基于Openstack的科研教學(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用

1、 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理 第 卷 第 期 年 月 基于 的科研教學(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用李磊，李小寧，金連文（華 南理工大學(xué) 電子信息學(xué)院，廣東 廣州 ）摘 要：隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用 ，云 計(jì)算在資源的效用 比 、按需服務(wù)等方面優(yōu)勢顯著 。 相 對 于 高 校 傳 統(tǒng)的計(jì)算資源構(gòu)建 ，云計(jì)算憑借其安全性保障 、高 效的彈性計(jì)算資源分配能力 、簡易的硬件要求等特性 ，能 實(shí) 現(xiàn)面對不同需求時(shí)的計(jì)算資源快速彈性構(gòu)建?；?開源云計(jì)算平臺(tái) ，構(gòu) 建了一個(gè)適用于高校教學(xué) 和科研實(shí)驗(yàn)的校園云計(jì)算平臺(tái) ，既能彈性分配實(shí)驗(yàn)計(jì) 算資源 ，滿 足課程教學(xué) 、開 發(fā) 、測 試 、管 理等不同 需 求 ，

2、又 成為集群技術(shù) 、分 布式計(jì)算 、云計(jì)算應(yīng)用等研發(fā)工作的實(shí)用平臺(tái) 。關(guān)鍵詞：科研云計(jì)算平臺(tái) ；彈 性資源分配；高效用比中圖分類號(hào) ：文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ：文章編號(hào) ：（） ，（，）：， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ：；由于云計(jì)算平臺(tái)能提供快速 、按需、彈性的資源構(gòu) 建模式，能按照用戶 的需求快速地構(gòu)建計(jì)算資源和開 發(fā)環(huán)境，目前國內(nèi)已 經(jīng)開始采用云計(jì)算解決我國高校 教學(xué)資源的高冗余性、低共享等問題，如重復(fù)購置計(jì)算 機(jī)、課程資源無法跨領(lǐng)域共享 、課程之間資源無法實(shí)現(xiàn) 動(dòng)態(tài)靈活的 調(diào) 度 和 分 配。 在 國 內(nèi) 的 文 獻(xiàn) 中 詳 細(xì)闡述了采用云計(jì)算技術(shù)解決高校教學(xué)科研資源優(yōu)化管理的方法、改 革

3、模式等。 相比于國外，如 文獻(xiàn) 所述目前已有眾多高校以及科研單位采用云計(jì)算技術(shù) 解決其科研環(huán)境中資源的快速構(gòu)建 、彈性伸縮和按需 收稿日期 ：基金項(xiàng)目 ：國 家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 （）； 廣東省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)核心攻關(guān)項(xiàng)目（）作者簡介 ：李 磊（），男 ，云 南 昆 明 ，工 程 師 ，研究方向?yàn)樵朴?jì)算和 通信工程：使用的問題，實(shí)現(xiàn) 了計(jì)算整合、同構(gòu)化以及高效用比 ， 但對如何實(shí)現(xiàn)、構(gòu)建、優(yōu)化并沒有給出相應(yīng)的云計(jì)算平 臺(tái)構(gòu)建方案，因此“具體采用什么方案構(gòu)建高校的教學(xué) 科研計(jì)算平臺(tái)，如何 使用云計(jì)算平臺(tái)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)資源的 優(yōu)化構(gòu)建和高效用比”值得進(jìn)一步研究。云計(jì)算平臺(tái)分為 平臺(tái)、 平臺(tái)和 平 臺(tái)。其 中

4、平 臺(tái) ，即基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平 臺(tái)，是 和 的基 礎(chǔ)，以提供資源的按需使用 和彈性 擴(kuò)展能力。在面向高校的教學(xué)和科研時(shí) ， 平臺(tái)可 按照不同的需求提供不同資源類型的虛擬主機(jī) ，滿 足 多方面學(xué)科教學(xué)和科研的資源需求。目前，構(gòu)建平臺(tái)的方案 主要分為商業(yè)架構(gòu)和 開源架構(gòu)。雖然商業(yè)架構(gòu)具備完備的維護(hù)服務(wù)體系， 但購置成本較高，在面對高校的資源開放化服務(wù)方面 ， 難以實(shí)現(xiàn)投入與產(chǎn)出的價(jià)值平衡 ；開 源架構(gòu)相比于商 業(yè)架構(gòu)，雖然沒有完善的服務(wù)維護(hù)體系 ，但由于代碼開 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理源、無需購 置 成 本，因 此 擁 有 眾 多的構(gòu)建和開發(fā)的人 數(shù)，其穩(wěn)定性實(shí)際 并不亞于商業(yè)架構(gòu)。 同時(shí)采用開源

