基于云计算的高校计算机类实验室建设研究

许元朋

(黄冈师范学院 计算机学院，湖北 黄州 438000)



基于云计算的高校计算机类实验室建设研究

许元朋

(黄冈师范学院 计算机学院，湖北 黄州 438000)

分析了目前高校计算机类实验室建设和管理中存在的一些问题，介绍了云计算的特点，重点阐述了采用“云”和瘦客户机模式的高校计算机类实验室建设架构和优缺点。

计算机；云计算；瘦客户；实验室建设

随着国家对应用型人才和创新人才的要求，各高校都加大了实验室建设，但在建设过程中都还是按照原来的老方法、老思路建设，特别是计算机类实验室几乎是千篇一律，大多是由台式计算机、实验桌和网络设备组成的机房。在云计算时代，这种计算机类实验室的建设已经显得落后，同时也带来了一系列的问题如：重复建设、管理维护困难等等。本文将对基于云计算的高校计算机类实验室建设进行研究和探讨。

1 高校计算机类实验室建设现状

计算机类实验室是高校培养计算机专业应用型、创新型人才的重要场所。各高校也认识到这一问题，在计算机类实验室的建设上也加大了投入力度，但在建设和管理方面还有诸多问题和困难。

1.1 设备多、更新换代快，资金投入大

据调研，目前全国高校的计算机学院生均计算机台数接近0.8台，如果按1000人计算，就需要计算机800台，这还不考虑全校的计算机公共课需求。而计算机一般4～5年就会被淘汰，需要更新换代，这也是一笔不小的开支。如果按照3500元/台，5年更换一次，平均每年计算机更新要花费56万元，这对很多学校来说都是一笔很大的资金投入。

1.2 硬件、软件维护工作量大

因为计算机台数多，出故障的机会也大大增加，机房维护人员往往不堪重负。而软件问题更多，在教学和科研中，需要不同的操作系统和应用软件，如有的是在windows环境的，而有的是在Linux环境下，机房维护人员就需要安装不同的操作系统和大量的软件，而软件安装过的容易出现死机、蓝屏、无法上网等问题，而这种问题一旦发生，将成为严重的教学事故，这些都是机房管理人员较为头疼的问题。

1.3 重复建设现象严重

很多学校在计算机实验室建设过程中按学院或专业进行建设，或者存在多个校区建设，导致计算机实验室不能有效的资源共享，重复建设，对人力、财力都是很大的浪费。

上述这些问题在地方高校中具有相当的普遍性，我们欣喜地看到云计算为解决这些问题带来一片曙光。

2 云计算概况

云计算(cloud computing) 是一种新兴的商业计算模型，是指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的硬件、平台、软件资源或服务。提供资源的网络被称为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和各种软件服务。云计算被看作是继个人计算机变革、互联网变革之后的第三次IT浪潮。

云计算是一种商业模式，并不是一种新技术，它实际上是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。 云计算的商业模式一般有三种服务类型，从下到上依次是：基础设施作为服务(IaaS)，平台作为服务(PaaS)，软件作为服务(SaaS)[1]。因为所有硬件资源和数据都是在“云”端运行，所以用户只需通过个人计算机、手机等智能终端设备连接上“云”就可以完成自己的需要。“云”的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。

3 基于云计算的高校实验室的架构

1943年，IBM董事长托马斯.沃森胸有成竹地告诉人们：“我想，5台计算机足以满足整个世界市场。”这句话在云时代得以实现。基于云计算的高校计算机类实验室建设不再是购买足够多的独立的PC机，而是采用“云”和瘦客户机的方式进行建设。

所谓“云”主要有大量高性能服务器和大容量存储设备构成，然后通过云计算的集群技术、虚拟化技术、网格技术等在“云”上实施SaaS、PaaS、IaaS 云计算服务。用户在使用时，通过通信链路接入云端，“云”根据不同用户的需要提供对应的服务，包括不同的操作系统平台，各种软件开发平台，以及常用的开发工具和软件等。

因为所有数据都在“云”端运行，用户不需要安装任何软件，只要能连接到“云”即可，所以终端设备不再需要太强的运算能力，只需要能联网，并且实现简单的输入输出以及显示功能即可，即瘦客户机模式。机房管理员只要对“云”进行管理，就可以快速配置相应的服务，这种集中化的管理方式极大减轻了管理员的工作量[2-3]。基于云计算的高校实验室架构图，如图1所示：

