基于私有云计算的高校计算机实验室建设

梁安国

摘要 大多数高校都使用普通的PC计算机或者无盘工作站进行计算机实验室的建设，此类计算机实验室建设方式存在较多问题，如系统垃圾文件不能得到及时的清理使系统工作性能下降、出现较多故障，而且系统自我保护功能较差，容易被恶意软件侵袭。本文首先对高校计算机实验室的现状以及存在的问题进行了分析描述，然后对基于私有云计算的高校计算机实验室的整体建设思路进行了充分的介绍，最后对本建设方案据进行总结。通过采用私有云计算以上问题得到了有效的解决。

【关键词】云计算 计算机实验室 PC计算机无盘工作站

实验室是高校进行人才培养过程中实践环节的重要场所，是高校科研活动的重要基地，在高校培养高素质人才中起到重要的作用，良好的实验室的建设与管理能够为师生带来舒适、顺畅的学习和实验环境，提升学校的综合发展。计算机是所有高校实验室中必不可少的设备，计算机在CAD、三维软件、仿真等课程教学中是必不可少的，而且在大多数的实验环节也需要计算机的辅助才能完成。大多数高校对计算机的需求较大，计算机的数量过多，导致维护工作量过大，而且由于维护不够及时计算机垃圾软件过多，影响使计算机的使用性能，并且计算机会因此容易受到恶意软件的攻击导致系统崩溃。

1 发展现状及其存在的问题

计算机技术的完善程度直接影响着计算机实验室的管理建设。计算机系统从上世纪90年代至今，已经从DOS系统发展到Windows系统，虽然许多系统问题随着系统的更新换代已经得到了解决，但是仍然没有彻底摆脱病毒的攻击、运行稳定性差、维护困难等问题。为了使计算机实验室更加完善，相关研究人员采取软件和硬件还原技术，还有研究人员选择有盘还原和无盘工作站共存的方式，但是以上问题都没能有效的解决。

1.1 有盘系统问题

大多数高校计算机实验室都采用的是单用户方式，配有独立的固态硬盘或硬盘，此类计算机实验室多存在以下问题：病毒防护系统只能对已知病毒的入侵进行防护，如果有未知病毒的入侵，防护系统将失去其防护效果，使计算机受到攻击;在使用一段时间后，计算机系统内的垃圾软件、垃圾文件会不断增多，使系统的使用性能不断下降，而相关处理软件并不能使此问题很好的解决，一直发展下去会导致计算机系统的崩溃;通过专业杀毒软件来进行系统保护，存在着占用系统运行空间的问题，同样会降低计算机的性能;在对计算机系统进行维护时，会占用较长的时间，影响实验室的正常实验和教学工作。

1.2 无盘工作站系统问题

无盘工作站很好的解决了系统及其软件的安装问题，但是仍然存在较多不足之处：分发服务器稳定性较差，在服务器由于一些原因导致无法正常使用时，整个计算机实验室都无法正常使用;分发服务器的功能使用比较有限，对其利用率较低，使服务器计算资源不能得到充分的利用;所有计算机应用软件都必须一致，不能满足其多样性的要求，不能适应高校对不同专业和不同应用的需求;如果在一个系统中安装应用较多，会使系统占用较大空间，影响系统使用性能。

2 云计算建设思路

2.1 可行性研究

电子技术的不断革新，使得高速网络通道对计算和儲存资源进行连接成为了可能，该技术主要是在虚拟技术的支持下完成的。云计算是通过虚拟技术将储存、计算和网络进行有效的结合而完成的，云计算可以实现根据不同的需求提供不同的服务，用户并不能看到起基础架构。

云计算由其服务层次不同可分为软件即服务、基础设施即服务和平台即服务。

软件即服务。通过网络进行软件环境的构建，并根据用户需求为其进行针对性的服务，单用户需要为此支付相应的费用，用户在使用过程中并不需要对软件进行安装和维护等。例如，学生可以使用其储存空间进行无盘的作业提交，可以通过私有云在学校建设网络储存空间，从而根据师生的不同要求提供针对性的服务。

平台即服务可为用户提供完善的开发环境，很多软件公司在进行团队开发时，都会选择该类型平台进行团队开发。在计算机实验室的软件开发上可以通过使用此类型服务平台实现。

2.2 基于云终端建立计算机实验室存在的问题

云计算的不断发展和完善，基于云计算的云终端大量出现，这种云终端多用于公共场所的查询服务，其主要特点是维护简单、功耗较低，且投资较小，所以在市场上很受欢迎。但是仍存在较多问题。