5、構(gòu)建的人員可以直接獲取底層的軟件源代碼 ，通 過一 定的學(xué)習(xí)和研究，能 直接按照自己的實(shí)際需求進(jìn)行修 改和定制，形成自 主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的云計(jì)算平臺(tái)。 本文基 于目前 開 源 架 構(gòu) 中 發(fā) 展 最 為 迅 速 的 架 構(gòu) 版本 為 基 礎(chǔ) 進(jìn) 行 了 云 計(jì) 算 平 臺(tái) 構(gòu) 建 ，面 向高校的教學(xué)科研的需求實(shí)現(xiàn)了資源彈性分配 、快 速 擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)隔離與共享，并完整的闡述了高校教學(xué)科研 云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與使用方案。 設(shè)計(jì)框架企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了類似于 和 的云基礎(chǔ)架 構(gòu)服務(wù)（，）。經(jīng)過近些年的 發(fā)展，目前獲得了包括、 等近家知 名 企業(yè)的支持，成 為開源云計(jì)算架構(gòu)中最主流的平臺(tái) 之一。 采 用 了 模 塊

6、 化 設(shè) 計(jì)，其 從 版本開始包括了個(gè)主要的核心子工程：（）：提供 了虛擬主機(jī)的調(diào)度、創(chuàng) 建、刪 除和簡單網(wǎng)絡(luò)資源管理功 能；（）：提供了網(wǎng)絡(luò)的塊存儲(chǔ)設(shè)備；（）：提 供了創(chuàng)建虛擬主機(jī)所需的鏡像注冊、存 儲(chǔ)和刪除功能；（）：提供了對象 方式的分布式存儲(chǔ)功能；（）：提供了服務(wù) 權(quán)限的驗(yàn)證、用 戶信息注冊、修 改、刪 除和相關(guān)服務(wù)權(quán)限管理功能；（）：基 于 工程架構(gòu) 是由 和美國國家航空航天局（）共同開發(fā)的云計(jì)算平臺(tái)，該平臺(tái)幫助 服務(wù)商和架構(gòu)的 服 務(wù)，提 供了面向終端用戶的網(wǎng)頁操作管 理功能。其工程架構(gòu)見圖。圖 工 程架構(gòu)圖 工程介紹雖然 版本已經(jīng)具備了較為完善的 平 臺(tái)構(gòu)建方案，可以滿足簡單私有

7、云的構(gòu)建 ，包括虛擬機(jī) 主機(jī)資源的管理、用戶信息的管理以及簡單網(wǎng)絡(luò) 的 分配等，但無法滿足高校多個(gè)二級(jí)學(xué)院系、學(xué)科、實(shí)驗(yàn) 室計(jì)算資源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)構(gòu)建和資源隔離。例如按 照不同部門、不同功 能的需求動(dòng)態(tài)構(gòu)建云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓 樸等。 版 本 增 加 了 工程，該工程 不僅實(shí)現(xiàn)了跨數(shù)據(jù) 中心的二層挽網(wǎng)絡(luò)共享與隔離 ，同時(shí) 每個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)可 以按照需求自定義拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ，其 核心是利用 的架構(gòu)，采用 網(wǎng) 絡(luò) 替 代 傳 統(tǒng) 的 網(wǎng) 橋，為 每 一 個(gè) 虛 擬 主 機(jī) 構(gòu) 建 一 個(gè) 私 有 的 網(wǎng) 絡(luò) 端 口 ，并 通 過 相 應(yīng) 的或 者 作 為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉?biāo)志，實(shí) 現(xiàn)云平 臺(tái)下虛擬主機(jī)的二層網(wǎng)絡(luò)隔離 ，使