图1 基于云计算的实验室架构

3.1 基于云计算的高校实验室的优点

3.1.1 更低的成本投入

因为采用云计算搭建“云”后，客户端可以是瘦客户机模式，我们不再需要高性能的计算机来运行应用程序，仅仅一个智能终端设备加一个显示器就够成了客户端硬件，成本大大降低。以组建100台计算机类实验室为例，我们通过下面的数据可以看出传统实验室建设和基于云计算实验室建设的成本差异(只考虑硬件价格，不考虑软件价格)，见表1。

3.1.2 更少的维护工作量

传统实验室工作人员的维护工作量非常大，除了要对设备硬件进行维护外，最为头疼的就是软件方面的维护，不同学期实验室完成的实验任务不同，就需要安装不同的系统和软件，而这些软件的更新也比较频繁，工作人员往往把大部分的精力都放在这上面去了。而采用云计算组建的实验室，因为采用瘦客户机模式，客户机硬件设备少，集成度高，出故障机率就少，而且客户机不用安装任何软件，工作人员只要在“云”端进行简单安装配置，就能满足不同客户端要求，大大减少了工作人员数量和工作人员的工作量，同时也保证了实验的正常开设。维护工作量变化见表1。

表1 两种实验室方案选价和维护差异对比

注：高性能主机+显示器=0.35万元；高性能服务器=3万元，云终端设备+显示器=0.1万元

3.1.3 更高的利用率

传统实验室的实验必须在实验室才能完成，这就导致实验室的利用率不是很高。学生有空闲时，实验室可能不能用，特别是在课余时间，实验室一般都不对外开放，学生只能在规定时间进行实验。而基于云计算的实验室只要网络就可以做试验，打破了空间、地域、时间的限制，学生可以通过任何设备(电脑、平板、手机、智能电视等)，在任何地方(有线网络、无线网络)，在任何时间(上学路上、教室、宿舍)随时随地进行实验，大大提高了实验室的利用效率，同时也提高了学生实践动手能力[4]。

3.1.4 更高的安全性

因为基于云计算的实验室所有的软件和数据都是在云端，客户所使用的都是“云”虚拟出来的环境，这样就避免了传统实验室因为一台计算机感染病毒，导致整个机房瘫痪的问题。另外，云计算使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施来保障“云”中应用和数据的可持续性、灵活性、高效性和安全性。

3.2 存在的问题

虽然基于云计算的计算机类实验室建设可以解决目前很多问题，但我们也要看到在云计算实验室建设中存在的问题和风险，需要我们仔细思考。如：在新建实验室时，原有实验室如何处理，如何使新旧系统顺利交割；采用云计算的实验室建设对网络的要求比较高，而很多高校网络基础设施不是很完善，有些带宽不够，有些高校还没实现无线网路覆盖，网络带宽问题可能是云计算实验室的主要障碍；云计算技术虽然已经比较成熟，但云计算平台种类繁多，并没有一个统一的标准，如何选择一个适合的标准平台也是困扰学校的一大难题。

随着云计算的普及，“云”已经在很多行业落地生根。高校作为高端人才的培养者，更应走在时代的前沿，充分发挥云计算在教育领域的优势，打造更多的云计算应用，改变教学观念和教学手段，为培养更多适应社会需要的高端人才做出贡献。

[1] 刘鹏．云计算[M]．北京：电子出版社，2010．

[2] 黄晨晖，林泳琴．基于云计算的虚拟计算机实验室的研究与实现[J]．实验室研究与探索，2010，29(11)：178-180．

[3] 罗国玮，兰瑞乐．基于云计算的高校科研实验平台构建研究[J]．实验技术与管理，2012，29(4)：115-131．

[4] 林瑜华．云计算环境下高校实验教学模式的创新与实践[J]．实验室研究与探索，2011，30(8)：272-273．

(王菊平)

TP39

A

1003-8078(2014)03-0084-03

2014-04-09 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2014.03.21

许元朋，男，湖北枣阳人，副教授，研究方向为计算机教学、信息管理与信息系统。