基于云计算的虚拟计算机实验室设计

董愫铭

（山西工程科技职业大学 山西省太原市 030006）

通过虚拟计算机实验室的创建，能够使新时代人才综合素质和能力得到提高，进一步提高试验效率和质量，促进我国信息技术发展。其次，在现代社会下也提高了信息类人才的需求，设计的虚拟计算机实验室备受人们的喜欢。以此表示，对此方面进行研究尤为重要[1]。

1 云计算在计算机实验室管理中的应用优势

1.1 资源统一管控

根据传统方式对计算机实验室进行管理，要投入大量的物力、人力，会出现设备更新不及时、管理不全面等问题。创建云计算管理平台能够使实验室教学资源为云端集中管理、维护和部署，避免计算机设备存在软件问题。另外，针对教学软件和环境，能够在云端操作部署同步到客户端实现更新，使传统人工更新环境的问题得到解决，使维护工作量得到降低。

1.2 降低管理费用

设备能够保证实验教学效果，降低计算机实验室设备的购买费用，采购设备要使用超过五年。在信息技术不断发展的过程中，计算机学科教学对于设备的要求也在提高，原本采购建设方案会导致设备出现浪费或者跟不上的情况。通过云计算管理平台，只需要合理升级配置云服务器就行，针对特殊行业需求购买高配置设备，使计算机实验室管理费用得到降低。

1.3 提高服务保障

云计算管理平台能够为管理人员提供良好个性化服务和远程技术服务，对于计算机实验室的问题和使用者错误操作等情况，管理人员能够利用云计算平台使无人使用设备关闭，使设备使用寿命得到提高。另外，还能够使计算机设备BIOS 掉电时启动系统，假如网络出现问题，以平台所提供的本地操作系统和本地缓存系统数据将系统启动。

2 云计算概述

针对云计算定义并没有统一的说法，一般称之为服务的交付与使用模式。网络使用按需、易扩展的手段得到需要的服务，此服务和软件、互联网相关，还能够是其他服务，图1 为云计算架构。

图1： 云计算架构

云计算技术体系结构的重点为资源池层和管理中间层，云计算系统能够以自身服务实现科学分类，其中包括提供平台的系统(PaaS)、提供软件服务的系统(SaaS)、基础设施服务系统(IaaS)。接口使用标准方式定义，和服务硬件平台、操作系统、编程语言对比来说是独立的，从而赋予构件在不同系统之间能够使用统一方式进行交互。一般，云服务是通过Web 方式实现的。针对云计算系统层次来说，使用云存储、云计算等方式所提供的网络服务，包括计算类、存储类两种。云计算根据信息服务自动化技术，使资源封装成为服务为用户提供，并且根据标准方便服务的开发与交互，使客户服务上线时间降低[2]。

虚拟化技术通过广义层次来说，虚拟化技术为逻辑简化技术，使物理层复杂性屏蔽，实现物理层到逻辑层变化。通过外表来说，系统就是简单逻辑形态。虚拟技术被广泛应用到编程语言、计算机操作系统中，使单个资源划分成为多个虚拟资源。比如，单一服务器支持多个虚拟机在多操作系统中运行，使多资源合并成为一个虚拟资源[3]。

3 虚拟计算机实验室的设计

3.1 模型设计

通过云计算技术不需要将数据、软件等放到本地计算机中，能够使其放到云中，通过数据中心为用户提供数据存储等服务。针对用户来说，只需要定制云服务，登录之后就能够使用服务[4]。

3.1.1 物理资源层

物理资源层主要包括物理机、存储器和通信线路等资源，能够通过网络连接，对资源进行共享。云计算系统的资源共享包括计算、存储、网络等资源，在实验室创建过程中的内容包括工作站、交换机、PC 机和服务器等。本文利用高校局域网的内部设备实现云的创建，包括多个高校设备[5]。

3.1.2 云管理层

云管理层能够实现云安全、云数据、云资源的管理，资源管理平台建设中间件能够实现虚拟资源层的资源管理，包括维修、删除、增加等。另外，还能够实现资源建设管理调度和复杂均衡，提供给上层应用的安全服务。运数据管理能够维护云平台数据，对实验数据、软件数据的安全性进行保证，安全管理通过网络、数据和访问等实现。

3.1.3 虚拟资源池

通过不同的技术实现同构虚拟资源池的创建，屏蔽复杂性的物理资源，转变物理资源为逻辑资源。整合物理资源为位置、事物无关的方式，之后实现调用，提高资源的使用率，使管理的复杂度得到降低[6]。