8、 得相同服務(wù)的虛擬 主機(jī)成為一個(gè)邏輯獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源簇 ，同 時(shí)每個(gè)挽留 過資源簇的 可以自定義，多 個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間 可 以重復(fù)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。本文采用 作為高校教學(xué)科研云平臺(tái) 的 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在面對高校云計(jì)算服務(wù)的需求時(shí) ，可按照學(xué) 院系、學(xué)科、實(shí)驗(yàn)室 等獨(dú)立的實(shí)體構(gòu)建多個(gè)獨(dú)立二層 網(wǎng)絡(luò)隔離的虛擬主機(jī)資源簇 ，使得每個(gè)虛擬主機(jī)資源 簇在進(jìn)行構(gòu)建和資源伸縮時(shí)不受地理位置 、 資源等 外部因素的影響，體現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái)資源的按需使用 、 動(dòng)態(tài)構(gòu)建和資源隔離等優(yōu)點(diǎn)。 李 磊 ，等 ：基于 的科研教學(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用 圖 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)*基于 版 本的云計(jì)算平臺(tái) 構(gòu)建 部署規(guī)劃按照 高校數(shù)據(jù) 中心和網(wǎng)絡(luò)

9、的拓 撲 特 點(diǎn)，結(jié) 合 的設(shè) 計(jì) 架 構(gòu)，采 用 的 個(gè) 核 心 工程，即 、 和，每個(gè)工程采用分布式部署 ，并 采用 （高 可 用結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)，即將每個(gè)工程獨(dú)立部署在多個(gè)物理主機(jī) 集群內(nèi)，并 且 對 關(guān) 鍵 的 組 件 按 照 的 架 構(gòu) 進(jìn) 行 構(gòu) 建，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算平 臺(tái)服務(wù)的高可用性。 其部署的拓?fù)?如圖所示。 構(gòu)建主要方式的介紹目前 的 構(gòu) 建 可 以 采 用 以 下 種 主 要載源碼包，按照自己的環(huán)境進(jìn)行配置修改 ，從底層的組 件進(jìn)行安裝。本文考慮到部署的靈活性 ，在 部署的方式上采用 了源碼安裝方式，按 照自己 的 需 求 對 進(jìn) 行 配置和調(diào)整。 基礎(chǔ)組件的部署需要用到數(shù) 據(jù)庫和消

10、息隊(duì)列兩種基礎(chǔ) 組件。其中數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)記錄 運(yùn)行的關(guān) 鍵信 息和狀態(tài)，消 息隊(duì)列負(fù)責(zé)對 服 務(wù) 內(nèi) 的 各 個(gè) 模塊進(jìn)行消息傳輸。在數(shù)據(jù)的部署上 ，本文采用了 數(shù)據(jù) 庫， 并采取 （）部 署 方 案，即 采 用一個(gè)基于 的存儲(chǔ)池存儲(chǔ) 的 數(shù)據(jù)信息， 通過 掛載到 多個(gè) 服 務(wù)端，負(fù) 責(zé) 將用 戶 訪 問 通 過 虛 擬 轉(zhuǎn) 發(fā) 到后端正常工作的 服務(wù)上。其結(jié)構(gòu)如圖所示。方式：消息隊(duì) 列 服 務(wù) 采 用 了，并 采 取 主 備 的（）包安 裝方式：目 前 等 操作系統(tǒng)在其軟件倉庫已經(jīng)放置了編譯好的 軟 件包，因此可直接采用等自動(dòng)化網(wǎng) 絡(luò)安 裝服務(wù)，完成 各個(gè)組件的構(gòu)建 。（） 腳 本 安 裝 方

