云计算环境下高职院校计算机实验实训室建设浅探

王祖析

（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412004）

云计算环境下高职院校计算机实验实训室建设浅探

王祖析

（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412004）

分析了高职院校计算机实验室的现状及存在的问题，介绍了云计算技术支撑下计算机实验室架构、云计算体系结构。为了有效解决传统实验室的诸多问题，构建了云环境下的计算机实验室，具有传统实验室无可比拟的优势，改变了计算机实验室建设管理理念，革新了计算机实验室管理方式，解决了院校计算机实验室建设成本高、设备维护难度大等问题，并有效提高实验室的实验资源利用率，为实验实训教学提供多样、动态、稳定、安全的实验环境，达到高效的实验教学效果。

云计算；计算机；虚拟化技术；建设模式

长期以来，对高职院校计算机实验实训室建设的标准为计算机台套数、万元以上设备数量和实验室利用率等几个指标，与其他实验室的评价指标没有区别，目前，大多数院校的计算机实验室，尤其是软件类实验室没有特色，几乎都是简单地由电脑、网络设备组成的传统机房架构。在信息技术特别是云计算技术日趋成熟的阶段，如果继续沿用此类存在大量资源浪费的计算机类实验室的建设模式就不能发挥机房的最大功效，而且显得非常落后。但就计算机实验室建设情况来看，仍有大量的计算机实验室在按这种模式进行规划和建设。如何在云计算技术日益发展时期建设适应发展需求的高效的计算机实验室，是高职院校计算机实验室建设值得研究和探讨的问题。

1 计算机实验室存在的问题

传统的计算机实验室建设模式在机房的使用方面存在诸多缺陷，主要体现在以下几个方面。

1.1 实验室设备超负荷运转

目前，实践教学以计算机基础操作、计算机类专业实训为主要内容，随着信息化课程的增多，很多非计算机专业课程也要利用计算机进行仿真实验及实训，上机人次批次多，机房开放频次高，机房设备高负荷运转，各类教学软件不断升级，使得计算机实验室多数情况下不得不超负荷运作，造成设备折旧快，运行不稳定，缩短了计算机使用寿命，硬件设备使用周期短，故障频发，提升了相关设备的更新换代率。

1.2 数据安全存在隐患

计算机实验室属于共享资源，比如学生利用移动硬盘、USB设备等外接设备拷贝文件、程序，再在不同的机器上进行复制等操作，使病毒交叉感染风险增大，甚至使机器中毒而瘫痪。这无疑增加了实验室管理人员的工作量，对教学正常秩序也造成了极大的影响。

1.3 设备利用率低，资源共享性差

计算机实验室机器上安装必要的公用软件，对于各专业的不同要求通常安装相应的专业软件，但教学涉及的面非常广，有限的软件资源不能满足教学要求，这必然达不到教学效果，设备利用率也不高；在传统的实验室相关资源受时间、地点的限制，不能满足随时调用资源，无共享性。特别是多校区计算机资源难以共享，校区之间、校与校之间由于地域分散，虽然通过网络可以进行部分资源共享，但大多数情况下还是各自为政，致使各个校区都要进行功能重复的计算机实验室建设。

1.4 未做到即时维护，时效性差

计算机实验室中，由于硬件的不断升级、软件版本更新等经常使得机房管理者忙于硬件软件的安装调试，且学校每年都有大量的培训及各种上机考试，这些培训考试对机器的运行环境都很苛刻，因此，优化运行环境等也给管理人员增加了重复劳动；机房满负荷运转，无空闲时间，管理员很难进行集中管理和维护，在很短的时间进行维护也达不到理想的维护效果。

2 云计算技术支撑下计算机实验室架构

2.1 云计算体系结构

云计算结构是基于3种特殊的云计算服务模式，主要由资源层（IaaS）、平台层（PaaS）与应用层（SaaS）组成，3个层次的服务模式都具有流行、有效、灵活、用户友好等特征，在不同程度上可满足高职院校计算机实验室建设的需求。

2.1.1 SaaS模式

这种模式包括类似虚拟化桌面、各种实用应用程序、内容资源管理、电子邮件、软件及其他等软件部分。在此种模式中，云服务供应商负责安装、管理和运营各种软件，而客户则通过云来登入和使用他们。SaaS模式是较为简单的部署，学校只要从服务商处申请了云服务项目，就不需购买任何硬件，只需要从服务供应商处进行注册，获得账号、密码即可。SaaS模式使用户是一个完全独立的系统，如果连接到网络，就可以访问系统。

2.1.2 PaaS模式

在此种模式中，托管服务供应商通过提供工作平台来帮助客户，包括执行运行时间、数据库、Web服务、开发工具和操作系统，客户无需手动分配资源。PaaS运营商所提供的服务，不仅仅是基础平台，还包括该平台的技术支持服务，软件开发者可以在这个平台上建设新的应用或者扩展已有的应用。

2.1.3 IaaS模式

该模式中的主要设备有电脑、网络、存储、负载平衡设备、虚拟机等。这些服务于终端用户的软、硬件资源都可以按照教学需求来进行扩展或收缩。IaaS提供给用户的服务是对所有设施的利用，它不包括云计算基础设施，但包括终端使用的操作系统、按课程要求部署应用程序等。

2.2 虚拟资源层

虚拟资源层通过把多台服务器实体虚拟化后，构成一个资源池，实现共同计算，共享资源。虚拟化技术能够屏蔽掉物理资源的复杂性，物理资源对于用户而言是透明的，呈现在客户端面前的是简单的逻辑资源，它是云计算的核心。该层包括计算机终端设备、云服务器、网络交换设备等，也包括通讯线路、存储设备等物理资源，可以是一个校区的设备，也可以是几个校区甚至几个学校共享的设备，或从云提供商那里租用设备。所有这些地理位置分散的设备都通过网络连接实现资源的共享。各种硬件资源通过云计算虚拟化技术构成了多个虚拟资源池，从而构成了云计算的基础设施。