在教学使用中由于其计算能力有限，所以不能在计算量较大的教学场景下使用。在DOS系统中云终端方式的使用效果较好，但是在Windows中的一些软件的计算需要在云服务器进行，计算完成后云终端通过网络获取计算结果，这样一来降低了用户的使用感受，并且在多用户使用时，要求服务器要有较高的性能。

此云终端方式输出效果一般，在播放视频时，由于网络与云终端之间的传输技术仍不够完善，使得视频的流畅度和画质欠佳。

由于云终端采用的是无盘模式，所以在部分软件需要大量写入本地缓存时，该模式将无法完成。

无论何种新技术的出现和使用，都是为了使用户有更好的体验，因此在建设计算机公共实验室时尽量不要使用云终端方式。

2.3 计算机实验室的建设

2.3.1 条件

高效计算机实验室需要面向全校所有专业学生，所以需要有较高的稳定性，保证设备能够正常的运行。在之前的有盘及无盘工作站分析中发现这两种方式并不能很好的解决所有问题。本文研究建设途径如下：

公共计算机实验室用于计算机基础课程的培训，对计算机性能要求较低，所以采用无盘工作站就能够满足要求，但是该方式仍然不能满足多门公共计算机课程在同一环境下进行的要求。对于以上问题可以通过采用“云平台+VHDCMS”虚拟磁盘管理系统方式进行有效的解决。

专业计算机实验室用于学生专业课的培训，如机械专业的CAD、UG、S olidWorks等软件的运行，需要较大的内存空间，以上要求可以采用“云平台+NDX”方式完成，用户可以根据个人需求安装本地硬盘或网络硬盘。

云技术支撑：计算机实验室的建设需要云计算资源能够稳定快速的运行，因此可以采用专门的汇聚交换机，与学校的核心交换机进行通讯时需要使用专线通讯方式，此方式可以提高网络速度及其稳定性。为了保证计算资源和储存资源的要求，机房需要合理安排资源的分配配额。

2.3.2 框架设计

在进行基于云计算技术建设计算机实验室中，通过模拟技术来满足多层次服务的稳定性。云端服务器可以进行系统的下发，且稳定性较高。各个公共计算机终端的系统资源下发服务采用无盘服务系统-VHD CMS虚拟磁盘管理系统来完成。计算机公共实验室的建设需要由稳定的网络环境完成。为了使用户能够完成自主的本地差异数据的建立，专业计算机实验室应该采取有盘方式下发镜像系统。

本方案为：云服务平台为数据中心提供基础的系统下发，可由三台虚拟服务器完成，由此使各个实验室下发系统数据更加可靠和稳定。使用高速、稳定的网络通道完成实验室与数据中心提供数据的传送。计算机终端不采用云终端方式，而采用PC机，由此可以提高用户的使用感受。

2.3.3 计算机公共课程实验室建设

公共计算机实验室用于计算机基础课程的培训，对计算机性能要求较低。采用“基本操作系统+差异软件”的方式就可满足该实验室的基本要求。

基于云计算的实验室建设方案中使用统一的标准模块建设操作系统，为了解决系统运行速度慢及系统庞大等问题，利用增量磁盘的方式来满足用户个性软件的需求。此方式可以将不同的培训内容由不同的增量盘进行下发，由此使终端的运行速度更快，服务效果更好。

2.3.4 专业计算机實验室建设

专业计算机实验室对计算机性能要求较高，机械专业的CAD、UG、SolidWorks等软件的运行，通常占用空间较大，采用无盘与有盘结合的方式对该实验室进行建设。如图l所示。

本地磁盘可以储存大量数据，完全能够满足用户需求。但是，该系统病毒防御能力不足，容易受到恶意病毒的入侵，为系统维护带来了很多不便。为此采取基本系统根据用户请求由云端服务器系统响应下发方式。用户可以根据需求发出申请，云服务器直接将相应模块下发至本地硬盘。

3 总结

本文的设计思路，使高校计算机实验室的建设得到进一步完善，普遍存在的问题得到了更好的解决。基于私有云计算的高校计算机实验室的建设方案，能够为师生提供更加稳定、安全、快速的实验和学习环境。同时，此方案可以实现集中管理，减少了人力、物力的浪费，使学校管理系统更加完善。

参考文献

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