11、式：由 于 已 經(jīng)成為了開源云計(jì)算平臺(tái)的首選部署方案 ，在 國外開 發(fā)人員的支 持 下，逐 漸 出 現(xiàn) 了 等 類 型 的 “一 鍵化”安裝腳本，用戶可以通過該腳本的執(zhí)行直接完成 的構(gòu)建。（）源碼 安 裝 方 式：從 的 官 方 網(wǎng) 站 下 方式，即針對消息隊(duì)列服務(wù)同 時(shí)部署一個(gè)主服 務(wù) 和一個(gè)預(yù)備服務(wù)，當(dāng)主服務(wù)出現(xiàn)問題時(shí)，預(yù)備服務(wù)會(huì)被 激活并替代主服務(wù)。其結(jié)構(gòu)如圖所示。 和 的部署和 的 部 署 流 程 主 要 包 括 ：首 先 安裝必要的第三方組件 ，如 的服務(wù)組 件、 工 具 等，然后按照服 務(wù)所在 服務(wù)器的具體信息 修 改 配 置 文 件 （和下 的 配 置 文件），并安裝系統(tǒng)服務(wù) ，

12、在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表單，最后同步數(shù)據(jù)表單幾個(gè)主要步驟。 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理圖 基于 高校教學(xué)科研云結(jié)構(gòu)示意圖 圖 基于 的 數(shù)據(jù)庫服務(wù)結(jié)構(gòu)示意圖 在 上 述 步 驟 中， 和 的 配 置 文 件 關(guān)鍵信息內(nèi)容如下： 指向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 ： ： 指向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 ： 采用存儲(chǔ)器方式存儲(chǔ)鏡像文件 定圖 基于 的 的 結(jié)構(gòu)示意圖義存儲(chǔ)的掛載點(diǎn) 由于 在 部署時(shí)需要制定一個(gè)存儲(chǔ) 空間用 以對鏡像文件進(jìn)行存儲(chǔ) ，本文采用了一個(gè) 的 獨(dú)立 存 儲(chǔ) 空 間，通 過 協(xié)議將該 存儲(chǔ)空間掛載到 的 物 理 主 機(jī) 上，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和控制的物 理 分 離 結(jié)構(gòu)。為了實(shí) 現(xiàn) 和 的 結(jié) 構(gòu) ，系 統(tǒng) 采用多點(diǎn)反

13、向 代 理 機(jī) 制 ，即采用多個(gè)物理節(jié)點(diǎn)運(yùn)行 和 服 務(wù) ，并 在 前 端 將 其 通 過 反向代理 為 同 一 個(gè) 前 端 ，即 采 用 對 后 端 的和 進(jìn) 行 負(fù) 載 均 衡。 當(dāng) 用 戶 訪 問 鏈 接 較多時(shí) ，通 過負(fù)載均衡方式將用戶的請 求均衡 李 磊 ，等 ：基于 的科研教學(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用 地發(fā)送 到 后 端 多 個(gè) 和 服 務(wù) 上 ，實(shí) 現(xiàn) 服務(wù)的負(fù)載均衡和 ，其 部署結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 和 的部署結(jié)構(gòu)示意圖 、的部署和 部 署 的 主 要 流 程 包 括：首 先 安 裝 必要的第三方 組 件，如 的 服 務(wù) 組 件、 工具 等，其 中 關(guān) 鍵 的 第 三 方 組 件

14、 包 括 、 、等虛 擬 化 軟 件，的關(guān)鍵組件包括 、等網(wǎng)絡(luò)設(shè) 備協(xié)議管理；然 后 按 照 服 務(wù) 所 在 服 務(wù)器 的 具 體 信 息 修 改 配 置 文 件 （和 下的配置文件），并 安裝系統(tǒng)服務(wù)，同 時(shí)在數(shù)據(jù) 庫中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表單；最后同步數(shù)據(jù)表單幾個(gè)主要步驟 。在上述 步 驟 中， 和 的 配 置 文 件 關(guān) 鍵 內(nèi)容如下：（）的關(guān)鍵配置： 數(shù)據(jù)庫連接 ： 虛擬機(jī)調(diào)度策略 網(wǎng)絡(luò)掛載工具 認(rèn)證工具配置由于本系統(tǒng)服務(wù)屬于開放資源服務(wù) ，考 慮到硬件 設(shè) 備的投入效用比 ，本文未采用網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)陣列 作 為 虛 擬 主 機(jī) 數(shù) 據(jù) 的 存 儲(chǔ) 空 間，僅 采 取 了 本 地 化 存 儲(chǔ) 陣 列；在

