高校云机房应用思考

2022-09-10

高校的计算机基础类、程序设计类、CAD与设计类等众多的课程教学均在计算机房的环境中完成。通常是每个院系都配备多间计算机房实训室, 主要特点有:一是机房的使用量大, 主要原因是大部分专业课程都与计算机相关, 均需要在计算机房教学, 并且机房的教学环境相对比较好, 教师很容易实现屏幕同步教学。以高职院校为例, 实训课程比得较大, 常出现整周实训的计算机类课程。二是服务教学对象多, 分别有授课时间段的班级学生, 课后时间段的兴趣小组, 各种各类的培训学员等。三是安装承载的软件多, 一个机房为了发挥最大的效能, 往往提供给多个专业教学, 尽量多安装各种专业软件。因此产生的软件与系统之间, 软件之间的兼容性也尤为重要。四是日常管理复杂, 要维护几十台安装软件众多, 学生资料存储五花八门的电脑来说, 本身就是一项复杂的工作。如在系统中再增加某个软件, 则更是困难。此外, 学校为保证机房教学运行正常, 需配备专人管理, 人力成本较高。

一、高校机房现状

高校机房根据人才培养方案与专业建设的要求按需建设, 是学校的教学资源之一。按课程性质看, 机房既是基础课实训室, 又是专业课实训室。按使用功能看, 机房既是教学实训室, 又是信息化应用场所。按设备价值看, 机房既是建设成本高, 又是设备升级更新快。以下从机房建设, 日常管理, 维护升级等方面讨论机房的现状。

(一) 建设现状

计算机房服务于教学工作, 是教师教学, 学生学习的场所。机房建设一般由专业开设的课程所决定, 比如“C语言程序设计”课程, 要求培养学生的程序开发的能力。因此, 需要满足学生能够进行编程开发的环境, 机房建设由此而来。机房计算机数量根据班级人数来定, 一般是50台。按目前主流品牌主机配置:I54核CPU, 4G内存, 1T硬盘来估算, 每台主机 (不含显示器) 成本在3000元左右, 一个机房电脑主机设备成本为15万元。

为管理方便, 机房一般都配备硬件保护卡或软件保护系统, 一是用于保护操作系统安全, 防止系统中毒和崩溃。二是用于重新部署时的数据同步。以每台主机进行授权, 一个机房的保护系统成本为2~3万元。一个传统机房的硬件成本为18万元。

(二) 管理现状

计算机房日常管理中包括系统安装与升级, 应用软件安装, 系统同步等方面。

系统安装与升级:频度较低, 一般是每个学期实施一次, 由于系统的重装导致所有应用软件的也要重装, 工作量较大。

应用软件安装:频度一般, 根据教师教学内容安装相关的应用软件, 两种方式安装。第一种是安装一个操作系统, 把所有教学应用软件全部安装, 其好处是管理相对简单, 坏处是应用软件增多导致注册表庞大, 加载应用的速度较慢, 用户体验较差。第二种是安装多个系统, 把教学应用软件平均到各系统, 其好处是用户加载速度较快, 用户体验较好, 坏处是管理相对复杂。

系统同传:频度高, 无论是系统安装与升级, 教学软件安装, 还是教学素材的更新, 都需要通过系统同传实现所有计算机的全部数据的同步, 给师生提供统一的应用界面。系统同传依赖机房的局域网, 同步过程为:首先是发送端登录等待, 然后客户端登录, 再发送数据, 最后等待所有数据传输完成。以同步一个安装有办公软件的系统为例, 其大小为10GB, 使用华为S1700-24GR (背板为48Gbps, 包转发率36Mbpps) 交换机进行同步, 理想情况下需要3.6小时。

(三) 维护现状

计算机房维护主要包括硬件维护升级和能耗两个方面。一是硬件维护, 包括硬件故障和升级, 主要的故障是外加的硬件保护卡接触不良。升级主要是增加硬件。硬件维护频度不高, 但工作量较大, 比如增加计算机的内存和存储空间, 要对每台计算机过行拆装。二是在能耗方面, 一台主机的功率约为300W, 一个机房每小功耗为15000W, 能耗消耗巨大。

二、云机房应用优势

在当前大数据, 人工智能, 物联网, 区块链等技术的驱动下, 以及“教育信息化2.0行动计划”的实施, 信息化技术进一步普及并迎来新的发展, 高校作为信息技术人才培养的摇篮, 信息技术的教学实训室--计算机房将不断的增加。加上计算机硬件的飞速发展, 软件应用对硬件的依赖性, 导致计算机房的更新升级也有较大的需求。

对于升级的计算机房来说, 是把旧的硬件淘汰报废, 还是继续使用, 这都是一个两难的选择, 丢弃可惜, 继续用又体验差。对于新建计算机房, 继续使用传统的方式, 选择更高性能的主板、CPU、内存等硬件, 几年也也会遇到升级问题。

