虚拟云技术在计算机实验室建设管理中的应用

孙 涛，乔志和，李 娟

(大庆师范学院 ，黑龙江 大庆 163712)

0 引言

高校计算机实验室是培养计算机专业应用型创新人才的重要场所，在信息技术高速发展的今天，传统模式下的计算机实验室建设和管理无法满足教学、科研的需要。目前，高校计算机实验室存在以下三方面问题：

1)建设成本高，使用周期短，淘汰率高。高校计算机实验室的软硬件设备采购是一笔巨大的开支，但随着计算机技术的不断发展，原有的硬件配置不能满足运行要求，往往在投入使用3～5年内又需要更新和升级，甚至被淘汰，造成了严重的资源浪费。

2)实验室利用率低、实验资源共享度低。传统计算机实验室通常是以专业为单位使用，只安装相关专业软件，仅能完成有限的几门课程的实验教学，存在实验室利用率低问题；传统实验资源受时间、场地限制往往只能在实验室才能使用，实验资源共享度低。

3)实验室管理维护效率低、效果差。在传统的实验室管理中实验教学、科研、考试、培训等随时需要安装、维护不同软件，给实验室管理人员带来了大量繁琐的重复性劳动。尤其在学期中期，实验室空闲时间少且短，管理人员很难对实验室进行集中管理和维护，仓促的维护造成实验室管理维护效率低，效果差，影响了实验教学、科研、实验室开放等效果。因此，计算机实验室建设与管理需要不断改进。

1 虚拟云技术介绍

云计算(Cloud Computing)至今仍然没有统一的定义，但NIST(美国国家标准和技术研究院)提出的定义是目前得到广泛认同和支持的定义。云计算是一种能够通过网络以便利、按需的方式获取计算资源(包括网络、服务器、存储、应用和服务等)并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以简便和无人干预的方式获取和释放资源。[1]云计算体系结构的主要由资源层(IaaS)、平台层(PaaS)与应用层(SaaS)组成。[2]

图1 SPI云计算体系结构图

虚拟化(Virtualization)是为某些对象创造的虚拟版本。它是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽象前资源一致的方法访问抽象后的资源，可以为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看和维护资源，包括服务器虚拟化、存储虚拟化、应用虚拟化、平台虚拟化、桌面虚拟化。虚拟化技术是将各种计算及存储资源充分整合和高效利用的关键技术[3]。

2 基于虚拟云技术的计算机实验室

2.1 构建虚拟云计算机实验平台

参照云计算的体系结构结合虚拟化技术对实验室网络重新进行规划和设计。构建虚拟云计算机实验平台结构图如下：

图2 虚拟云计算机实验平台结构图

该方案使用Vmware Vsphere和Vmware View软件实现对硬件设备虚拟化、操作系统桌面虚拟化、应用软件虚拟化、配置工具虚拟化、系统管理自动化。Vmware Vsphere负责将物理硬件资源CPU、内存、网络适配器、硬盘等设备进行虚拟化并形成虚拟化资源池；虚拟化管理员提前根据实验项目所需操作系统和应用软件制作出不同的虚拟桌面模板；使用Vmware View中的View Connection Server管理功能，为不同的实验室选择适合的虚拟桌面模板，根据模板批量生成数量足够多的虚拟系统VM和对应的登录账号、密码，这样可以构建出个性化需求的实验环境。

学生在实验室使用登录帐号可以在安装有云客户端的瘦客户机、pc、笔记本等设备上访问远程虚拟实验室中的虚拟系统进行实验。实验室外部的用户在获得登录权限后可以使用云客户端在任意时间访问虚拟实验室资源，实现实验资源高度共享。由于实验资源保存在云端服务器上，使用人可以在任何实验室通过云客户端访问实验资源，提高了实验室的利用率。

2.2 虚拟云技术计算机实验室与传统计算机实验室优劣比较研究

在实验室建设管理中虚拟云技术构建的实验室具有传统实验室所不具备的优点：

(1) 投入资金少，效益高。虚拟云计算机实验室在建设中需要购买多台高性能服务器、海量存储和瘦客户机终端设备而传统计算机实验室则需要购买大量计算机等设备。表1对在不同时期两种实验室所需建设资金、设备升级、维护资金投入进行了对比。

表1 虚拟云实验室和传统实验室资金投入对比

从表1可知虚拟云计算机实验室在建设初期资金投入要略高于传统计算机实验室，但在中、后期由于虚拟云计算机实验室使用的瘦客户机性能稳定故障率极低，管理人员只需维护、升级少数的几台服务器即可；而传统计算机实验室需要对每一个终端计算机进行维护、升级，所需资金远高于虚拟云计算机实验室。

(2) 利用率高，实验资源共享度高。传统计算机实验室实验资源如：正版行业软件(Visual Studio系列、PhotoShop)，大型数据库软件(Oracle、SQL)，专业实验软件等，由于版权等因素只能实验室内部的计算机上使用，使用者受实验室和开放时间限制无法随时使用这些资源。而使用虚拟云技术的计算机实验室的实验资源全部放在服务器端，不受实验室的时间地点限制，只要在有云客户端的终端设备上登录即可使用，增加了实验室的利用率，实现了实验资源高度共享。实验室可以为学生提供更多样化的课程。

(3) 实验室管理维护方便、快捷、高效。虚拟云计算机实验室与传统计算机实验室的管理维护有很大不同，表2进行了对比。

表2 虚拟云计算机实验室与传统计算机实验室管理维护对比

由表2可见，虚拟云计算机实验室采用了新的实验室的管理模式，大大减少了实验室管理人员的日常维护工作量，提高了实验室管理维护效率。

虽然虚拟化计算机实验室有很多传统计算机实验室无法比拟的优势，但它目前存在一些不足：

(1) 管理维护操作难度高，与传统实验室管理不同，虚拟云计算机实验室由于所有资源在服务器端被虚拟化，虚拟资源的配置、管理相对难度较高，管理人员对虚拟化和云计算技术的熟悉程度决定了虚拟化计算机实验室的管理维护效果。

(2) 三维图像处理能力有限，服务器硬件资源经过虚拟化后三维图像处理能力十分糟糕，使用专业三维图形图像测试软件3Dmark进行测试，在占用大量CPU资源情况下仅能发挥出真实硬件的30%性能，可见虚拟计算机实验室无法完成需要大量三维图像处理的实验如3Dmax、AutoCAD等三维制图软件。

3 结语

本文针对传统计算机实验室搭建实验环境时存在的不足，提出使用虚拟云技术构建虚拟云计算机实验平台，并采用比较法对传统计算机实验教学平台和虚拟云计算教学实验平台进行比较研究，最终实现了计算机实验资源的虚拟化并以云的形式供用户不限时间、地点自由访问使用。它为实验教学及科研工作等提供了更加多样、安全、稳定、自由的实验环境，降低了实验室的建设资金，提高了实验室的管理维护效果。提高了实验室的实验资源利用率。虚拟云技术在实验室建设中的应用前景十分广阔。

[参考文献]

[1] 周洪波.云计算: 技术、应用、标准和商业模式[M].北京：电子工业出版社，2011：19-20.

[2] 戴元顺.云计算技术简述[J].信息通信技术,2010,4(2):29-35.

[3] 吕斯特.虚拟化技术指南[M].北京:机械工业出版社,2011：75-76.