基于云计算的高校计算机类实验室建设研究

孔燚

摘 要：通过对目前高校计算机实验室的存在的问题分析，将云计算技术引入算机实验室建设，可以解决目前计算机实验室中管理难度大、资源利用率低等问题。文章分析介绍了多种云计算的技术方案优缺点，结合高校计算机实验室的实际情况，提出了一种采用混合式云计算技术架构的计算机实验室建设方案。

关键词：云计算;虚拟化技术;实验室建设

0 引言

随着信息网络技术的高速发展，计算机在各个领域得到了很好的应用。作为培养高端人才的高校，均要求学生能够熟练运用计算机进行专业学习。高校的计算机实验室承载着学生学习各种计算机网络技术知识的工作，是学生学习、实验、实践的重要基地。随着高校扩招、专业人才培养方案的调整，计算机实验室也面临着资源不足、设备更新换代快、管理困难等诸多难题，如何解决这些难题，成为当下高校实验室技术管理人员的重要任务。

1    高校计算机实验室的现状和存在的问题

近年来，各高校根据人才培养的需求，在相关专业推出了很多计算机应用方面的课程，并投入大量的资金进行计算机实验室的建设，计算机实验室建设的先进性和实验室的管理水平直接影响着师生教学活动能否正常开展。目前，高校的计算机实验室在管理维护和使用过程存在一些问题。

1.1  建设成本高、使用周期短

随着信息及时和网络技术的高速发展，计算机软件和硬件还有网络的更新越来越频繁，以适应高校人才培养的需要，计算机实验室使用周期也越来越短，无法满足日益增长的教学应用需求，建设成本也不断增加[1]。

1.2  管理工作繁重、难度大

目前高校计算机实验室基本采用传统的计算机部署模式，即在每个桌位配备一台计算机硬件设备，在这台计算机上安装独立的操作系统和应用软件系统[2]。每个计算机实验室都需有技术人员来进行管理和维护工作，需花费大量时间和精力在安装和部署操作系统及软件程序等应用环境;同时临时性的软件升级变更、系统补丁更新等维护工作，管理技术人员工作量极大，增加了日常管理及维护的成本。

1.3  实验室开放共享受限制

由于实验室管理技术人员的不足，以及寒暑假等法定节假日特殊情况，实验室基本处于闲置状态。而很多实验必须依靠实验室的计算环境，进行相关实验操作。

2    云计算技术在高校计算机实验室中的应用优势

云计算主要通过虚拟化技术来实现各种应用，虚拟化技术打破了固有的物理硬件之间的隔离，将网络中所有的设备统一管理，形成共享资源池，通过管理程序将这些资源当成一个实体来管理[3]，从而实现资源分享、资源定制和按需服务。在高校计算机实验室中，云计算主要发挥着如下的应用优势。

2.1  降低实验室建设成本，有效利用资源

云计算计算机实验室将硬件设备集中管理、按需分配，当客户端电脑性能不足时，只需将云端服务器集群的资源进行升级扩展即可。计算机实验室对电脑客户端的性能要求不高，可充分利用一些面临淘汰的计算机设备，减少实验室建设的硬件成本，提高设备的利用率。

2.2  方便实验室管理和维护

运用云计算技术将实验室的软硬件资源统一管理，大大减少管理人员升级和维护系统的工作量。管理人员在更新维护系统时，只需在服务器上进行操作，而不需逐台更新，节省系统应用的部署时间，降低人力资源费用和管理成本，提高管理效率。

2.3  突破实验室使用限制

将实验室接入校园网或者互联网，师生可以利用不同的客户端登录云端，可以享受到云计算所提供的虚拟桌面及软件环境。所有数据都存储在云端，学生可即时学习，教师可即时备课或者进行科研，享受到实验室的计算资源[3]。

3    主流的云桌面技術

3.1  VDI技术

虚拟桌面基础架构（Virtual Desktop Infrastructure，VDI）技术是基于各种虚拟化技术（KVM，XEN，VMware，Hyper-v），在服务器硬件资源进行虚拟化，然后通过高速网络，把“桌面”实时传输到终端上，用户在终端可实时对云桌面进行操作。

