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基于云计算的计算机虚拟实验室设计与实现研究
论文作者:童鞋论文网  论文来源:www.txlunwenw.com  发布时间:2020/8/26 9:15:15  

摘要:随着近些年互联网和信息技术的快速发展,越来越多的计算机实验室在各行各业得到建立,同时也成为科学技术研发的重要平台和环境,如何更好地促进计算机实验室的发展成为业内的重要关注点。需要注意到的是,快速发展的科学技术,使得实验室从建立到投入使用在经过一个周期之后,便无法满足使用者对实验室设备和环境的需求,对科学研究进度产生影响,而更新实验室设备又涉及到较大的经费支出。由此,如何更好的利用现有实验室资源构建科学研究探索平台成为实验室管理人员的重要难题。云技术的产生和发展使得这一难题具有了新的解决方向,在云平台环境中高效运用计算机虚拟实验室对解决这一问题非常实用和有效。

关键词:云计算; 计算机; 虚拟实验室;

1计算机实验室现状分析

如今在越来越多的高校及科研机构均开设了计算机有关的课程,因此,计算机实验室的规模也呈现出越来越大的形式,在管理运营与维护计算机实验室的过程中,面临越来越多的困难,其发展过程出现较多问题,主要包括如下:

1.1 硬件设施建设和更新成本高

很多实验室的建设模式和设备特点都根据自身专业规划和使用需求进行了个性化的设置,搭载了专业的实验室环境,由于专业特点的不同,导致实验室的应用软件和操作系统各不相同,使用对象仅限于本专业,较少的与其他专业实现共享,各个实验室根据各自需要完成软硬件设备的采购,很多情况下存在重复采购的问题。受到经费计划等原因作用,实验室的建设往往分批进行,时而出现新设备能够正常使用,旧设备无法满足教学需求的情况,造成设备更新不及时、管理不到位,有限的设备资源出现浪费。

1.2 软件系统管理难度大

很多实验室需要承担多项教学与科研任务,对于不同的任务所需的应用软件操作系统和平台环境均存在一定的差异,致使实验设备经常需要承载多种实验环境,如果软件之间存在冲突便容易导致系统运行缓慢,尽管每个实验室都有专业的人员负责管理与维护,但是依然面临非常大的应用软件与系统环境更新压力,容易造成因系统更新不及时,满足不了使用需求。

1.3 正版软件授权问题

实验室在完成硬件系统的采购之后,还需要批量采购正版的仿真软件和教学软件,这些软件采购费用非常巨大,而使用盗版软件又存在法律风险和安全漏洞。致使很多计算机实验室在进行软件设置与采购方面存在较大困惑。

以上问题的出现,对实验室的建设和发展都造成了一定的影响,如果能充分利用好云技术,搭建高效、统一的计算机虚拟实验室平台,可以有效的解决资源浪费和重复建设等一系列问题。

2云计算技术和应用

2.1 云计算简介

云计算通过因特网的交付和使用模式,利用因特网提供动态易拓展虚拟资源,将计算过程大量分配制互联网计算机企业,结合自身需求访问云端获取服务,云平台提供配置服务器,而该服务器可以是虚拟服务器,也可以是物理服务器,同时满足存储网络、防火墙、安全设备及其他网络设备需求。

从当前云计算服务的类别上看,主要有三种类别,即:基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)。第一种是将计算机软硬件资源作为服务,提供包括基本存储与计算有关功能,是一种较为经济的资源提供方式,用户可以根据自身需求构建服务器、链接和存储等工具,具有扩展能力强、供应快速、付费合理的特点,特别是对于实验室建设过程来说,可以将有限的资金用于最大限度的服务功能提供上,实验室管理者可以不建立自己的数据中心,而是利用云端的功能完成与本地计算机相同的数据处理过程,从而降低实验室建设费用。

平台即服务(PaaS)。通过互联网云端,可以提供虚拟化的集成环境,将服务器应用程序或操作系统放置云平台,行程软件曾用于构建高级的服务,创建该平台的人,能够通过应用软件中间间或操作系统生成服务平台供用户使用,消费者通过,该平台能够得到系统封装的服务内容,通过提供的用户应用界面,将集成环境和平台的数据交换同步实现,通过拓展和管理,最终实现定制服务。

