云计算对高校实验室建设的影响
摘要：分析了我国高校传统实验室建设中存在的问题，介绍了云计算的定义及优势，在此基础上分析云计算应用到高校实验室建设的优势，给出了基于云计算高校实验室建设模式，为高校建设现代化实验室提供重要的理论支撑。
关键词：云计算；实验室建设；虚拟实验室
中图分类号：TP308 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0148-02.
1 传统高校实验室建设存在的问题
1.1 实验室基础设施建设投入的成本越来越高
高校教育专业飞速地发展，导致了学生专业课程设置对计算机的软硬件配置要求越来越高，尤其是艺术类专业更是如此。由此带来的结果就是原来的硬件设备无法满足教学需要而闲置，而购入新的设备又需要大量的资金投入，增加了学校的开支。同时，为了使得基础设施正常平稳的运行，需要越来越多的工作人员经常对实验室的计算机、服务器等终端设备进行维护和更新，对计算机硬件进行升级时都需要分别操作，工作量大，而且投入的成本较高，造成很多资源闲置；为确保计算机的系统安全，需要对每台电脑分别进行杀毒；软件升 级时，进行频繁的操作，浪费人力物力。
1.2 实验室设备使用频率不均衡
学校购买大量计算机，由于不是同一时间段购买的，就会出现实验室的机器配置不同，而高校基本都是根据实验室的硬件配置高低来安排实验教学课程，配置低，旧机器的使用频率相对较低；配置高的新机器使用率很高，甚至超负荷运行。造成部分电脑空闲 CPU 及硬盘空间浪费。这就出现计算机硬件不能充分发挥作用，因而造成教育资源的浪费。
1.3 数据信息的安全性受到影响
计算机病毒的防治一直是实验室管理人员管理过程中面临的难题。由于高校多数实验室都是公用的，存在存储 介质与计算机的交叉使用，而实验室一般都处于一个小型局域网中，计算机病毒很容易通过局域网来传播，这会导致极其严重的后果，受到病毒感染的设备不能正常使用，甚至会使教师和学生的实验数据遭到破坏，无形中增加了管理人员管理和维护的工作量，同时对机器硬件也有一定的损耗。
为解决上述问题，我们将云计算的概念引入到高校实验室建设中，利用云计算优化产业布局、推进专业分工，提升资源利用率、分布式计算模式及云计算技术的优势，将高校实验室建设所需的教学资源、软硬件资源、计算资源等汇总到云系统中，达到资源的充分共享和合理利用。
2 云计算的优势
云计算在提高资源利用率、降低运行成本和安全方面有着巨大的优势。在云模式下，以前那种各自为政的资源建设模式将会被推翻，取而代之的将是全球的IT资源的高度整合，实现真正意义上的信息共享。云计算的这种模式既节省了大量的人力和财力，信息资源又发挥了其最大的效益。同时，云计算特有的自动化管理将会使计算机数据中心的管理成本大幅度降低：云计算的基础设施可以建立在电力资源丰富的地区以降低能源的成本，公用性和通用性使物理资源的利用率将会得到大幅度的提升。而且，云计算在工作工程中增强了资源的可靠性和安全性，通过使用了计算节点同构以及多项数据多副本容错等安全措施，从而轻松实现互换等措施来保障服务的高安全性，在使用中会发现云计算将远远比使用本地的计算机更加具有安全可靠性。
云计算通过互联网提供的服务主要划分为基础设施即服务、平台即服务以及软件即服务[2]。基础设施即服务会提供硬件基础设施部署服务，在高校实验室平台建设中，可以按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络等资源。在使用基础设施即服务过程中，基于云计算高校实验室平台需要向基础设施即服务提供商提供基础设施的数据信息，将会运行于基础设施的程序代码和相关的基于云计算的各高校实验室平台数据。
