讓計算機以云計算技術(shù)為橋梁，實現(xiàn)終端計算資源共享，保證了計算資源的最大化利用。例如在建立實驗室的過程中，可以將云客戶端程序安裝在實驗室終端計算機上，直接將多個計算機的資源連接在一起，在不消耗資金進行硬件升級的前提下，提升計算機的各項性能，滿足教學(xué)和研究需求，有效降低計算機硬件投入成本和后期維護成本。學(xué)生和教師通過手機等終端也能登錄系統(tǒng)進行工作和學(xué)習(xí)，享受高性能計算機的功能[4]。

計算設(shè)備硬件層將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算資源設(shè)備和數(shù)據(jù)儲存設(shè)備連接在一起，通過這種方式實現(xiàn)資源的有效管理，實現(xiàn)存儲空間的最大化，提升操作處理的便捷性。

邏輯資源管理層承擔(dān)著將物理資源轉(zhuǎn)化為邏輯資源的重要功能，是降低管理難度、提升資源利用率、實現(xiàn)資源虛擬化的重要步驟之一，有助于實現(xiàn)資源的統(tǒng)一化管理。在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理過程中，如果單一數(shù)據(jù)所占空間資源較大，則必須將數(shù)據(jù)拆分后放入兩個不同的存儲空間當(dāng)中，在使用時則需要將二者重新組合在一起，整個應(yīng)用流程過于復(fù)雜煩瑣，而邏輯資源管理層將數(shù)據(jù)存儲設(shè)備連接在一起后，使用者可以在不將兩組數(shù)據(jù)組成在一起的情況下正常進行使用操作，有效降低了操作流程的復(fù)雜程度[5]。

用戶應(yīng)用管理層是高校師生操作計算機，使用虛擬資源的必要功能，能夠根據(jù)不同用戶的需求，發(fā)送各類工具軟件，滿足不同種類實驗的需要，同時，還承擔(dān)對用戶身份和授權(quán)的管理功能。

（三）構(gòu)建實驗室云計算平臺，提高管理效率

構(gòu)建實驗室云計算平臺的目的在于方便學(xué)生的操作，利用云計算技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)部資源的合理利用，在降低學(xué)校更新計算機硬件設(shè)備和租用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的資金開支的同時，保證服務(wù)質(zhì)量。云計算平臺建立后，高?？梢酝ㄟ^云端服務(wù)器直接管理學(xué)生的計算機，控制軟件的使用和更新，完成軟件的升級和內(nèi)部服務(wù)系統(tǒng)的管理，增強管理便捷性，降低管理負擔(dān)。

在構(gòu)建實驗室云計算平臺的過程中，工作人員可以創(chuàng)設(shè)相應(yīng)客戶端，將客戶端與網(wǎng)絡(luò)瀏覽器連接在一起，學(xué)校師生可以通過實驗室的計算機登錄云端，接入網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，在瀏覽器中直接查詢服務(wù)器中的數(shù)據(jù)資料，完成數(shù)據(jù)信息的快速瀏覽，降低操作難度，實現(xiàn)資源共享。除瀏覽器接入外，還可以在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)無線接入，讓所有在同一Wi-Fi環(huán)境下的智能手機、個人電腦、平板設(shè)備都能接入服務(wù)器，快速提取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源的共享。

在應(yīng)用云計算模型搭建云客戶端的過程中，可以結(jié)合高校實驗室計算機的特點進行細致化管理，保證資源處理體系符合使用需求?？紤]到計算機設(shè)備本身的性能有限，可以對桌面管理系統(tǒng)進行應(yīng)用虛擬化管理，保證安全性。部分學(xué)生利用計算機完成論文寫作和數(shù)據(jù)整理，在傳統(tǒng)情況下，如果服務(wù)器出現(xiàn)波動，則很可能會強制中斷當(dāng)前用戶的操作，必須等待服務(wù)器恢復(fù)后，對計算機設(shè)備進行重啟，計算機才能恢復(fù)正常，這也容易造成數(shù)據(jù)的損壞和文件崩潰。為了避免此類情況出現(xiàn)，保證操作穩(wěn)定性，可以在云計算實驗室的計算機當(dāng)中加入云桌面系統(tǒng)，即使節(jié)點網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，也不會影響正常的用戶操作，有效保證了學(xué)習(xí)或?qū)嶒炞鳂I(yè)的連貫性和安全性。桌面云系統(tǒng)的建立可以將用戶的各類數(shù)據(jù)記錄到主存儲器當(dāng)中，在云系統(tǒng)中對資源進行調(diào)用，可以有效避免網(wǎng)絡(luò)木馬和黑客攻擊給數(shù)據(jù)資源帶來的風(fēng)險，避免數(shù)據(jù)資源被盜取或破壞。以硬盤為例，一旦硬盤出現(xiàn)故障，則很可能導(dǎo)致電腦數(shù)據(jù)丟失，而多盤存儲資源池建立后，如果單個硬盤出現(xiàn)問題，可以借助其他硬盤的資源對其進行恢復(fù)，有效降低了維修成本，保證了使用連續(xù)性[6]。

