基于“云计算”技术的校园多媒体机房应用探析

摘要：传统校园多媒体机房由于受网络结构限制而形成网络孤岛，不能适应新形势下的教学需要。云计算技术的发展和应用给多媒体机房的网络架构带来深刻变革，弥补了传统机房管理和应用的诸多不足。通过实例给出了在校园机房系统建设中应用云计算技术的实施要求和应用效果。

关键词：云计算；多媒体机房；C/S管理；无盘终端

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）28-6795-03

1 概述

随着教育技术的发展，多媒体机房在多数学校得到广泛建设和应用。在建设初期，由于网络结构简单，通常是每个机房都是一个小型局域网络，各机房相对独立，形成网络孤岛，相互之间没有任何的关联。同时中心机房必须配备多个服务器设备为这些大大小小的“孤岛”服务，如FTP服务器、安全防火墙、数据库服务器、文件服务器等等。每个孤岛在不同的时刻针对相同的服务也有不同质量的要求，这就造成这些服务器必须24小时满负荷戒备，但是其真正的使用效率并不是很高。据统计，大多数服务器的资源平均使用率仅10%-30%之间。

在传统的教学模式中，学生实验课程由于得不到充分的硬件资源而被压缩，或者由于实验环境的不确定性给学生实验带来一定的困难，多次实验之间无法获得连续性，实验结果无法与教学计划和任务相结合。如何提供一个随时随地实验的环境，如何保存每一次的实验结果，如何让教师与学生更好的互动尤其显得重要。

科技和经济的发展，给教育手段的创新提供了支撑和更高要求。云计算技术提供了解决问题的途径，通过其高效可靠的系统技术、安全稳定的数据存储方式以及合理的资源管理功能，为学校的多媒体机房提供了有力的技术支持。

2 传统机房结构分析

2.1 C/S模式管理结构

目前，大多数校园机房都建设在C/S模式的网络服务器管理结构下。这种客户端服务器模式（见图1）通过在分布式系统中建立在广域网内，学校中的各个独立部门分别组成一个局域网加入到这个广域网中，但是各个局域网都由一个中心数据处理服务器集管理。各个独立部门分开管理，部门之间没有任何关联性。

校园多媒体机房是校园网中的若干个局域子网，由于每个多媒体机房需要配置相同的硬件设备，如交换机、主机、显示器等，而且针对不同需求的多媒体机房可能还需要配备相应的服务器设备，如大型数据库实验机房需要配备数据库服务器、学生实验材料或者作业需要文件服务器管理等等。但是这些服务器有些功能重复、有些可能会同时有多个客户端申请访问，但有时又不会被使用，这样就造成了硬件资源严重浪费；而且机房的维护工作量巨大，当需要安装软件时可能需要对所有的电脑设备进行软件安装；由于机房管理比较困难，经常会发生学生使用U盘拷贝信息的时候或者在使用系统的时候的误操作，造成文件的破坏和整个局域网络病毒的感染，管理人员不得不对病毒感染中的网络内所有计算机重新安装系统，这样给管理人员带来了大量的工作量。通常解决这些问题的办法是购入大量的硬件设备，然而高校资金投入是不均等的，知名高校由于担当着前沿技术的研究课题， 具有与国际先进企业合作的机会而获得大量的投资建设，而其他高校由于教育经费的紧缺，构建这样项目的实验环境需要巨大的投入而难以担当。

2.2 无盘终端模式

针对机房计算机管理困难，软件难以维护的问题，部分高校的机房采用无盘站为客户端。无盘网络就是采用一台服务器进行管理，所有信息资源都布置在服务器上，无盘工作站不带硬盘和软驱，其操作系统文件存储在网络服务器中，无盘站都是由固化在无盘工作站的网卡上的远程启动芯片（Boot Rom）以不同的形式向服务器发出启动请求信号，服务器收到后，根据相应的机制，向工作站发送启动数据，工作站下载完启动数据后，系统控制权由Boot Rom转到内存中的某些特定区域，并引导操作系统。每台无盘站只要配置一块网卡，所有内容都从服务器上读取，共享服务器资源。

机房里的计算机可以采用无盘技术组成无盘网络，也可以采用有盘工作站的形式工作，两种模式有各自的特点，如表1所示。

表1 无盘工作站与有盘工作站之间比较

[方式＼&特点＼&优点＼&不足＼&无盘工作站＼&无硬盘，所有软件在服务器上安装、运行。需要有网络支持＼&成本低、易维护＼&需要有服务器支撑，如服务器发生故障，则所有机器无法运行，每台无盘站的工作环境相同，不同网络间资源无法共享＼&有盘工作站＼&有硬盘，所有软件可以在本机运行?＼&扩展性能好，可以独立运行，可以不需要网络支持＼&资源浪费、维护工作量大、成本较高、资源不能共享＼&]

