浅析云计算在高校计算机实验室建设管理中的应用
一、国内外云计算的发展现状
目前，国内外对于什么是云计算的问题，尚没有一个标准的定义。可以将其理解为：云计算是通过将计算分布在大量的分布式计算机上而非本地计算机中，按照互联网运作模式将资源切换到所需要的应用上，并根据需求访问网络资源的共享利用模式。它具有分布式存储和计算、高可扩展性、高可用性、用户友好等特点。
云计算应用之前，我们把软件、数据存放在本地个人计算机中，在本地终端运行软件、访问数据，当然，也可以通过网络来共享数据。而在/云计算中，我们不必把软件、数据放在本地计算机中，而是把它放在/云中，由数据中心来为用户提供软件和数据存储等服务。对用户来说，只需要订制/云中的服务，登录后就可使用此服务。
二、云计算的特点
规模大： 云就是庞大的服务器群，由几十万、几百万甚至更多的服务器构成，包括计算服务器、存储服务器、软件服务器等，群中的计算机可以通过相应技术保证网络数据库信息的及时更新，使用户能够得到更快更准确的服务。云使用基于海量数据的数据挖掘技术来搜索网络中的数据库资源，并运用各种方法为用户提供详尽、准确的信息和结果，所以云具备高效的计算、存储能力，能够完成单机用户望尘莫及的海量计算和存储等工作。
虚拟化： 云计算中的操作平台、存储、计算、安全等都是虚拟化的，用户在使用的过程中感觉就象在使用本地计算机一样，用户无需知道云是如何完成所提交的任务的。虚拟化技术可以提高底层资源的使用效率，同时降低成本。
可定制： 云计算可按需购买、按需定制。在云计算环境中，用户可以通过自己的需要和习惯来定制相应的服务、应用及资源，云计算平台也可以按照用户的要求来进行部署。人们通过网络获得的服务既可以是互联网相关的软件服务，也可以是其它的服务，用户可随时获取、按需试用、随时扩展、按使用付费。
高安全： 分布式系统具有高度容错机制，云计算作为分布式处理技术的发展，采用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施，依托数据中心可以实现严格、有效的控制、配置与管理，使服务具有更好的可靠性、安全性和连接性能，同时高度集中化的数据管理、严格的权限管理策略可以让用户避免数据丢失、病毒入侵等麻烦。
三、云计算的服务层次
云计算以其低成本、高性能、高兼容性、高共享性、方便性等而理论研究备受关注。云是由大量互连的计算机及其网络设备组成，这些计算机和网络设备既可以是实际存在的实体，也可以是虚拟的；可以是普通的客户机，也可以是网络服务器；既可以是公共的，也可以是私人的。云计算技术的支撑技术是网络技术与计算虚拟化技术。计算虚拟化技术在很大程度上提高了资源的高服务性和可用性，并且能够提高计算机主机的使用效率，减少管理和维护的计算机数量。云计算的目的是按需提供服务，其基础构造是不可见的、虚拟的，可以安装在网络的任何位置。根据提供的服务层次，云计算中的服务可以分为软件即服务（software as a service，Saas）、平台即服务（platform as a service，Paas）和基础设施即服务（infrastructure aservice，Iaas）3 个层次。
（1）软件即服务（Saas）
Saas 提供一种应用框架 。 Saas 服务提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上， 由服务提供商维护和管理软件，并提供软件运行的硬件设施。 用户根据个人需求访问所需要的软件，服务提供商根据客户所订软件的数量、时间的长短等因素收费。 用户只需要支出一定的租赁服务费用 ，不再需要花费大量资金投资在硬件、软件 、维护人员培训上 。
（2）平台即服务（Paas）
PaaS 提供一个集成环境 。 厂商提供开发环境 、服务器平台、 硬件资源等服务给客户 ， 并给用户提供研发的中间件平台，同时还提供应用程序开发、 数据库、 应用服务器、 试验、托管及应用服务 。 用户只需在厂商提供平台的基础上开发自己的应用程序， 并通过其服务器和互联网传递给其他客户。 开发人员是这个云平台的直接用户 ，借助云平台提供的高层次集成环境， 对用户需求的应用进行测试和配置 。
（3）基础设施即服务（Iaas）
Iaas把厂商的、由多台服务器组成的“云端”基础设施作为计量服务提供给客户，即提供了一个软件应用环境 ，包括提供用户需要的计算资源、存储资源 、通信资源等 。 Iaas将计算能力、内存、 I/O 设备等整合成一个虚拟的资源池，为用户提供所需要的存储资源和虚拟化服务器等服务。 这些基础设施的规模可以根据资源的需求情况动态分配， 更精准地为用户提供服务。
四、高等学校计算机实验室云计算的应用系统构造
4.1 云客户端
云客户端的作用是为用户与云计算应用提供统一规范的接口，云客户端最常见的就是网络浏览器，比如人们熟知的IE、Mozilla Firefox等，也可以是一些应用程序入口。通过云客户端用户可以便捷地访问云中的资源。在构建的实验室系统中，云客户端安装在各个实验室的终端计算机中，云客户端对系统的硬件要求不高，这样可以在不投入大量资金来建设高性能的本地终端机器的情况下访问云计算平台中的海量资源，进行远远超过终端机器性能上限的高强度计算和大存储容量的工作。比如学生在上课时需要运行Maya、3Dsmax等这些大型程序，学生可以通过云客户端使用安装在云中的这些应用程序，从而突破软件对机器性能的限制。另外，学生在上课时，可以将自己的作业存储在云中，下次上课时，直接登录、下载自己的作业，这样就不需要使用U盘等，从而可以有效避免机器因使用U盘而频繁中毒的问题。
4.2 云管理层
云管理层的功能包括云资源管理、负载均衡管理、云平台安全管理和云数据管理。资源管理负责对虚拟资源层的各种虚拟资源的管理，包括监控资源状态、分配资源、更新、添加、维护与删除资源等；负载均衡管理根据资源的状态数据，按照一定的策略进行负载均衡，包括任务调度、进程迁移等；安全管理包括：访问安全管理、网络安全管理、数据安全管理以及用户登录验证和用户权限管理等；云数据管理主要是对计算机与软件云计算平台系统中的实验数据、用户数据、软件数据、资源数据以及系统数据等的保存与维护，为了保护云数据的安全性，可以对数据进行加密处理。
4.3 虚拟资源层
云计算的核心是虚拟化的资源池。虚拟化技术可以实现从物理资源向逻辑资源的转化，它屏蔽了物理资源的复杂性，并对外呈现简单的逻辑形态。通过对资源进行虚拟化，可以把已整合的资源以一种与物理位置无关的方式进行调用，从而降低管理维护复杂度、提高资源利用率。
五、结语
随着网络的发展，云计算技术的不断成熟，云计算不再是高耸云端的高端理念，作为一种新型的服务模式，必将为计算机应用带来新的变革。建设基于云计算的计算机实验室，轻松实现不同设备间的数据共享，为用户提供无限的存储空间和计算性能，并保证数据的安全、可靠。云计算与高校计算机实验室建设的结合，对于有效整合高校教学资源，提高资源的利用率，从而为高校实验室建设提供参考，也进一步拓展了云计算的应用领域。
