云平台在高校机房的应用研究

2023-01-13

随着互联网在各个行业的应用普及, 计算机在各个专业扮演的角色是越来越重要, 高校的大部分专业的实践操作都与计算机有关, 高校要对专业人才的分类培养, 必须配套相应的实验机房, 高校里面大部分的专业很多但是班级较少, 这就造成了很多高校专业实验室使用率不高的情况。实验室一次性建设投入成本很大, 但是实验设备更新速度很快, 对实验室的日常维护及管理成本也比较高, 电子设备硬件设备随着使用年限的增长, 自然损坏率是比较高的, 而且软件也会经常更新, 逐渐的也会出现和硬件配置不兼容的情况。提出一种基于云平台的高校实验室解决方案, 本地不再建设高性能的机房, 只要网络带宽允许, 学生直接在云服务上进行操作, 可以满足各专业的教学使用, 提高机房使用效率, 减少实验室维护成本。

一、机房建设现状

以本校的机房为例, 学院公共基础计算机机房是不仅承担学院计算机相关专业的教学工作, 而且全院所有需要计算机实验课程都在公共计算机机房使用。随着计算机硬件和软件技术的不断更新, 机房的升级维护也带来了很多问题。为了提高机房的使用率, 所以公共机房需要安装很多不同的软件, 这就造成了计算机运行速度降低很多, 而且如果计算机系统进行升级, 所有的软件都要进行重新安装。而且为了降低单个操作系统的负荷, 通常都将机房主机进行多系统安装, 这种架构本身就造成了机房系统稳定性太差。而且尽管每个主机都安装有系统还原卡, 但是系统频繁的切换也会增加系统崩溃的概率, 增加了机房系统维护的强度。因为机房一次性投入比较大, 所以主机设备更新起来就不会很灵活, 但是机房学生流动性比较大, 硬件设备会经常遭到损坏, 网络安全问题也无法得到有力的保证[1]。

另外在实验室建设方面, 学院针对各个专业所需建设相应的实验室, 因为专业实验室功能相对单一, 所以实验室基本上都是针对专门课程使用的, 但是一些本可以重复使用的专业实验室受限于实验环境不一致, 导致许多机房使用率一直不高, 比如说网络实验室, 是针对专门的网络实验建设的实验室, 但是如果实验室是基于云平台的话, 只需要配备基本的计算机设备, 所有的实验室都可以当做正常的机房来使用[2]。

云计算就是通过计算机网络以有偿的方式获取网络当中软硬件资源, 主要是使用互联网当中剩余的计算资源和存储空间。大多数云平台都是基于Hadoop平台进行建立开发的, 但是这种平台开发维护起来更加复杂。针对学习机房和实验室的种种不足, 论文采用阿里云平台方案解决现有机房存在的弊端[3]。

二、基于阿里云的高校机房网络架构

谷歌最早在2006年提出云计算的概念, 时至今日云计算的发展已经与最初的定义有所差别, 云计算简单来说就是用户通过网络获取网络当中剩余的计算和存储资源。随着“互联网+”与产业的深度融合, 各行各业都会产生海量数据, 云计算就是处理海量数据的一种重要手段。目前越来越多的中小型企业已经不再自己构建本地服务器, 大部分已经转向云平台操作, 这样投入少, 操作方便, 安全可靠。“云+校园”近些年也在很多高校进行了尝试, 而且取得了很好的效果。

云计算不需要高校在机房建设在一次性投入大量资金, 只需要按需购买, 前期机房的规划采购及配套的硬件设备都可以不用再去关心, 短时间内都可以见效。因为云平台负载时动态变化的, 所以学生使用平台的计算能力和存储空间了才会计费, 如果不使用是不用计费的, 还可以根据每个课程的具体需求自动分配基础环境, 安装相应的软件程序。每个学生只需要有一个自己的账户登录云平台, 网络只要畅通就相当于有一个自己的专属主机, 而且不再受制于具体的时间地点。在老师教学方面就有了很大的灵活性, 学生要进行相应课程的实践操作只需要登录相应的云平台账号就可以进行, 之前公共机房及实验室遇到的问题都可以迎刃而解[4]。

当前市场上的云平台也有很多, 国外做的比较好的有Google、Amazon和Microsoft等云平台, 国内知名的云计算平台有百度云、腾讯云和阿里云。论文采用阿里云ECS平台进行使用部署。采用ECS平台操作架构如下图1所示:

云平台的用户可以有学生、老师和管理员。每个学生和老师都有自己的云平台账号密码, 学生登录云平台之后自己可以选择部署相应的系统平台, 根据相应的专业课程安装相关的软件, 老师也可以有相同的操作。管理员可以进入到云平台的管理界面, 对平台系统进行管理维护[5]。

用户通过客户端访问平台内容的入口, 平台内容通过客户端进行展示, 客户端可以是台式主机, 可以便捷式电脑, 也可以是智能手机。终端主机基本配置就可以满足, 但是网络带宽一定要充足, 因为学校用户群体比较庞大。

云平台使用的是阿里云当中的ECS弹性计算服务, 每个专业课程的上机环境可以部署在此平台上, 用户创建一个上机环境时间只需几分钟, 而且可以自动选择软硬件要求, 而且操作界面比较简单, 在平台之上每一个用户都有针对自己试验操作的上机环境, 试验完成之后可以对平台资源进行释放, 相对应用户的平台数据也将消失[6]。

高校采用云平台方案的优点如下: (1) 机房维护和管理工作大大简化, 因为所有的计算和存储都在云平台之上, 主机及硬件的损坏几乎可以忽略不计, 管理人员只需要进行云平台的线上管理。 (2) 机房建设和维护成本大大降低, 传统机房需要一次性投入巨大, 而云平台上部署的主机是按需进行计费, 费用很低。而且不用担心硬件老化问题, 而且平台还要负责维护机房的稳定和安全的外围工作。 (3) 系统的软硬件升级比较迅速, 管理员可以更改主机硬件配置, 软件的升级维护直接在线上进行。而传统机房软件安装与升级需要对每个机房进行备份同传, 这个过程是非常费时的。 (4) 每一个用户都可以根据专业学习定制化软硬件环境, 教师授课灵活性更高。

三、结论

以本校的实验室机房为例, 针对当前高校机房的部署和维护管理存在的不足之处进行分析, 在保证网络带宽充足的情况下, 提出了一种基于阿里云ECS云平台的机房建设和改造方案, 减少了机房建设费用, 简化了机房维护管理工作, 在满足每个专业个性化实验的同时, 提高了实验室的使用效率。随着互联网技术的深度发展, 传统的机房建设和管理已经不能够满足当前高校的业务需求, 基于云平台的高校实验室建设会越来越受欢迎。

摘要：随着互联网在各个行业的应用普及, 计算机在各个专业扮演的角色是越来越重要, 高校机房的建设更要满足不同的专业需求, 但是这就造成了资源使用率下降, 而且维护成本很高。提出一种基于云平台的高校实验室解决方案, 满足各专业的教学使用, 提高机房使用效率, 减少实验室维护成本。

关键词：云平台,实验室,教学管理