（四）搭建實驗室云計算管理體系，實現(xiàn)功能整合

實驗室云計算管理體系主要應(yīng)用云計算技術(shù)對服務(wù)器進行管理，整個技術(shù)結(jié)構(gòu)可分為基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用中心和用戶服務(wù)中心三個層面?；A(chǔ)設(shè)施的底層結(jié)構(gòu)可以分為兩層設(shè)置，即由存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及服務(wù)器等組成的物理層提供HaaS（Hardwareasa service）服務(wù)，資源層IaaS（Infrastructure as a Service）負責(zé)基礎(chǔ)架構(gòu)，由資源池代替實際設(shè)備。這樣可以提升處理速度，為實驗室計算機提供虛擬硬件、API（Application Programming Interface）等服務(wù)功能。應(yīng)用中心主要負責(zé)提供業(yè)務(wù)創(chuàng)建應(yīng)用平臺。PaaS（Platformas a Service）平臺是基礎(chǔ)應(yīng)用設(shè)施，為系統(tǒng)運行提供基礎(chǔ)設(shè)施資源，保證系統(tǒng)正常運行，例如提供虛擬業(yè)務(wù)平臺、云端操作系統(tǒng)、管理平臺、應(yīng)用服務(wù)等。用戶服務(wù)中心主要負責(zé)提供軟件服務(wù)，包括提供各類應(yīng)用程序、管理系統(tǒng)、開發(fā)工具等。

（五）建設(shè)虛擬化桌面，提高資源利用率

桌面虛擬化技術(shù)以云計算技術(shù)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)的運行存儲與操作桌面相互分離，并由數(shù)據(jù)中心對相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理。由于所有的運算過程在數(shù)據(jù)中心完成，計算機只起到顯示數(shù)據(jù)和實現(xiàn)操作的作用，對于計算機的硬件設(shè)備的要求較低，同時管理人員可以通過自身權(quán)限對桌面功能和應(yīng)用進行統(tǒng)一配置管理，優(yōu)化教學(xué)效果，降低管理工作量。高校計算機的教學(xué)研究涉及許多專業(yè)的軟件，部分軟件需要在特定的環(huán)境和系統(tǒng)中才能有效運行，虛擬化桌面可以根據(jù)教師需求隨意更改內(nèi)容，保證內(nèi)容與需求相符合，因此這種管理方式尤其適用于高校計算機實驗室這種教研需求多樣化的環(huán)境。

由于計算機不再負擔(dān)計算需求，所起到的主要是顯示運行結(jié)果圖像的作用，這也讓計算機的耗電量得到有效降低，電費成本大大縮減。在管理方面，師生可以根據(jù)自身需求，使用隨身攜帶的終端設(shè)備訪問網(wǎng)絡(luò)，進行實驗研究，打破傳統(tǒng)高校實驗室的時間和空間限制，提高教研互動效率。

在虛擬桌面建設(shè)過程中，其核心技術(shù)在于服務(wù)器的虛擬化，需要根據(jù)虛擬桌面協(xié)議，將服務(wù)器的運行操作結(jié)果以桌面環(huán)境的顯示狀態(tài)發(fā)送給終端設(shè)備。整個過程大致為：用戶終端設(shè)備發(fā)出指令，指令進入交換機，交換機接收指令后將其發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)交換機，通過虛擬化資源池完成相應(yīng)操作指令。存儲單元在這期間負責(zé)提供數(shù)據(jù)，反饋操作結(jié)果，在操作完成后將信息結(jié)果以虛擬桌面的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)交換機當(dāng)中，經(jīng)由接入交換機回傳給用戶終端設(shè)備，完成虛擬化應(yīng)用服務(wù)。高校在計算機的采購成本得到降低的同時，應(yīng)結(jié)合自身需求，適當(dāng)增加服務(wù)器的運營投入成本，通常情況下，一臺服務(wù)能夠滿足30臺左右的客戶端的服務(wù)需求，客戶端數(shù)量越多，服務(wù)體驗就越差，學(xué)校應(yīng)根據(jù)需求數(shù)量，適當(dāng)增加服務(wù)器數(shù)量，滿足服務(wù)需求。

綜上所述，在高校實驗室的計算機管理過程中應(yīng)用云計算技術(shù)，能夠有效提升計算機資源利用率，減少不必要的資源投入。在方便實驗室管理的同時，做好實踐環(huán)境的配置工作，為實驗教學(xué)活動和科研活動的開展打下良好基礎(chǔ)，打造一個充滿活力的科研教學(xué)環(huán)境，使學(xué)校的教研水平得到進一步提升。