高校实验室信息化的云计算策略与方法_陈昌兴

高校实验室信息化的云计算策略与方法陈昌兴（肇庆学院教育技术与计算机中心，广东肇庆　５２６０６１）摘　要：介绍了基于云计算技术，充分利用高校实验室现有的资源和环境，充分发挥资源的效能，提高资源利用率及共享程度，促进教学实验室信息化发展的解决方法。

从高校实验室信息化建设角度思考，分析实验信息技术管理中建设进程问题，充分利用高校实验室现有的资源和云计算的技术特点，提供了实验信息化建设中应用云计算技术的策略和实施方法，从信息化方面引领实验室管理的转型升级。

关键词：实验室信息化；云计算；云化改造中图分类号：ＴＰ３０８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２－４９５６（２０１４）１－０２２１－０４Ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎＣｈｅｎ　Ｃｈａｎｇｘｉｎｇ（Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｏｑｉｎｇ　５２６０６１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｃｌｏｕｄ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｆｕｌｌ　ｐｌａｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ａｎｄ　ｓｈａｒｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｏ　ａｄａｐｔ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｇｌｅａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｒｏｍ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏｌｅａｄ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｕｐｇｒａｄｉｎｇ　ｏｆ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｏｍｏｔｅｓｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ’ｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｃｌｏｕｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ；ｃｌｏｕｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ收稿日期：２０１３－０５－２１作者简介：陈昌兴（１９８２—），男，广东阳江，硕士，实验师，主要研究方向为高校实验管理和网络教学． 随着实验教学管理体制改革的深入，传统的实验室教学管理观念和封闭的管理方法需要转变。

为最大限度地发挥实验室教学效益，提高资源的利用率，客观上需要一种智能、高效和集成的、能为实验室管理提供实时支持的信息化的模式。

云计算技术的兴起，提供了一种适应于教学实验室信息化发展需要的解决方法。

探讨云计算技术背景下的实验室建设信息化发展模式，目的是充分、有效地整合资源、开拓创新，推进实验室信息化建设，满足创新型社会对高等教育的要求。

１　实验室信息化进程中存在的问题实验室信息化是保障创新性实验教学的必备条件之一。

２００２年教育部发布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》中，将实验室建设和实验教学改革提升为重要指标，对促进实验室信息化建设起到了重要的推动作用。

但目前高校（特别是在地方普通高校）实验室的信息化基础相对薄弱，主要表现在信息化资源不足、信息化管理的程度低，使有限的资源不能得到充分的利用，在很大程度上制约了实验室的发展。

信息化技术的进步对实验室的建设产生很大影响，使实验室的建设发生了重大的变化，但也存在诸多不足之处。

（１）加快了实验室信息化进程。

高校实验室已开始运用现代化信息技术来加强自身的管理。

但是，从目前实施效果上看，无论是规模上还是水平上，往往只提供一般网络建设与维护、计算机软件系统管理与维护，仍停留在数据存储、工作任务安排的水平上。

只有ＩＳＳＮ　１００２－４９５６ＣＮ１１－２０３４／Ｔ 实　验　技　术　与　管　理Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 第３１卷　第１期　２０１４年１月Ｖｏｌ．３１　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１４一部分实验室的信息化管理系统达到“管理”的层次，可以为实验室的管理者提供管理决策服务，使信息化在推动实验教学改革和实验室建设中起到明显作用，为实验教学和学生能力的培养提供支撑和保证。

（２）实验室功能特色增强。

实验室功能包括教学功能和科研功能，实验室的功能定位和作用对高校的发展至关重要。

在校园信息化背景下，实验教师和学生可以充分利用实验室资源、信息资源、技术物资装备，系统地开展具有特色的实验教学和科学研究。

（３）实验室信息化经费投入不平衡。

实验室设备资源的共享、开发管理等都以信息化平台为基础，但目前地方高校实验室信息化建设缺少经费的投入，信息化条件建设跟不上学校规模的增长，某些高校重实验设备建设，轻信息化投入，制约了实验教学的发展。

因此，必须创新实验室管理模式，实现实验室信息化，统一调配资源，集中管理和使用设备，充分发挥实验室整体功能，使有限的资源得到充分的利用，使实验室成为管理制度化、科学化、现代化的实验室，从而提高实验教学效果，推动素质教育。