2.3 云管理层

云管理层的任务包括云数据管理、云安全管理、云资源管理、云用户管理等。云资源管理是最基本的管理，主要具有资源池管理、自动部署、资源调度等功能，服务器、存储设备和网络设备等物理节点的管理和资源管理平台相关紧密，该层主要对繁多的资源进行使用负载的平衡和各个进程的调度，避免因不均衡的负载出现资源分配失衡而造成死锁，为上层应用提供安全保证。云数据管理主要是要保证用户数据的安全性，通过严格、加密性好的管理机制实现对用户及云平台上的数据的保管和维护。为了保证云基础设施及其提供的资源能被合法地访问和使用，安全管理具有对用户数据、应用和账号等重要数据资源采取全面保护的机制和功能。

2.4 云客户端

规范、统一的用户技术接口是云客户端的一个显著特点，实验室用户利用云桌面终端借助众所周知的各种浏览器对课程教学和学习所需的计算资源进行方便、自由、快捷、不受时间地点限制的访问。每位用户都可以对自己的SaaS平台进行规划，进行个性化界面设计，以更好地适应自己的操作习惯，这些个性化的修改并不对其他云端用户造成影响。云客户端安装在实验室的终端计算机上，由于大量的计算任务依赖于云服务器，因此，终端计算机可以使用现有的性能不高的台式机或成本不高的客户机，可节省资金投入，避免技术问题的困扰，随时获得海量的资源访问数据。

3 计算机实验室建设理念变革

3.1 高效分配、合理利用资源

院校计算实验室不同于其他的实验室，除了有一般实验室属性以外，最主要的是它所承接的教学任务，机房上机主要有2种任务：①对计算机硬软件资源要求不高的课程提供平台，比如计算机应用基础、电商类课程等；②对计算机资源要求较高的专业，比如模具数控、汽车工程、电子电气、机械机电等专业设计课程提供实验实训平台。不同类型课程所需运行软件不同，机器性能要求不同，即对计算机软硬资源分配相差较大。在以往学校计算机实验室的建设中，为了满足各专业课程教学要求，在无法做到自动合理分配资源的情况下，计算机管理人员只能延长时间和增加任务量，不断进行优化调整计算机设备性能，满足教学需要，这势必会提高计算机实验室的管理及建设成本。

将云技术应用于计算机实验室的建设中，利用云技术优势可以做到合理分配课程所需的计算资源，甚至可以按照课程教学的要求优化分配计算资源。云技术的特点是借助云服务器为上机人员提供虚拟桌面系统，师生上机只需要登录互联网访问云服务器，同时，根据教学和学习要求进行选择，就可自动加载虚拟数据，即可实现虚拟桌面，这样的技术手段能使师生有很好的上机体验，且能按照老师与学生的操作习惯进行教与学，能充分达到预期的教学效果。

3.2 有效优化实验操作软件环境

教师在教学中会制作运行大量多媒体课件，这些课件都是运用不同功能的相关软件制作的，且课件是进行教学的必要载体，不同类型的多媒体课件制作要求存在很大的差异，计算机实验室的建设必须要考虑到不同专业课程的相异需求，比如存档文件的格式、对各种课件的支撑环境的差异。教师或学生在不同的电脑上操作，由于不同的环境就可能造成无法完整显示多媒体课件内容、作业等问题。为了保证上机环境的一致性，每台机器必须具有相同的软件运行环境才能显示完整的内容，这种僵化的机制必然对教学正常进行和机房维护带来诸多不便。在实验室中运用云计算技术之后，能很好地帮助师生将已经制作好或正在制作中的课件无缝转移到任何一台计算机终端上，可有效解决因软件环境变化而导致的课件、课程实验结果等无法真实呈现的问题。云技术能很好地支持实验上机的人性化操作，能做到完整地保存上机数据，甚至可记忆上机人员的操作习惯，且在师生出于某种原因进行机器转移后，无需重新适应新环境，不必重新制作多媒体课件和实验作业等文档内容，只要重新登录本人的上机账号登录系统，就可直接调用已经完成或因某种原因中断了的未完成的数据，接着处理未完成的数据、文档或设计内容，已完成的内容可以直接在桌面终端完整呈现。

4 结束语

要想解决传统计算机实验室建设存在的问题，高职院校计算机实验室建设从传统模式向基于云计算技术模式的转型显得非常迫切和重要。在学校机房建设资金紧张、上机环境要求多样的情况下，建设基于云计算技术支持下的计算机实验室，可以实现计算机实验资源的虚拟化并依托云的形式供用户不受时间、地点限制而实现自由访问使用，为实验实训教学提供多样、动态、稳定、安全的实验环境，降低实验室的建设成本和设备维护难度，并有效提高实验室的实验资源利用率，为学生提供更加广阔的学习空间。

［1］孙涛，乔志和，李娟.虚拟云技术在计算机实验室建设管理中的应用［J］.大庆师范学院学报，2013，33（03）.

［2］李荣.利用云计算技术构建高职院校计算机实验室［J］.电脑知识与技术，2013（23）.

王祖析（1965—），男，湖南双峰人，湖南化工职业技术学院教师，主要研究方向为计算机网络、实验实训教学与管理研究。

〔编辑：张思楠〕

TP399

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.019

2095－6835（2017）23－0019－03