15、 存 儲(chǔ) 的 部 署 上，本 系 統(tǒng) 考慮到塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性，未 采用常規(guī)的 卷存 儲(chǔ)，使用了 存儲(chǔ)解決 方案，即 采用 文 件系 統(tǒng)作為 的后臺(tái)存儲(chǔ)。由于 和 服務(wù)本身就是一個(gè)分布式部 署方案，因此 本 文 采 用了在每個(gè)運(yùn)行 和 服務(wù)的 物 理 主 機(jī) 上 啟 動(dòng) 、和 、 進(jìn) 程，以 實(shí) 現(xiàn) 服 務(wù) 的 架構(gòu)。 的服務(wù)安裝 工程主要通過使用第三方的虛擬 化 網(wǎng) 絡(luò)管理 插 件 進(jìn) 行 實(shí) 現(xiàn)，目 前 主 要 支 持 、 、 、 等， 本文采 用 作 為 的 網(wǎng) 絡(luò) 插 件。 是 即開放虛擬交換標(biāo)準(zhǔn)， 是在開 源 的 許可下的產(chǎn)品級(jí)質(zhì) 量 的多層 虛擬交換標(biāo)準(zhǔn)。旨在通過編程擴(kuò)展 ，使 龐

16、大的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化（配置、管理、維 護(hù)），同時(shí)還支持標(biāo)準(zhǔn)的管理接口 和協(xié)議（如 ， ，）。 部署的主要流程包括：安 裝必要的第三方組件，主要是安裝組件，并按照自己網(wǎng) 虛擬機(jī)驅(qū)動(dòng)配置 網(wǎng)絡(luò)配置采用 工程 ：連 接： 消息隊(duì)列配置 的 關(guān)鍵配置 數(shù)據(jù)庫連接 ： 消息隊(duì)列配置絡(luò)的實(shí)際情況將物理主機(jī)的 塊網(wǎng)卡所在的網(wǎng)絡(luò)分別規(guī)劃為管理網(wǎng)絡(luò)、虛擬機(jī)內(nèi)網(wǎng)以及對外接入網(wǎng)絡(luò) ，其中 關(guān)鍵的步驟主要是創(chuàng)建內(nèi)外 個(gè)網(wǎng)橋，并 分別綁定到 相應(yīng)的網(wǎng)卡上，主要的配置內(nèi)容如下：（）網(wǎng)卡關(guān)鍵配置內(nèi)容。 管理網(wǎng)絡(luò)接口 虛擬主機(jī)內(nèi)網(wǎng)接口 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理 對外網(wǎng)絡(luò)接口 （）網(wǎng)橋配置主要指令 。 創(chuàng)建虛擬主機(jī)內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)橋 創(chuàng)建外

17、部接口網(wǎng)橋 將外部接口網(wǎng)橋綁定到外部網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)卡 為 網(wǎng) 橋添加： ，使 得 可 以調(diào)用 的 服務(wù)。圖 高可用結(jié)構(gòu)部署結(jié)構(gòu)示意圖 教學(xué)科研云的鏡像制作與上傳云計(jì)算平臺(tái)在啟動(dòng)虛擬主機(jī)時(shí)需要從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 虛擬機(jī)鏡像獲取文件 ，并調(diào)度到相應(yīng)的物理主機(jī)上進(jìn) 行啟動(dòng)，因此 在 使 用 服 務(wù) 前 需 要 制 作 虛 擬 機(jī) 鏡像，并上傳到服務(wù)的存儲(chǔ)中。本文所構(gòu)建的系在安裝完 組 件 后，需要按照所在的 物理服 務(wù) 器 修 改 配 置 文 件 （ 配置文件），并 安 裝 系 統(tǒng) 服 務(wù)，同 步 數(shù) 據(jù) 表 單，最 后 為 網(wǎng)絡(luò)添加外部 地址網(wǎng)段。其中 的幾 個(gè) 主 要服務(wù)進(jìn)程包括 ：（） ：管理 和 調(diào) 度

