云技术应用在实验室建设中的问题及思考

邵 林, 辜 媛, 魏 玲

(武汉纺织大学 传媒学院, 湖北 武汉 430073)

云技术应用在实验室建设中的问题及思考

邵 林, 辜 媛, 魏 玲

(武汉纺织大学 传媒学院, 湖北 武汉 430073)

云技术应用作为高校信息化建设的一个重要方面,有着移动性、便捷性、可扩展性等诸多优点,但也面临一些问题。根据实验室实际建设和运行情况,从成本、管理维护、应用性能、资源再利用等方面与传统PC模式做了分析对比,并就云技术应用存在的问题进行了思考,给出了相关建议。

云技术； 实验室建设； PC模式

云技术是近些年发展和推广的一门分布式计算技术,集合了计算机领域中分布式处理、并行处理、虚拟化技术、网络存储和网格计算等多种技术，最初主要是从Google、亚马逊等互联网公司发展起来[1-3]。《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》指出“充分整合现有资源,采用云计算技术,形成资源配置与服务的集约化发展途径,构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式”。云技术应用有移动性、便捷性等诸多优点,为高等学校数字化教学环境建设、实验室建设、资源共享等提供了新思路和机遇[4-5]。

然而,云技术在高校的实际应用中也面临一些问题,不能盲目赶潮流式地上项目,需要综合考虑应用需求、成本、人员配备等现实因素来理性选择和详细规划。本文根据实验室建设与发展的实际情况出发，从成本、维护、性能等方面与传统PC机模式进行了客观的分析比较，在此基础上提出相关建议，以期加强这方面的交流与探讨。

1 云技术的应用现状

1.1 云存储

针对近些年高校信息化建设中逐步积累的大量文档、音视频数据的存储和共享问题,在线云存储技术从存取的实效性、操作的分布性、存储容量的可扩展性等几个重要方面有效解决了相应问题[6-7]。其应用的领域涉及图书馆电子资源开放、在线课堂建设、校园安全监控、办公自动化等[8]。云存储具体实现技术涉及多方面,但总体上的系统架构模型可分为存储层、数据管理层、应用接口层、访问层[9]。

1.2 云桌面

把运算处理的主机端迁向服务器端,在服务器端集中数据管理、资源调配等功能,让客户端精简化,并支持包括传统PC机以外的智能手机、平板电脑等,云桌面以这种“集中运算,分布显示”的系统架构特点,一方面推动了移动化办公的应用,另一方面使得系统的维护、管理变得更加便捷[10-12]。因此,近年来云桌面成为云技术在高校信息化建设推进中的重要应用形式。

2 云技术应用中存在的问题及思考

2.1 投入成本对比

成本因素是云技术在高校推广应用的一个重要方面。下面以我校建设一个50人规模计算机基础实验室为实例,对比传统PC机模式和云技术模式的成本投入情况。

(1) 传统PC机模式。单机核心部件CPU为酷睿四核i7-4790,内存8 GB DDR3 1600。总的软、硬件配套投入为30.8万元左右(见表1)；该项目建设完成于2015年4月。

表1 传统PC机模式成本投入

(2) 云技术模式。单台虚拟工作站核心部件CPU为双颗INTEL XEON处理器 E5-2680 V2,高性能显卡NVIDIA GRID K2,内存为256 GB DDR3 1600,最大支持8节点虚拟化。总的软、硬件配套投入为50.4万元左右(见表2)；该项目建设完成于2015年5月。

表2 云技术模式成本投入

(3) 对比分析。根据项目建设的实际招投标结果对比,不难发现要达到相近计算性能水平,传统PC机模式的成本投入要比云技术模式低很多。而且,本项目中采用云技术模式最多只能支持24点位云端虚拟化桌面,按照2～3人共用一个点位进行分配,才能勉强满足50人规模的实验教学需求。此外,在24点位云端桌面同时满负荷运算请求下,服务器端分配到单点位的计算资源有限,单点位综合性能不及传统PC机模式下的单机性能,其CPU只能接近Intel Core i5-2400性能水平。