无盘网络解决了校园机房软件维护的难题，同时减少了机房的建设成本，其网络结构依然和采用客户端服务器模式的网络结构相同，但是针对不同网络间的资源无法实现共享，资源浪费严重。而且由于无盘网络的建立在网络物理层基础上，用户的数据操作没有连续性，当遇见客户端掉电或者网络终端的情况时，用户必须重新建立数据信息。所以无盘网络大多数仅能支持通常的多媒体教学。

3 云计算环境下的多媒体机房

云计算（Cloud Computing）是2007年第3季度诞生的新名词。维基百科给云计算下的定义：云计算将IT相关的能力以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关知识以及设备操作能力的情况下，通过Internet获取需要服务。中国云计算网将云定义为：云计算是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（ParallelComputing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。目前主流的云计算技术主要有Google的APP Engine、亚马逊的AWS、微软的Azure和Vmare的vCloud等，综合这些主流产品的技术特点，可以发现云计算主要能为用户提供：降低建设成本、应用服务虚拟化、高效的数据存储和数据管理功能。

在云计算中，数据、应用和服务都存储在云中，“云”就是一个超级计算机。云计算的所有资源都能够被这个超级计算机来管理，但是由于不同硬件设备间的差异导致和数据不融合导致这些资源兼容性较差。云计算中的虚拟化技术采用将底层物理结构抽象的方法，使得这种兼容性能够对上层应用透明，从而允许用户在使用和调度“云”中资源时能够自由灵活。处于云中的任何设备都是信息资源并且是共享的。这里的设备不仅仅指硬件设备同时也包括软件资源，还包括软件平台、应用程序、系统管理等软件。在“云”中，用户仅需提出功能需求，云中的服务就能满足不同程度和不同类型的信息服务。

校园内的各个机房实验室可以组建一个校园云，利用云计算的虚拟化技术实现各个瘦客户端的桌面虚拟化和资源虚拟化。瘦客户机类似于无盘站，也是没有硬盘的计算机设备，但是由于其内部嵌入虚拟化设备，弥补了无盘站的一些使用缺陷，同时能够将终端融入“云”中。由于使用云计算的虚拟化技术，通过后台创建虚拟机而不是类似于无盘站那样通过网络引导的方式引入操作系统和应用软件，这样降低了对网络的依赖和要求，减轻了网络负载，这样强化了教学过程中的互动环节，避免在研究。通过虚拟化技术，用户可以通过各种设备包括移动设备访问其桌面虚拟，每个用户可以独立享有一个或者多个虚拟机，同时用户可以拥有自己专属的配置，个性化灵活，根据需求的不同用户可以向“云”这个超级计算机申请不同的信息资源和应用程序。

云计算采用了可伸缩的云平台结构，使计算量分布在大量的分布式计算机上，而不是本地计算机或者服务器中，数据中心的运用与互联网应用更加类似。典型的云计算架构分为三个基本层次：基础设施层，主要虚拟后的硬件资源和相关管理功能的集合包括计算、存储和网络等，实现内部自动化和管理优化；平台层，介于基础层和应用层间，是软件资源的集合，为云提供一个优化的中间件层，满足云应用的可伸缩性、可用性和安全性；应用层则是应用软件集合，通过网络提供给用户各种不同的服务应用。

校园多媒体机房的主要用于教学和科研目的。现代教学需要的教学工具和教学媒介多种多样，比如针对网页教学，传统教学以HTML与Dreamwaver技术为基础，仅能针对PC设备，然而这样的教学成果不能满足科技发展的需要，对于不同的设备如移动设备、不同的网页制作技术如PHP，其原理都是一样的，但是因为资源的有限，可能需要额外学时来完成学习。通过云计算的融合和虚拟技术，学生在学习过程中在不同的虚拟环境下利用各种有利的资源来完成知识的掌握和扩展。这样的教学方式节省了学校有限的教学资源，并且提高了教学质量。同时，学校担负着科研任务，科学计算对服务器的要求较高，而运行速度快，精确度高的服务器价格同样也较昂贵，科学计算并非无时无刻不在进行，所以科学计算的服务器负载也会因为时间和任务而不同，可以通过云计算系统管理“云”这个超级计算机资源使用情况，可以均衡负载，实现服务器平稳运行 （图2）。校园多媒体机房实现云的网络结构方式，可以大大优化网络运行环境，节省构造成本，同时由于云中的设备能耗较低，实现节能环保，同时由于校园云的安全性可以统一管理维护，保证了机房的安全性和防病毒性。

4 结束语

云计算是一种新型的计算模式，随着技术进步和教育手段的改进，学校借助云计算技术可以合理整合校园资源，适应不同的应用需要，更好地为教学科研服务。

参考文献：

[1] 维基百科.http：///wiki/Cloud_computing.

[2] 中国云计算网.http：// /Article/ShowArticle.asp？ArticleID=1.

[3] 虚拟化与云计算小组.虚拟化与云计算[M].北京：电子工业出版社，2009.

[4] 王竹林.校园网组建与管理[M].北京：清华大学出版社，2002.

[5] 蔡卫东.浅谈机房管理[J].教育信息化.2002.

[6] Michael Miller.云计算[M].机械工业出版社，2009.