18、虛 擬主機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù) ；（） ：啟動(dòng) 服 務(wù)自動(dòng)分配虛擬 主機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) ；（）：管 理本地 網(wǎng)絡(luò)（虛擬機(jī) 內(nèi)部絡(luò) ）網(wǎng) 橋節(jié)點(diǎn)的分配與回 收；（）：管 理 （對 外 接 入 網(wǎng) 路 ）網(wǎng)統(tǒng)采用了 虛擬化技術(shù)，制作鏡像的流程 主 要 包括：創(chuàng)建一個(gè)本地化的虛擬磁盤空間 ，按照 的啟 動(dòng)方式，將所需 要安裝系統(tǒng)的 文件通過 的引導(dǎo)方式將系統(tǒng)安裝到虛擬磁盤空間 ，同 時(shí)在安裝 過程中按照 系 統(tǒng) 的 種 類 需 要 完 成 如 下 操 作 ：（） 系統(tǒng)需要安裝 磁盤驅(qū)動(dòng)；（）系統(tǒng)需 要?jiǎng)h除文 件，以免自動(dòng)添加除 以外的接口。在安裝好基本鏡像后 ，可依據(jù)實(shí)際的服務(wù)需要安 裝不同的服務(wù)軟件，提 供不同的

19、服務(wù)。 本文所構(gòu) 建的系統(tǒng)對鏡像做了如表 所示的規(guī)劃。表 平臺(tái)鏡像列表橋節(jié)點(diǎn)的分配 與 回 收，同 時(shí) 負(fù) 責(zé) 為 每 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 創(chuàng) 建 一個(gè)虛擬機(jī) ，實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)隔離。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的 接入模式，避 免單點(diǎn)化的接 入 故 障，本 文 采 用 多 個(gè) 專 用 的 物 理 主 機(jī) 同 時(shí) 運(yùn) 行 ，并對每個(gè) 網(wǎng)絡(luò)對外 的流 量做了監(jiān)控。當(dāng) 出現(xiàn)故障時(shí)，即對外網(wǎng) 絡(luò)流量 為時(shí)，通過 的 調(diào)用 在其他網(wǎng)絡(luò) 接入物理主機(jī)上創(chuàng)建一個(gè) ，并 將已經(jīng)失效的對 外 重新綁定到新的 上，實(shí) 現(xiàn) 網(wǎng) 絡(luò) 故 障 的 轉(zhuǎn) 移。其結(jié)構(gòu)如圖所示。 的服務(wù)安裝本文采 用 方 式 進(jìn) 行 的 部 署，主 要的步 驟 包 括：

20、安 裝 組 件，修 改 器 配 置 文 件 ，使 得 根 目 錄 指 向 所在 的文件夾，并 添加 服 務(wù)： 鏡 像 系 統(tǒng) 服 務(wù) 軟 件 面 向 的 服 務(wù) 無需要純凈的系統(tǒng)環(huán)境 辦公業(yè)務(wù)需求數(shù)學(xué)建模運(yùn)算即仿真 基于 的 編程、嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 無需要純凈的系統(tǒng)環(huán)境 、服務(wù)器網(wǎng)頁服務(wù) 無開 發(fā)環(huán)境 無 服 務(wù) 器 環(huán) 境 為了保證云計(jì)算虛擬主機(jī)資源效用比的最大化， 體現(xiàn)其按需使用的優(yōu)點(diǎn) ，系統(tǒng)為不同使用者配置了相 應(yīng)配置的虛擬主機(jī)類型（如表所示）。 李 磊 ，等 ：基于 的科研教學(xué)云計(jì)算平臺(tái)的構(gòu)建與運(yùn)用 表 虛擬主機(jī)資源配置列表 虛擬主機(jī)類型配置類型 高校教學(xué)科研云的使用方法本文所構(gòu)建的系統(tǒng)