2.2 管理维护对比

在硬件工作正常的前提下,高校实验室管理维护工作的实际应用需求往往集中在2个方面:一个是多系统平台发布,另一个是软件统一配置和更新[13-14]。

采用云技术模式,桌面以虚拟机方式运行在服务器虚拟化平台中,通过高效的远程交付协议将桌面展示给客户,每个虚拟桌面相互隔离,以一对一的模式交付给用户,为用户提供个性化Windows桌面体验。在操作设置上,可以建立桌面模板的方式对服务器端资源进行统一分配和部署。而软件的配置和更新,只需要在桌面模板中安装调试完毕即可。

采用传统PC机模式,配套使用硬盘保护卡,其比较成熟的频道技术、系统分发和行为管理模块功能等,也能方便实现多系统平台发布,以及客户端软件的统一配置和更新。

两者对比,在日常涉及的核心需求上,均能方便实现管理维护工作的便捷化。

2.3 应用性能对比

采用云技术模式,可以对服务器端计算资源实现动态分配和平衡,在用户端差异化业务请求时,可以充分发挥服务器端高性能计算资源的优势而提高工作效率,特别是在做3D图形设计、动画建模和影视后期编辑等类似工作时,这种优势体现得更加明显。

采用传统PC机模式,单机性能存在瓶颈,而且不能集中计算资源再分配来提高使用效率。

然而,从实验教学的实际情况考虑,同一课堂上用户端差异化的业务请求并不普遍,更多时候是学生在教师指导下做同样的作业,其对服务器端的业务请求大体均衡。在这种情况下,服务器端计算资源被均分而导致单个用户端的计算性能大幅下降。此时,传统PC机模式就充分体现了单机性能的优势。

另一方面,云技术模式对网络带宽要求高,在大数据量传输情况下,只有整体光纤化的网络环境才能充分体现云技术的优势。在实验教学中,三维设计、影视后期编辑等相关课程的实验素材数据量相当大,这些数据必须上传到服务器端才能进行计算处理,此时,“网络瓶颈”就成了制约云技术优势的难点。而现实中,目前我国高校的校园网络大体上以“光纤化主干节点+以双绞线为介质构造基础局域网”的网络格局为主。在实验室建设中,局域网的光纤化改造还是一个亟待推进的重要方面。

2.4 安全稳定性对比

在高校实验室建设的应用环境下考虑安全稳定性的问题,主要涉及2个方面:数据安全性和硬件稳定性。

(1) 数据安全性问题。一方面是存储的安全性,另一方面是访问控制。针对数据的存储,云端服务器存储在容错及冗余机制上已经有比较成熟的技术保障,相对传统PC单机而言,有存储容量和存储安全上的优势。针对数据的访问控制,云技术模式除了面临传统PC机模式所涉及的访问安全性问题外,还涉及数据共享存储的加密保护等问题[15-16]。总体上,在对数据安全的敏感性要求不高的情况下,云技术模式较之传统PC机模式有一定优势。但在建设重大研究型实验室的项目中,云技术模式要确保数据安全,还需要更深入的应用研究。

(2) 硬件稳定性问题。主要考虑在硬件故障的情况下对实验教学与研究工作的影响程度。云技术模式下,一旦服务器端硬件故障而不能正常工作时,整个实验教学工作即刻停摆,只能等待设备恢复正常。而设备的维修是需要一定周期的,这样会导致正常的实验教学进度中断,形成教学事故。传统PC机模式下,所有单机同时段内整体性崩溃的概率极低,而少数单机的故障并不会完全中止整个实验教学工作的进行。总体上,传统PC机模式对硬件故障风险的承受能力更强。