（４）实验室信息化的科技含量提高。

地方院校在实验室信息化建设中也采用了很多种非公开使用的管理和检查系统，有的已经通过网络为专门课程提供远程服务或已实现远程服务功能。

在互联网环境下，实验室更加灵活地提供实验平台和实验资源，并且非常方便地建设成为远程实验系统，方便学生利用网络资源完成实验。

同时，教师可以充分使用网络提供的服务，做好实验教学评测与管理［１］。

２　应用云技术构建实验室信息化平台和资源２．１　云计算技术的特点云计算的定义上存在狭义和广义两种。

狭义云计算是从ＩＴ基础设施的交付和使用模式方面来阐述的，指通过网络以按需、易扩展的方式获取所需的资源；广义云计算从服务的交付和使用模式方面来阐述，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务［２］。

传统的实验室信息架构使其利用率低、管理和维护成本高，云计算的出现正好是解决这个问题的最佳方法。

云计算技术本质上是解决资源利用率、计算能力不足和成本的问题。

通过引入云计算平台，可以降低建设和运行维护成本，同时降低能源消耗，加快实验室信息化建设的进程。

云计算系统将各种数据（包括用户数据）都通过网络保存到远端的云存储平台上，同时也将处理数据的服务程序通过远程的云计算平台进行处理。

另外，应用系统建立在大规模服务器集群上，通过基础设施与上层应用程序的协同构建，以达到最大效率利用硬件资源的目的［３］。

２．２　云计算的优势实验室信息化按照该技术进行部署有以下优势：减少用户对数据管理的负担；能够负担大量数据的处理工作；与实验室底层基础设施紧密结合，能够扩展到很大的规模；通过新型的云计算程序，在网络上提供功能更多的实验程序，为师生提供多样化的教学、学习、管理服务。

基于云计算实验室信息化的解决方案具有无可比拟的优势。

（１）减少初期投资，降低信息化基础设施的投资风险。

相对传统的方式，实验室把应用程序部署到云。

在虚拟云计算环境中，基础设施规模可以适应实验室的工作量增长和工作负荷变化的需要，从而减轻实验室面临的硬件建设资金不足问题［４］。

（２）虚拟化技术降低管理成本。

应用虚拟化技术，云计算平台可以实现硬件及软件的虚拟化［５］，实验室云信息化解决方案的优势有两方面：一是支持传统方式和云计算方式混合部署，将软件直接复制到对应物理节点；二是迁移整体虚拟运行环境而获得负载平衡性能，使实验室的硬件资源能够以较低成本更好地满足资源需求，最大限度地处理引用程序生命周期管理问题，也节省了软件资金的投入。

（３）资源优化，提升资源利用率。

基于云计算，系统建立在有一定规模的廉价服务器集群之上，通过基础设施与应用程序的协同构建达到最大效率利用资源目的。

从云计算平台的构建看，数据中心采用虚拟化技术，对分布在互联网上的各种资源进行分配、均衡负载、部署软件、控制安全等，当线程压力过大时，可以瞬间请求更多的资源，压力变小时，可以将多余的资源释放［６］，达到充分利用资源的目的。

３　实验室信息化的云计算平台设计我校近年来致力于校园实验信息化环境建设，建设有省级计算机实验教学示范中心和网络中心，拥有良好的教学、实验环境和条件，校园网覆盖面广。

校园网现有约２万个信息点，覆盖了教学大楼、实验大楼、各系办公楼、教工宿舍、学生宿舍等，并采取多项措施开发和引进高质量的网络课程、模拟实验软件等教学信息资源。

各院系实验室拥有充实的后台服务器和数据库，数字化校园的建设为构建云计算环境打下良好的基础。

基于云计算的实验信息服务平台包括基础设施、应用平台及软件服务，向用户提供多样化的使用管理（见图１）。

３．１　基础设施云化改造云计算的基础架构主要由物理层及资源服务层２２２实　验　技　术　与　管　理图１　信息化云计算平台架构构成，物理层包括服务器、网络及存储，其提供的是ＨａａＳ（Ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｓ　ａ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）服务。

云计算要求物理层的服务器具有高性能、虚拟化、动态性、扩展性和灵活性，通过虚拟化技术转化为资源池［７］。

资源服务层构建在物理层之上，利用虚拟化技术对底层硬件设备进行管理，提供的服务为ＩａａＳ（Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｓ　ａ　Ｓｅｒｖｉｃｅ），即将基础设施由独立的硬件设备转化为资源池，由统一的管理平台管理，使物理资源能够按需地分配到像一台独立的物理服务器的虚拟机上。