平台即服务可以提供数据信息管理服务与应用程序的部署，也是云计算应用程序运行环境。如果通过平台即服务层的开发语言和软件工具，那么应用程序的开发者就仅仅只需要上传程序代码和数据即可使用服务，而不必再花费精力去关注底层的操作系统、网络资源、数据存储的大量的管理问题[3]。软件即服务是基于云计算基础平台所开发的高级应用程序[4]。对于解决高校的信息化问题的方式，高校将通过租用软件即服务层服务来予以解决问题，如高校通过某个网站电子邮件建立属于本高校的电子邮件服务功能。该服务将托管于该网站的数据中心，高校不必独自考虑承受服务器的管理、维护问题。
对于普通基于云计算的高校实验室平台来讲，软件即服务层服务会将桌面应用的程序迁移到互联网，即可以实现解决应用程序的访问问题。
3 基于云计算的高校实验室建设模式
云计算的最终目的是向用户提供便捷、易于获取的服务。
基于云计算提供的定义及优势，并结合高校实验室建设的特点，构建云计算下的高校实验室建设模式：
（1）虚拟资源池。云计算的关键是虚拟化的资源池。利用虚拟软件在现有实验室物理主机上将虚拟机虚拟出来，将 虚拟的内存、CPU 硬盘等设备以及网络资源进行动态分配。
每一个虚拟机都可以运行不同的操作系统及配置不同的应用程序来完成不同的任务。同类型的物理资源通过各种不同的技术方法屏蔽了其复杂性而构成虚拟资源池，这样可以降低维护管理的复杂度，实现资源的按需动态分配，提高了资源的利用率，从真正意义上实现了从物理资源向逻辑的转化。
（2）资源共享。云计算系统的物理资源层主要指实际存在的底层硬件设备，包含 PC、服务器、工作站、交换机，存储器等物理资源，这些资源可以通过互联网技术和并行技术分布式技术，组成了云计算系统中的“云”，实现资源共享，包括计算资源，存储资源和网络资源等的共享。物理资源中的资源不受时间和空间的限制，可在网络的任意地方，目前主要使用的是局域网内的设备，以后也可以扩展到多个高校的设备，组成更大的云，从而提供更强的处理能力。
（3）云客户端。云客户端的作用是为云计算应用和用户提供统一规范的接口，最常见的云客户端就是网络浏览器，如 IE，Firefox 等，用户通过这些云客户端可以便捷地访问“云”中的各种资源。因为云客户端对于机器的硬件要求不高，在高校实验室建设的过程中，我们仅仅需要在每一个实验室的终端计算机上安装云客户端就可以访问云计算虚拟资源池中的各种资源，而不需要花大量的资金来建设高性能的实验室。
（4）管理系统。云管理层有四大功能：云数据管理、云资源管理、负载均衡管理及云平台的安全管理[4]。云数据管理主要是对数据的保存、维护和保护；云资源管理是对虚拟资源层中的虚拟资源进行管理，如如何分配虚拟资源、添加、维护、更新、删除虚拟资源以及监控资源的状态等。负载均衡管理是根据资源的状态，按照一定的策略进行负载均衡工作，它包含了任务的调度及进程的迁移等。云平台的安全管理是对计算机以及云计算软件平台上的资源数据、用户数据、系统数据、软件数据等进行加密、保存和维护等，对用户的数据提供安全性保障。
4 结语
云计算的发展和应用将会为高校实验室建设模式带来全新的变革，通过云计算技术建设的实验室不仅能解决高校硬件投入不足的问题，为高校节约购买和维护成本，节约大量维护和升级操作系统和应用软件的费用，而且还能提高资源利用率，促进高校科研教学水平的发展。但在云计算模式下建设的实验室对网络带宽和信息安全性提出了更高的要求，这是摆在高校实验室建设者和管理者面前的挑战和考验。
参考文献：
[1] 陈国良,孙广中,徐云.并行计算的一体化研究现状与发展趋势[J].科学通报,2009,54(8):1043-1049.
[2] 刘黎明,王昭顺.云计算时代.北京:电子工业出版社,2014.
[3] 郭齐江.SaaS 模式的高校信息化公共服务平台[J].天津科技,2007,4(3):5-6.
[4] 张为民.云计算与教学平台建设[J].深刻改变未来,2004,9(4):66-70.