2.5 后期设备更新和资源再利用对比

在电子产品的正常生命周期内,面对设备性能升级的问题,云技术模式下可以直接将新增设备纳入资源池的管理范畴,相比传统PC机模式,其对原有设备的融合和性能扩展更有优势。但在电子产品的生命周期末端,面临零配件缺货、停产和售后服务过保缺位时,传统PC机模式下可以通过单机间的配件互换提高资源再利用率,并且容易从设备性能要求较高的教学研究领域,经二次分配转向设备性能要求较低的行政办公领域,从而节约办学经费。因此,云技术模式在后期设备更新和资源再利用环节上,并没有整体性的经济效益优势。

3 云技术应用建议

通过上述分析对比,云技术有其自身的优势,但也面临一些问题。在高校这个特定的应用环境下,做好云技术应用需要注意以下几个方面:

(1) 整体上统筹规划。云技术的推广应用,需要从学校层面做好整体的统筹规划,建立多层次云技术应用体系,明确定位不同层次的云技术应用环境需求,综合考虑项目成本、应用稳定性、安全性等多方面因素,在项目建设中做到轻、重、缓、急合理有别。特别注意要避免院系间孤立、盲目建设导致云技术的优势不能充分发挥,变成一朵朵的“云”,有可能产生新的信息孤岛，而不能起到信息资源充分利用的效果。

(2) 管理人员技术培训。云技术要保持稳定有效的应用,离不开管理维护人员及时细心的工作。校级层面的云技术应用项目建设,一般由高校信息中心牵头组织实施,后期的管理维护有较好的保障。但是针对二级院系特定应用场景的云技术项目建设,特别是对非理工科类学院而言,后期管理维护存在明显不足。管理的缺位,不仅会让云技术的优势得不到充分体现,而且还会影响正常的教学研究工作。所以,在云技术项目建设之初,就要认真考虑后期管理人员的配备和技术培训工作。

(3) 基础网络光纤化改造。云技术的优势建立在稳定、高速的网络基础之上。现阶段,我国高校校园网的主干网基本实现光纤化。在推进二级院系特定应用环境下的云技术项目建设时,首先就要考虑局域网光纤化改造的问题。

(4) 应急预案制订。为防止网络故障导致云技术应用服务中断而引发教学事故,在云技术项目规划论证时,就要对应用的深度、广度做出明确合理的划定,并做好应急预案。在制订预案时，针对教学环节的云技术应用,还应考虑应用服务的稳定性、时效性；针对科研环节的云技术应用,要充分考虑应用服务的安全性和保密性。

4 结语

综上所述,云技术在高校建设中的深度推广应用是未来发展的一个趋势,但相对传统PC机模式,目前在成本、管理维护、应用性能、资源再利用等方面暂未具有绝对整体优势,甚至在对稳定性和安全性有严格要求的情况下还存在潜在风险。所以,当前云技术的应用实施要做好应用环境的研究和规划,特别是在高校实验室建设上,不能简单视为传统PC机模式的替代,而应充分利用两者的优缺点,进行合理的功能布局。

References)

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Problems and reflections in application of cloud technology in laboratory construction

Shao Lin, Gu Yuan, Wei Ling

(School of Media and Communication, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China)

As an important aspect of informationization construction in colleges and universities, the cloud technology has many advantages such as mobility, convenience, extensibility, etc., but it also faces some problems. According to the actual laboratory construction and operation, this paper analyzes and compares the traditional PC mode with the cloud technology from the aspects of cost, management and maintenance, application performance, resource recycling, etc., makes some reflections on the existing problems in the application of the cloud technology and proposes some relevant suggestions.

cloud technology; laboratory construction; PC mode

10.16791/j.cnki.sjg.2017.08.059

2017-02-27

武汉纺织大学校基金项目(133045)

邵林(1985—),男,湖北仙桃,硕士,实验师,主要从事计算机技术在实验教学、实验室建设与管理中的应用与研究工作.E-mail：shaolin8192@126.com

G482；TP 399

B

1002-4956(2017)08-0235-03