21、位于校園內(nèi)網(wǎng) ，使 用的流程主 要包括：（）登 錄 界面，輸 入校園用戶名及密 碼；（）首次使用時(shí)，在控制面板中創(chuàng)建自己的網(wǎng)絡(luò) ，包 括創(chuàng)建的自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) ，以 及輸入自定義的內(nèi)網(wǎng) 段、網(wǎng)關(guān)并創(chuàng)建內(nèi)網(wǎng) ；（）在 控制面板中選擇鏡 像欄，點(diǎn)擊需要啟動(dòng)的系統(tǒng)鏡像 ，在對話框內(nèi)選擇虛擬 主機(jī)的配置 類 型、內(nèi) 網(wǎng) 和 外 網(wǎng) ，點(diǎn) 擊 啟 動(dòng)；（） 當(dāng)用戶需要訪問主機(jī)時(shí)，可以在 欄目選擇 分配一個(gè)外網(wǎng) 并連接到相應(yīng)的虛擬主機(jī) ；（）用 戶 可以通過 遠(yuǎn) 程 桌 面 或 者 的 網(wǎng)頁的方式遠(yuǎn)程訪問；（）當(dāng)用戶需要添加網(wǎng)絡(luò)塊存儲(chǔ) 時(shí)，可以選擇云硬盤選項(xiàng) ，并按照需要容量創(chuàng)建一個(gè)虛 擬的塊存儲(chǔ)，通 過

22、掛 載 到 虛 擬 主 機(jī) 上。 使 用 流 程 如圖所示。圖 教學(xué)科研云計(jì)算平臺(tái)主要使用流程示意圖 高校教學(xué)云的效用比的分析構(gòu)建 云計(jì)算系統(tǒng)主要目的是提高 高校 計(jì)算機(jī)資源使用的效用比 ，并能實(shí)現(xiàn)快速的按需服務(wù) 和擴(kuò)展，避免重復(fù)的購置計(jì)算機(jī)設(shè)備 ，擺脫繁瑣的實(shí)驗(yàn) 環(huán)境維護(hù)工作。以下從硬件、成本 和擴(kuò)展性 個(gè)方面分析了該平 臺(tái)同構(gòu)化計(jì)算資源的性能。（）硬件對比：加入云平臺(tái) 后，可 免去重復(fù)購置計(jì) 算機(jī)、安裝軟件等工作過程 ，有利于教師工作效率的提 高，實(shí)現(xiàn)了本地資源的自由度 。（）成本對比：私有云除了 性能高效外 ，還 可降低 成本，提高投入產(chǎn)出比。在本 文的測試中， 個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn) 行 個(gè) 實(shí)

23、 例，每 個(gè) 實(shí)例的使用概率為 。以嵌入式 實(shí)驗(yàn)課程為例，當(dāng) 部 署 一 個(gè) 大于個(gè)虛擬主機(jī)開發(fā)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)資源時(shí) ，以 個(gè)計(jì) 算節(jié)點(diǎn)、的使用概率為例，則實(shí)際使用的實(shí)例數(shù)為 個(gè)，按照計(jì)算公式得出資源節(jié)省效用比 云計(jì)算的資源使用率（ 臺(tái) 主 機(jī) 個(gè) 實(shí) 例 ）原始的物理主機(jī)資源（臺(tái)）（）因此節(jié)省的機(jī)器數(shù) 、能源等成本為原來的倍。（）擴(kuò)展性 比對：當(dāng)教師或者學(xué)生需要開 展新的 實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以直接啟動(dòng)純凈的系統(tǒng)鏡像主機(jī) ，并按照自 己的需求安裝和定制軟件 ，并提交給云平臺(tái)管理員，作 為附加的鏡像傳入 存 儲(chǔ)內(nèi)，整 個(gè)過程不大于 。該鏡像 可同時(shí)授權(quán)公開 給其他用戶 使用 ，相 對 于 購置新的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)

24、展成本基本為零。當(dāng)云計(jì)算平臺(tái)計(jì)算能力無法滿足當(dāng)前的虛擬機(jī)數(shù) 量與配置時(shí)，可以通 過動(dòng)態(tài)的方式將新的物理主機(jī)接 入到平臺(tái)內(nèi)，無需對原有的資源做任何調(diào)整 。 如前成 本對比所述，擴(kuò)展一 個(gè)新的物理主機(jī)可以支撐 個(gè)以 上的虛擬云主機(jī)運(yùn)行 ，效用比優(yōu)勢依然明顯。 結(jié)束語本文闡述了基于 構(gòu)建高校教學(xué)科 研云 平臺(tái)的方案和運(yùn)用方法 ，旨在為高校提供彈性計(jì)算服 務(wù)，滿足不同用戶角色 、不同階段的要求，同時(shí)，通過在 虛擬鏡像中集成開發(fā)環(huán)境 ，為不同的教學(xué)和科研提供 了一個(gè)硬件 資 源、系 統(tǒng) 架 構(gòu)、軟 件 程 序 均 一 致 的 實(shí) 例 環(huán)境。經(jīng)過實(shí)踐 和 實(shí) 際 運(yùn) 行 ，本 文 實(shí) 現(xiàn) 了 既 定 的

