应用型本科院校云计算实验室建设探索与实现

摘要：应用型本科院校在云计算实验室建设中，由于自身定位是培养应用型人才，必然决定其云计算实验室是私有云模式的经典应用之一。其主要应用首先是为教师和学生提供在线实验平台，确保其在云环境中拥有自己独立的实验环境，且不受时间和地点限制，从而最大限度地提高实验教学效率和效果，其次是为有科研能力的教师提供云计算科研平台。

关键词关键词：应用型本科院校；实验室建设；云计算；虚拟化技术

DOIDOI：10.11907/rjdk.143493

中图分类号：TP301

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2015）002001303

基金项目基金项目：荆楚理工学院教学研究项目（JX2013-10）

作者简介作者简介：李素若（1969-），男，湖北荆门人，硕士，荆楚理工学院计算机工程学院副教授，研究方向为计算机网络、软件工程。

0引言

云计算是一种在网络上共享资源的新型服务模式。目前我国高校计算机实验室的主要问题是：硬件资源不足，已有设备配置低；客户端软件需要授权，每学期上课软件需人工批量安装，工作量大；计算机使用硬盘保护，学生不能存储作业；实验室开发时间和实验平台受限制[1]。云计算的相关技术为解决实验室建设及管理方面存在的问题提供了较好的解决方案。

2013年荆楚理工学院“软件技术及嵌入式应用开发训练中心”项目计划在现有计算机训练中心基础上新建7个实验室，其中包括云计算与信息服务实验室，加上原有的2个专业实验室和4个计算机公共机房，项目建成以后共有专业实验室和公共机房13个。

1设计思路

1.1物理结构图

以云计算实验室为基础建设数据中心，将所有实验室（机房）纳入云计算管理。物理结构图如图1所示。

其主要特点如下：①将所有服务器、存储设备都放置在云计算实验室（数据中心），便于硬件管理、维护和扩充；②所有专业实验室和公共机房通过光纤接入到云计算实验室，其中聚合交换机和核心交换机放在云计算实验室；③支持多种类型的终端设备，包括电脑、云终端、平板电脑或手机等移动设备访问由云计算实验室构建的所有云资源[3]。

图1基于云计算的计算机专业实验室物理结构

1.2云计算实验室架构与组成

云计算实验室建设的主要出发点是：①提供基础架构服务资源（计算资源、存储资源、网络资源），同时结合学校实际教学过程，为教师和学生提供在线的实验平台，使其不受时间和地点限制，可随时随地在云环境中获取自己独立的实验环境，从而极大地提升实验教学效率和效果；②在大数据领域和云计算领域为教师提供科研平台。

对于应用型本科院校而言，主要需实现第一个目标，第二目标仅是在实验室建设中兼顾，其具体架构和组成如图2所示。

2云教学实训平台

2.1云教学实训平台系统框架

云教学实训平台基于云计算平台和云存储构建，这二者为云教学实训平台提供了数据存储服务和虚拟化服务。其系统框架如图3所示。

图2云计算实验室架构与组成

图3云实训平台系统框架

2.2云教学实训平台主要特点

（1）基于浏览器的云开发环境。学生在实训时，所有实训环境（开发环境）都部署在云端，本地机器上无需安装任何实训相关软件，只需一个上网使用的浏览器即可。学生在实训时，打开浏览器并登录到云实训平台，然后根据实训平台的指导完成项目实训任务。对于需要动手操作的任务，学生只需在云实训平台的任务页面，点击“开始任务”按钮，浏览器会自动从云端加载相关开发环境并全屏显示在浏览器中，此时学生已经完全置身于云开发环境中，在开发体验上如同在自己机器上一样。

（2）每个学生拥有独立的项目云存储空间。基于云计算的独特优势，云实训平台在创建初始会为每个学生创建一个独享的项目云存储空间。学生在实训过程中的所有工作成果都由云实训平台自动存储在此空间并永久存储归档，学生和教师任何时候都可以查看。

（3）可依据云实训环境要求弹性配置硬件资源。由于云实训开发（实验）环境是基于虚拟化技术的，以虚拟机形式提供计算资源。因此，可以通过动态为虚拟机分配计算资源的方法实现为学生按需分配计算资源。

对于不同实训任务，可以为其分配必要的计算和存储单元，从而有效解决实训过程中资源浪费及资源不足的问题。例如，当某学生要进行一个复杂的任务，其中涉及数据库、开发、编译等操作，可能需要较高的计算和存储资源时，云平台会自动为其选择或分配一个性能较高的计算环境。