3.1.4 云客户端

云客户端利用应用技术能够封装云计算能力的标准Web Service 服务，使用户以自身需求对SaaS 平台个性化配置，并且还不会影响到其他用户的使用。云客户端能够为云计算应用和用户提供统一接口规范，在计算机虚拟实验室模型设计中，云客户端利用应用程序和浏览器接口，所以云客户端能够快速的访问云中资源。云客户端在实验室终端计算机中安装，对于计算机硬件要求并不高，各高校不需要在本地终端投入资金，就能够使用与你算平台的信息资源[7]。

3.2 资源管理功能

虚拟实验室的可供访问资源包括操作系统、数据库、硬件、开发平台等资源，资源镜像为软件栈结构，包括：使用VM 的Hypervisor 层或者底层操作系统；应用软件；运行在操作系统上的中间件层。图2 为典型镜像栈，栈中的内容能够以用户需求减少或者增加栈层次，系统使用服务存储、注册、检索与访问等方式管理镜像资源服务[8]。

图2： 典型镜像栈

资源预约服务器能够安排资源的日常，针对用户请求，以管理节点所反馈的资源信息对最优调度方案进行反馈。其能够实现用户/用户组权限的分配、资源预约、镜像管理和管理节点的通信，并且实现资源预约汇总统计。另外，预约数据库除了物理资源镜像描述信息，还包括用户分组、信息、权限与资源访问等信息，并且保存相应系统日志信息。管理节点能够对物理PC 机或者刀片服务器进行检测，重新装载镜像，预留资源，对用户连接情况与镜像加载状态监控等信息进行提示，准备镜像运行环境。镜像库保存管理节点所辖范围的物理资源信息和应用镜像信息，能够实现镜像版本控制。

创建虚拟计算机实验室环境的目的就是满足项目、课堂或者科研对于实验环境需求，在校园网内部运行，整个实验环境内部对于最终用户都是透明的，用户只需要利用互联网浏览器就能够预约资源。成功预约资源后，利用远程桌面程序RDP 实现资源访问和调用。在资源连接与访问过程中，利用标准远程桌面协议实现。其次，系统定义虚拟计算机实验室的座位概念，使系统能够满足单个on-dermand 作用，还能够在团体中使用，比如物理教室的课堂教学、群体协作与团队开发等[9]。

3.3 服务器端设计

3.3.1 虚拟池设计

为了使虚拟机启动速度缓慢问题得到解决，在服务器端的独立服务器中设置虚拟机缓存池，根据虚拟机使用策略启动虚拟机作为缓存，后续虚拟机用户使用排队策略，实现代码为：

7 Get Queue Number(env.Configld)：0)；

3.3.2 负载调度设计

虚拟实验室在运行的过程中会出现用户端大批量部署实验环境的情况，在用户请求不断增加的背景下，各服务器负载也在增加，服务器端会遇到磁盘、带宽、CPU、磁盘容量等问题，假如没有负载调度系统的支持，就会对虚拟机运行速度与使用效果造成影响，所以要实现各服务器的负载均衡，实现资源最大化使用。基本负载均衡思想为：

自动获取服务器群状态，以用户需求使用户请求在小负载服务器中分配，使瓶颈资源根据影响程度排序权重，权重排序为内存、磁盘、磁盘容量。

基本算法为：在启动负载调度系统的时候，得到的服务器基础状态并且在内存中缓存，通过服务器将虚拟机启动，有效使用虚拟机，对服务器状态进行计算，根据权重排序，使用最大权重的服务器实现启动操作。在删除的过程中时利用最小权重服务器删除，定时通过各服务器得到服务器真实状态，校正内存中缓存状态，对服务器资源安全性进行保证[10]。

3.3.3 服务器自动化操作

服务器能够实现虚拟机的打开、新建、毁坏、关闭等操作过程，要求有NET 程序进行对应，此程序能够利用NET 程序进行控制，通过WCF 在服务器中发布构成程序。NET 程序要根据Wmi 接口实现，通过编程方式寻找操作系统管理信息。每个组件都要设置接口，VMI 为Hyper-v 的接口，远程操作虚拟机。在多种事例中，Msvm Computerservice 为虚拟机事例，能够使虚拟机状态得到改变，并且包括虚拟机等装备信息。

利用Msvm_Virtul System Manangemetn Service 对虚拟创建进行完善，实现虚拟机配置的修改。所产生的每个事物都有自身过程，构成虚拟机的过程为配置虚拟网络、虚拟机。第一个步骤为新建Msvm Computerservice，从而得出虚拟机事例；第二步为组件Msvm_Virtul System Manangemetn Service，和虚拟机对象关联，数据来源用户，根据数据实现虚拟机装配、虚拟磁盘和虚拟网络的配置。

4 结束语

综上所述，在新时期背景下，促进了我国云计算技术的发展。但是，也随之产生了新的挑战，相关单位要重视此新型的服务模式，加强基于云计算的虚拟计算机实验室的研究，以此带来更多的积极影响。