云计算在虚拟实验室的应用

陆迅

(广西农业职业技术学院，南宁 530007)

1 引言

云计算高速发展已经成为当前常见的基础设施[1]，具有成本低、管理方便、效益高等特点，为各种应用程序提供了标准化的支持平台[2]。基于上述原因，不同的研究对象都期望云计算平台能满足自己数据分析、数据处理等需求，避免自己构建环境所增添的人力、财力、物力的投入。因此，基于云计算环境，提出一种可行的架构部署方案，为他们应用云计算搭建研究平台提供实践案例，具有重要的研究意义和实践价值。

虚拟实验室提供了一系列的数据分析工具和工作流平台，能链接到常用的数据集；在运行动态配置前，虚拟实验室能够提供具有访问权限的可扩展基础设施。当虚拟实验室建立后，研究人员通常根据需求部署虚拟实验室[3]。但是，为了使研究人员有良好的平台，需要构建和配置必要的组件。根据虚拟实验室的复杂性，在系统管理、平台开发和特定领域应用程序设置方面，这通常是一项跨专业知识的复杂任务。鉴于基础设施的局限性和数据的限制、避免厂商锁定和无成本或者资源分配的浪费，云技术也应用到这些机构中[4]。

2 部署设计

从平台部署的观点，这带来了巨大的挑战，因为平台需要部署、管理、维护和支持额外的云，从而应付任何云提供商之间的差异。因此，设计可伸缩性、健壮的云计算模型是一个趋势。

图1描绘了支持此类模型开发的核心概念：(a)跨云API层；(b)自动化；(c)可配置“组合”的资源集。这体现了建立一个全球虚拟实验室需要在自动化平台的基础上。

图1 集成多个云的虚拟实验室部署

3 基于云计算的虚拟实验室设计

3.1 功能需求分析

虚拟实验室架构的选择需要解决多方面的问题[5]。其中一些决策是一般性架构决策，通常情况下仅适用于软件，而涉及到领域的有些问题通常适用于虚拟实验室。因此在设计和开发虚拟实验室环境时，我们列出各种架构问题和提供相应的解决办法。例如，虚拟实验室需要确定用户所需的自定义级别。如果一个重要的定制是必需的且会影响其他用户，那么对资源的孤立或个性化访问优于访问到一个共同的资源池。例如，一个用户的容量或虚拟机不是预先部署网络服务，同时小型工作的规模通常可以适用于一个单一的的虚拟机，但是大型工作的规模可能需要一个可以动态扩展的架构，从而适应更多不同的需求[6]。

适当策略的选择取决于其他几个因素，包括虚拟实验室的目的和目标云能力，这是我们重点考虑的问题，具体见表1所示，这些问题没有统一的答案，但很大程度上依赖于目标虚拟实验室。根据特定的实验室决定什么是可以接受的答案，然后帮助引导无数的技术和执行有关的选择。此外，我们将讨论各种计算和数据配置，从而适应这些策略。

表1 设计虚拟实验室时需要考虑的功能性设计问题

3.2 虚拟实验室具体设计

根据上述问题，我们设计并提供一个虚拟的实验室需要结合各种复杂的软件，从而满足所需的存储和处理资源需求[7]。虚拟实验室的预期用途，有很多选择使用适当的云资源。表2提供了一个计算容量的方法以及每个选项的优缺点。

表2 虚拟实验室配置策略

图2 实验室部署流程图

3.3 虚拟实验室部署方法

根据虚拟实验室的可用资源和要求不同，进行个性化配置，以满足不同的使用需求。因此，根据虚拟实验室的预期目的，选择合适的部署模型很重要。本文提供了一种部署模型选择方法，根据用户的需求，确定最终的部署方法，流程如图2所示。

(1)集中管理的资源是一个虚拟实验室，它是社区的公共服务。通常可以作为一个门户网站，这个虚拟实验室从用户需要很少或没有，设置并且允许用户随时利用虚拟实验室所提供的资源。

(2)独立的图像代表一个功能的完整版本虚拟实验室的小包装。用户需要对云提供商进行适当的访问。该图像是可用的，必须亲自推出虚拟实验室的实例；各种发射器应用程序可以使它成为一个简单的过程。

(3)持久的短时间可伸缩集群

是虚拟实验室图像的动态可伸缩版本，且有更多的服务来处理基础设施缩放比例。这些服务用于提供虚拟集群，在运行时利用云用于缩放的提供者服务。

(4)可伸缩集群具有相同的一个短暂集群的特征以及升级运行服务的能力。升级通常由集群管理软件进行处理。

除了硬件和功能要求之外，建立虚拟实验室还有其他管理的技术和管理决策方面影响其部署。使用虚拟实验室的主要吸引力之一是交付给用户高级的软件即服务。其作用是部署的服务提供的功能发挥作用。

4 小结

随着云计算基础设施的日益增长，虚拟实验室的概念能够执行开放式数据的复合平台分析，其将成为一个普遍使用的云资源平台。实验室的技术和管理决策在可行方案之间更有效，更有利于管理。未来人们期望虚拟实验室将继续朝着更多方向发展，比如快速集成的快速部署系统能够使用用户访问数据。容量、自动化解决方案和服务器的运行平台也是未来的关键技术，为虚拟实验室奠定了发展方向。