VDI架构的系统客户端的计算和文件存储工作均在服务器端完成，每个客户端的CPU、硬盘、内存资源由服务器端按需分配;系统安全性很好，所有的计算和数据存放都在服务器端。但VDI非常依赖网络，网络中断系统就不能使用，如果虚拟系统数量过多，客户端分配的计算资源有限，影响客户端的性能。此外VDI系统外设兼容性略差于传统PC电脑，3D和高清视频应用方面也有限制，需要GPU显卡支持，方可完成简单的3D渲染。

3.2  VOI技术

虚拟操作系统架构（Virtual Operating-system Infrastructure，VOI）架构虚拟终端电脑的操作系统，将终端电脑的操作系统镜像保存在服务器上，服务器根据用户需求下发操作系统镜像，随后操作系统在终端电脑硬件上独立运行。VOl架构终端操作系统直接运行在本地硬件上，省略了本地虚拟化。

VOI架构没有虚拟化层开销，计算机性能没损耗，客户端对外设和其他设备兼容性好，对服务器性能和网络依赖不高，即使网络中断、服务器故障，各终端仍然可以继续使用。但VOI架构主要支持PC终端，不支持其他终端接入。此外，终端硬件配置种类多，系统兼容性不好，管理维护工作也比较困难。

3.3  IDV技术

智能桌面虚拟化（Intelligent Desktop Virtualization，IDV）架构由英特尔公司（Intel）率先提出，其工作原理是在终端本地安装相关的虚拟化管理程序，虚拟机镜像在服务器集中管理，在终端的虚拟化管理程序上运行。

IDV架構的采用分布式计算，服务器只用来控制和管理，服务器成本较低，镜像存储在本地，支持离线使用。此外，不支持按需分配、不支持多终端接入。

4    混合式云计算架构的计算机实验室建设方案

每一种云计算架构都有各自的优点和缺点，但高校计算机实验室需求复杂，既要考虑学校各专业师生的上机实验、移动教学、课外开放等个性化、多元化应用需求，又需要考虑管理维护、建设成本、扩展性等综合因素，故能够融合多种云技术架构建设的计算机实验室建设方案是比较切合实际应用的。

目前武汉噢易公司推出的桌面云融合平台，是一套融合VOL和VDI、IDV技术，将多种技术架构融合在同一平台，可满足多种场景多种应用需求的桌面云融合平台。混合式云计算架构桌面云融合平台突破了VOI和VDI的技术界限，同时具备VOI/IDV桌面的高性能、VDI桌面的可移动特性，并通过统一的Web视图管理界面、良好的交互体验实现电脑桌面、设备、机房实验室的统一管理和集中运维。该方案的系统架构如图1所示。

该系统包括基础设施层、平台层、桌面层、终端层、用户层5层架构，并通过单一的融合管理平台实现对用户桌面、终端设备、专业机房统一管理和集中运维，从而大大降低管理运维难度，打造新时代的桌面云计算实验室，在平台架构和技术形态上，实现易管理、可扩展、高弹性、可开放共享的IT 服务资源平台。

5    结语

云计算技术给高校计算机实验室建设带来诸多便利，各高校相关实验室管理部门和使用单位应懂得通过云计算的信息化技术改善实验教学环境，推动高校实验室建设走向云时代。云计算技术能给计算机实验室的管理维护以及实验室开放共享等提供很多的便利，同时也对实验室的管理维护人员专业上提出了更高的要求，需要熟练掌握云计算实验室系统的操作以及各种配置和故障处理等。

[参考文献]

[1]李艳华.高校公共机房建设和管理的思[J].实验室科学，2007（6）：111-113.

[2]翁国秀.云桌面技术在高校计算机实验室建设和管理中的应用[J].信息与电脑（理论版），2012（1）：110-111.

[3]王梅源，郑双怡，张劲松，等.基于“云”的信息管理实验室建设分析与思考[J] .实验技术与管理，2015（11）：251-256.

（编辑 傅金睿）

Research on the construction of computer laboratory based on

cloud computing in colleges and universities

Kong Yi

（Training Center of Animation and Digital Art College， Communication University of Zhejiang， Hangzhou 310018， China）

Abstract：Through the analysis of the problems existing in the current computer laboratory in Colleges and universities， the introduction of cloud computing technology into the construction of computer laboratory can solve the problems of difficult management and low resource utilization rate in the current computer laboratory. This paper analyzes the advantages and disadvantages of a variety of cloud computing technology solutions， combined with the actual situation of university computer laboratory， puts forward a computer laboratory construction scheme using hybrid cloud computing technology architecture.

Key words：cloud computing; virtual technology; laboratory construction