软件即服务(SaaS)。通过互联网访问云端提供的软件即为SaaS,在用户提出需求后云端结合其需求供给程序环境,用户使用过程中无需进行软件购买,如谷歌地图等软件,通过普通的浏览器便可为用户提供应用程序的环境。

2.2 云计算在虚拟实验室中的应用

云计算在虚拟计算机实验室的建设中,具有非常明显的优势,主要表现在三个方面:

低成本、高效益。云计算不再像传统系统一样对计算机硬件设备,有较高的要求,用户通过连接互联网可以获得虚拟化和自动化的技术,通过与云端的接入能够获得丰富的软硬件资源存储资源、带宽资源和计算能力。

实现了虚拟桌面化、硬件无关性。云计算通过将客户端和桌面环境集中在云服务器,能够实现虚拟桌面化技术,用户通过网络可以访问自己的桌面操作环境,在云端提供的软硬件及平台资源下,实现数据存储和软件环境的集中管理,借助云端的基础设施维护,实现软件的快速升级,不用管理人员再重复完成实验室的,软件及操作系统的定期更新减少了实验室管理人员的工作强度。

不受时间和地点限制,具有自由访问的特点。虚拟化的桌面平台通过移动互联网访问,借助服务器虚拟化的技术,只要能够联通网络便可以在不同类型的终端上随时随地访问实验室资源,完成学习过程,因此在虚拟实验室中,学生能够更多的利用网络完成实践操作和自主实验设计,获得科学的指导和快速的反馈,不再受到访问地点和时间的限制,有助于培养学生的创新能力与设计能力,是对实体实验室的有效补充。

3云计算平台的计算机虚拟实验室的设计

3.1 实验室发展趋势

如今,随着云计算的开发管理与建设技术不断成熟,对其的产业化已经成为了业内的研究重点,而培养高水平的云计算专业人才也就成了亟待解决和完成的任务,日新月异的技术不断更新的过程中,需要专业技术人才的支撑,因此,必须各高校有效完成云计算人才的培养工作,而相关的各个领域,如分布式计算、虚拟化、集群管理、大数据等方向,也就需要教学和实验工作的有效推进。

3.2 实验平台的特点

实验平台要提供多层次、多种类的云计算实验支持,对云计算的Iaa S、Paa S和Saa S三个主要层次进行演示和实验,加深使用者对云计算层次模型的理解。满足不同类型、难度的实验资源需求。同步提供开放性的资源与实验环境,不断提供高性能、易用、可扩展的云计算教育平台。

3.3 实验室的环境部署

综合利用平台集中管理资源、集中部署,将开放实验与机房实验结合起来,以云计算实验平台为核心,通过将资源池虚拟化,集中部署云模式,使多层次的实验资源实现支撑。用集中管理平台对实验资源、实验环境进行统一管理,提升平台的安全性和可靠性,将交换机与实验机房环境连接,在虚拟化资源池基础上实现并行计算,多类型存储支撑与多形式网络拓扑通过连接和模拟实现资源池统一管理,进而完成云开发、虚拟化、在线学习、云管理、云存储、大数据等一系列功能和实验室的多种类、多层次支持,提升平台的多维度统一化管理功能。

将云计算技术运用到计算机虚拟实验室建设过程中,能够更好地提升实验室资源的利用效率,降低计算机设备淘汰率,节约实验室建设和运维成本。文章中通过分析传统实验室存在的问题,论证了虚拟实验室的应用优势,并提出了相应的建设方案,相信随着虚拟实验室平台的不断建设和发展,一定会给科学研究和实验管理工作带来更多的便利,促进科研工作的不断进步。

参考文献

[1]邓朝晖.计算机虚拟实验室的建设与管理研究[J].计算机产品与流通,2020,37(1):123.

[2]陆骏.云计算环境下计算机虚拟实验室平台的建设与实现[J].信息技术与信息化,2019,44(9):168-170.

[3]张伟方.基于虚拟现实技术的计算机虚拟组装实验室的建模[J].数字技术与应用,2017,35(10):49-50.

[4]张延梅.计算机虚拟实验室的设计与研究[J].网络安全技术与应用,2017,17(2):95-96.

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