25、個(gè) 目標(biāo) ：（）構(gòu) 建 和 部 署 高 校 教 學(xué) 科 研 云 平 臺(tái) ；（）通 過對原有資源 購置方式的對比 ，體現(xiàn)了云計(jì)算平臺(tái) 資源高效 用 比 、按 需 使 用 、快速擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn) ，能 為 我 國快速發(fā)展的教育和科 研提供一 個(gè) 高效資源管理與 供給模式。參考文獻(xiàn)（）羅 國瑋 ，蘭 瑞樂 基 于云計(jì)算的高校科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建研究 實(shí) 驗(yàn)技術(shù)與管理 ，（）：柴 亞輝 ，涂 春萍 ，劉 覺夫 ，等 基 于云計(jì)算的計(jì)算機(jī)與軟件實(shí)驗(yàn)資源 管理實(shí)驗(yàn)室研究與探索 ，（）：李 英壯 ，廖 培騰 ，孫 夢 ，等 基 于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)管理平臺(tái) 的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理 ，（）：黃 晨暉 ，林 泳琴 基

26、于云計(jì)算的虛擬化計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的研究與實(shí)現(xiàn) ，實(shí)驗(yàn)室研究與探索 ，（）：魯 慧民 ，劉 剛 基于云計(jì)算理 念的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理 ，（）：（下轉(zhuǎn)第頁） 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 與 管 理候是相依 存 的。 這 兩 樣 廢 棄 物 在 我實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生量很 大，所以實(shí)驗(yàn)室每周固定時(shí)間集中處理廢液廢瓶 ，其流 程為：（）提前打印一份專門處理廢液廢瓶的申請單和 明細(xì)單，申請單中寫 明本次所需處理的所有廢液名稱 和廢瓶數(shù)量；（）將 廢瓶裝入箱子內(nèi)，并用標(biāo)簽做出標(biāo) 志；（）在廢液瓶 和廢棄藥品瓶外表貼上廢物的名稱， 檢查是否泄漏，整齊 放置箱內(nèi)；（）將 廢棄物明細(xì)單和 申請單與箱子放在一起 ，運(yùn)

27、至學(xué)校廢棄物處理部門統(tǒng) 一處理。廢棄實(shí)驗(yàn) 耗 材 是 實(shí)驗(yàn)室廢棄物中所占比例最大 的，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生，而 且很多為一次性的 ，如 果沒有節(jié)約 意識(shí)或處理不當(dāng)，這 類廢棄物就會(huì)成為最大的浪費(fèi)和 污染。首先是破碎的或淘汰的玻璃器皿 、用 過的注射 器和針頭，要分類收集儲(chǔ)存起來 ，一個(gè)季度或半年和廢 液廢瓶一起送至學(xué)校部門處理 ；其 次是手套、吸 頭、過 濾器等這類每天都會(huì)產(chǎn)生的小型廢物 ，由 于量大要日 產(chǎn)日清，所以在實(shí)驗(yàn)室這類垃圾都集中放入污物袋 ，后 集中焚燒處理。生物廢棄物主要包括動(dòng)物尸體 、血液樣品、病理樣 品，對于這類廢棄物應(yīng)注意低溫保 存 、及 時(shí)清理、不 能 大量囤積，要委托具 有處理資質(zhì)的單位定期回收進(jìn)行 消毒和統(tǒng)一 焚 燒 處 理。 細(xì) 胞 微 生 物、培 養(yǎng) 基、培 養(yǎng) 液等一系列生物活性廢物 ，最好使用壓力蒸汽滅菌后 處理，對無致病性培 養(yǎng)物可使用次氯酸鈉消毒液處理 后排放。 結(jié)束語實(shí)驗(yàn)室是高校學(xué)科建設(shè) 、人才