除了上述现有技术, 还有别的机房建设方式吗?有, 在此提引云机房建设的方案, 该方案核心技术是虚以化技术, 实原理是先把实际服务器CPU运算资源、存储资源集中后, 再通过资源调度管理算法, 采用虚拟化技术创建虚拟机, 把虚拟机分发给用户使用。用户得到的是一个虚拟的计算机, 它与真实的计算机在功能上没有区别, 也可以安装使用操作系统和应用软件。下面对云计算机房与传统的计算机房进行比较, 进一步了解云机房的特性。

(一) 成本预算

以50个虚拟桌面来计算, 每桌面配置2核CPU, 4G内存, 500G硬盘的配置, 云机房服务器满配情况下要求CPU运算资源池100核, 内存资源池200G, 存储资源25TB。通过虚拟化优化调度算法, 以物理CPU与虚拟CPU按1:4的比例规划, 优化后物理CPU运算资源为25核, 共享存储资源15TB。服务器配置2颗E5-2650 (12核24线程) , 128G内存, 8TB存储 (含2个1TB SSD) , 双电源, 成本为6万元左右。用2台服务器基本满足资源要求, 加上虚拟化平台4万元, 成本为16万元。

除服务器资源外, 还需配备瘦客户端主机, 配置2核CPU, 2G内存, 8G SSD, 成本为500元。50台终端, 成本为2.5万元。一个云机房的硬件成本为18.5万元, 与传统计算机房成本相当。

(二) 便捷管理

与传统机房分散管理相比, 云机房采用集中管理的方式。每个客户端系统生成与管理, 客户端操作系统的安装, 应用软件的安装均在服务端完成, 先安装模板系统, 再分发给客户端。相比传统机房, 云机房的瘦客户端主机是一种凌动方案的微型主机, 故障率极低, 可以忽略不计, 管理员只需关注服务器和云平台的管理。

云机房系统创建客户端系统是在云平台内克隆复制操作, 以10GB的模块系统生成50个客户端, 常规的100MB/s硬盘读写速度, 耗时约为1.2小时, 相对于传统机房由网络传输的方式, 云机房管理客户端更节约时间, 提高效率。

在软件管理方面, 云机房通过对模板系统增删软件, 再重新分发生成客户端的方法来实现。也可以通过创建多个模板系统, 应对不同的专业教学场景, 解决传统机房操作系统注册表过大导致系统响应慢的问题。

(三) 高效运维

云机房瘦客户端主机只是一个简单的输入输出设备, 主要运算和存储功能在服务端完成。云机房的运维工作在服务器上, 主要是对服务器硬件升级, 比如扩展CPU, 内存, 存储等工作, 对于传统机房来说, 给每台客户端增加一根内存, 拆机箱就是耗时费力的工作。而云机房只需拆装服务器, 其他均通过配置云平台和模板系统来实现, 效率更高。再者传统机房的硬件会涉及更新换代的问题, 云机房不存在该问题, 它把新旧硬件都当作资源池的一部分, 资源集中后再生成客户端提供服务。

(四) 节能降耗

云机房的能耗为服务器和瘦客户端主机两部分, 2台配置750W双电源的服务器功耗为3000W, 每台瘦客户端主机30W, 50个客户端的机房功耗为4500W, 不到传统机房一半的能耗。

(五) 资源利用率高

基于资源池进行资源的分配方式, 云机房可以实现按需分配客户端CPU, 内存、存储等资源。以存储空间为例, 传统机房配置1个1TB的硬盘, 除操作系统80~100GB外, 教学资料占用的空间不到1GB, 剩下的大部分空间都闲置了。云机房可根据用户存储的需求变化动态分配, 狭义上来看每个用户都有固定的存储空间, 广义来看是共享同一块存储空间, 对于CPU、内存资源也类似。因此, 云机房提高了资源的利用率。

三、总结

通过云机房的建设成本、管理、运维、节能、资源利用率方面与传统机房比较, 除建设成本相当之外, 云机房具便捷管理, 高效运维, 节能降耗, 资源利用率高等优势。长期来看, 由于管理和运维成本的降低, 表明人才资源成本降低。可见, 云机房是高校计算机房建设发展的方向。

摘要：计算机房是高校普遍使用的实训室, 具有覆盖面广, 使用频率高等特点, 本文首分析传统计算机房现状, 然后对比云机房与传统计算机在建设成本, 管理, 运维, 节能, 资源利用率方面的区别, 得出云机房更具便捷管理, 高效运维, 节能降耗, 资源利用率高等优势, 提出云机房是高校计算机房建设发展的方向。

关键词：云机房,虚拟机,资源池,集群