2.3平台业务框架

参与云教学实训平台的业务角色有3种，分别是学员、教师和管理员。管理员主要负责课程发布及用户管理，教师负责教学，学员负责完成实训项目。

学员主要功能：登录、实训报名、参与实训；查看能力报告、完成开发任务、查看标准成果、更正并模仿；提交成果、等待审核。

教师主要功能：发布教学计划、定义里程碑、定义阶段成果；项目启动讲解、团队建设、重点讲解、进度监控；成果评分、里程碑审核、发布成绩。

管理员主要功能：课程管理、学习模板、模板内容管理、定义学习流程；学院管理、导入学院、提交成果定义；创建用户、权限管理。

2.4实训教学流程

云实训教学平台完整流程如图4所示，其中灰色部分是学生需完成的步骤，其它部分是教师需要完成的步骤。

图4云实训流程

3虚拟化实验教学管理平台

虚拟化实验教学管理平台基于“云+端”模式构建新一代的云计算模式机房架构，其充分利用学校现有资源，整合和优化服务器的计算能力，让高端计算资源可以通过端分享到桌面用户，提供和PC一样的计算能力，同时提供方便的集中维护。可管理的软件资源模式，结合教学应用能把弹性计算和存储充分展现到终端。其次是知识产权问题，通过虚拟化技术，可以有效避免版权问题带来的风险[2]。

3.1虚拟化实验教学平台特点

（1）利用虚拟机，教师可不受地域限制，在办公室或教室都可以方便地利用 PC 或终端设备连接到自己的资源，管理员管理教室计算机的工作量从而大幅度减少，同时能保证教学平台的安全性。

（2）能够为学生提供复杂的实验环境。平台能够为每一名学生提供多台不同配置（CPU核数、内存、硬盘、网卡等）的主机、多网络结构的复杂环境。学生通过系统提供的环境，能够模拟真实的主机连接情况，完成各种复杂的实际应用实验，从而大大提升了学生的动手能力和学习积极性。

（3）可以显著改善目前高校普遍存在的资源浪费情况，尤其是服务器资源。可以把各种分散的系统整合起来，由平台数据中心统一管理并提供服务，从而大大减少了系统维护成本，且完全不用担心服务器的更新换代问题，提高了资源利用率。

3.2虚拟化实验教学平台管理

虚拟化实验管理平台共有两个用户级别：管理员用户和学生用户。管理员主要功能包括：课程实验管理、虚拟机模板、虚拟机管理、用户管理、集群管理、共享软件资源管理；学生用户主要功能包括：学生实验环境管理、学生个人资源管理。

（1）课程实验管理主要用于课程的创建、编辑、删除和查看，查看功能可以查看每门课程下的实验环境，也可以在实验环境列表中进行实验环境的创建、编辑和删除。管理员创建完实验环境后，学生可以通过管理员创建的实验环境进行虚拟机的启动、关闭、删除等操作。

（2）虚拟机模板主要用于创建与实验环境对应的虚拟机模板并显示虚拟机模板信息。

（3）虚拟机管理主要用于管理员对学生启动的实验用机进行统一关闭，以防学生实验完毕后忘记关闭虚拟机，从而占用服务器资源。

（4）用户管理主要用于学生班级的信息展示、创建、编辑和删除，并能够在学生列表中添加单个学生用户、批量导入学生用户和删除学生用户。

（5）集群管理实现的是对整个系统数据中心的管理与监控功能，包括了机柜、物理机以及虚拟机等信息。

（6）共享资源管理主要可以让管理员比较方便地管理学生实验比较常用的软件和文档。

（7）学生实验环境管理主要可以使学生对自己拥有的虚拟机进行启动、关闭和删除操作。当学生点击启动按钮后，如果此学生所拥有的虚拟机与当前实验环境相匹配，则启动该虚拟机，如果没有与当前实验环境相匹配的虚拟机，则重新创建一台新的虚拟机。

（8）学生个人资源管理可以使学生管理自己的个人资源。学生可以把自己的软件和文档上传到个人盘中并且对这些资源进行管理，例如新建文件夹、下载资源、删除资源、重命名资源等，因此当其启动一台虚拟机后可以非常方便地查看这些资源。

4结语

高校计算机实验室基于云计算进行建设和管理已是必然的发展趋势。近几年，一方面很多高校已开始探索基于云计算模式的计算机实验室的改造和新建，另一方面国内很多211或985高校已经建成云计算与大数据实验室，主要在大数据、云计算、高性能计算等方面开展科学研究。应用型本科院校无论是构建基于云计算的计算机实验室，还是建设云计算实验室，主要需考虑两点：一是采用已经非常成熟的技术和产品完成实验室的改造或新建，二是定位于云计算服务的应用，同时兼顾一定科研任务。

参考文献参考文献：

＼[1＼]任云风.基于云计算的高校计算机实验室建设探析[J].电子测试，2013（9）：168169.

[2]韩宁.云桌面技术在高校信息化建设及教学中的应用[J].软件导刊，2012，11（5）：105107.

[3]王聪，王翠荣，王兴伟，等.面向云计算的数据中心网络体系结构设计[J＼].计算机研究与发展，2012，49（2）：286293.

责任编辑（责任编辑：黄健）