基于云计算特色实验室的建设与创新实践教学.pdf
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1、 ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 基于云计算特色实验室的建设与创新实践教学阮灿华,刘必雄,林晓宇(福建农林大学 计算机与信息学院,福建 福州 350002)摘 要:为满足计算机实验教学、不同学科实验教学环境交叉融合以及创新实践训练对多样化实验环境的需求,结合福建农林大学云计算实验室建设的实践,介绍了云计算实验室解决方案价值及其优势,分析了云计算实验体系架构、环境管理、教学、科研、实践、服务社会体系构建,提出了云计算实验室建设规划,最后阐述
2、了解决方案的安全管理。基于云计算实验室可以轻松应对实验室管理、教学、科研、服务社会等方面的挑战,满足师生随时随地不间断创新实验的要求,对提高学生创新能力和师生教学多样化服务有很大的帮助。关键词:云计算;特色实验室;安全管理;虚拟技术中图分类号:TP393 文献标识码:B doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.036Construction and innovative practice teaching based on cloud computing characteristic laboratoryRUAN Canhua,LIU Bixiong,LIN
3、Xiaoyu(College of Computer and Information,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)Abstract:In order to meet the demands of computer experiment teaching,the cross-integration of ex-perimental teaching environments of different disciplines,and innovative practice training for d
4、iverse experimental environments,combined with the practice of cloud computing laboratory construction in Fujian Agriculture and Forestry University.This paper introduces the solution value and advantages of cloud computing laboratory.It analyzes the cloud computing experimental system architecture,
5、environ-mental management,teaching,scientific research,practice,and social service system construction,puts forward the construction plan of cloud computing laboratory,and finally expounds the security management of the solution.Based on cloud computing,the laboratory can easily meet the challenges
6、of laboratory management,teaching,scientific research,serving the society,etc.,and meet the re-quirements of teachers and students for uninterrupted innovation experiments anytime,anywhere.It is of great help to improve students innovative ability and diversified teaching services for teachers and s
7、tudents.Key words:cloud computing;characteristic laboratory;security management;virtual technology 收稿日期:2021-06-22 修改日期:2022-08-11作者简介:阮灿华,硕士,实验师,主要研究方向为实践教学管理、网络安全、存储技术、云计算。E-mail:ruancanhua 基金 项 目:福 建 省 自 然 科 学 基 金 面 上 项 目(项 目 编 号:2018J01644);福建省教育科学规划“十二五”规划 2014 年度课题(项目编号:FJJKCGZ14-005);福建省教育厅项目
8、(项目编号:JA14119);福建省中青年教师教育科研项目资助(项目编号:JAT200102);福建农林大学科技创新专项基金资助项目(项目编号:CXZX2018033)。随着我国高等教育发展方向由做大转向做强,各高校着力点都从专业学科入手,优化学科结构,促使实验教学环境交叉。学生创新能力的提高离不开实验平台的建设和提高。目前福建农林大学现有设备分散于各学院各学科,有些实验室只服务于单个学科单门课,设备使用率低。为了提高设备使用率,福建农林大学计算机与信息学院整合各类型实验室成立了学院级实验中心,从实验室项目立项到使用都考虑到设备的跨课程、跨学科统筹利用问题。计算机与信息学院现有 56 间实验室
9、(计算机基础课程类实验室、学院专业类实验室及科研类实验室),其中 13 间计算机基础实验室中宝铃楼 301 和宝铃楼 302 实验设备为 2007 年购置,已经无法满足教学需要,宝铃楼 303、401、402、403、501、502 和 503 实验室每次实验最多只能容纳 90 位学生,虽然宝铃楼 304 实验室每次实验最多能容纳 120 位学生,但该实验室设备购置于 2013 年,接近报废年限,设备性能无法满足实验需要。而学校有些专业人数较多,公共课通常安排一个教学班上课,因此急需容纳人数较多可满足基础实验、专业实验、实践实训、服务和科研等要求的特色实验室。本实验室建设项目不仅可以满足基础实
10、验的需求,基础实验面向全校各专业,其受益师生规模较大,主要承担的课程有“大学信息技术基础”(OFFICE 2016)、“数据库应用基础”(ACCESS 2016)、“VB 程序设计”、“R 语言及应用”、“Matlab 编程”、“Python 程序设计”、“Office高级应用”(OFFICE 2016)等课程,也可以满足专业的大规模集群实验、高性能计算实验、计算资源要动态调度、深度学习、网络工程等专业实验的教学科研使用1,同时可以服务大学生创新实践及个性化社会新型技术人才的培养。1 云计算实验室解决方案目前福建农林大学计算机与信息学院计算机类实验室,都是采购单机形式,在单机上安装三个操作系统
11、(教学类、省考类,国考类),操作系统里的软件都是根据教师或考试的要求按需安装更新。单机建设成本高,而且计算机技术飞速发展,计算机硬件配置一般 6 年就需要进行升级或淘汰,使用周期短,单机硬件淘汰率高,维保和升级难度比较大,存在很大资源浪费问题。使用云计算实验室解决方案在扩容及升级硬件资源问题方面有天然的优势,同时具有以下几个特点。1.1 设备维护简单传统单机环境的实验室故障率高,平均每 3 间计算机类实验室就需要一名专职实验室管理员进行软硬件管理维护。云平台环境下,所有资源在服务器端自动管理控制,只要在服务器后端进行方便简单的维护,而云计算实验室前端不需要太多维护,提高了实验室管理人员的工作效
12、率 2。1.2 业务可靠在传统单机环境下,所有实验、应用程序和数据都要在本地单台计算机上进行处理,但传统单机环境下系统稳定性只有 99%左右,年宕机时间比较长,而在云环境中,所有实验数据和各种应用程序都是在服务器上处理,通过双机互备、RAID 技术、不间断电源、精密空调等系统充分保障师生教学科研实验的连续性和各类考试的稳定运行。1.3 利用率高在传统单机环境下,师生只能通过实验室单机访问其个性化桌面,极大地限制了创新性实验开展和使用的灵活性。而在云环境中,无论是在实验室还是在宿舍,师生都可以简单的通过各类终端使用帐号密码或指纹等认证接入属于自己的虚拟机,随时随地进行移动创新实验或科研活动。由于
13、虚拟机都集中运行,并且各种应用和数据都存在服务端数据中心,师生只要连网就可以实现无缝切换、不中断应用运行创新类和计算需求比较大的科研类实验。1.4 资源弹性在云环境下,所有资源(CPU,内存,硬盘,GPU等)都集中在宝铃楼 106 服务器里,实现各类资源集中管控和弹性调度。需要资源多的实验可以弹性分配较多资源,基础类实验可以弹性分配较少资源,节省下资源分配给科研或应急使用。各类资源集中管理、可弹性调度,提高了实验室资源利用率 3。2 云计算实验室建设2.1 云计算实验室体系架构云计算实验室允许师生通过笔记本、计算机、手机、平板等多种终端接入,学校现有的 AD、DNS、DHCP 等设备可以保留使
14、用,云桌面管理平台(Fu-sionAccess)主要是由接入和访问控制层和云桌面管理层等 10 个组件构成,实验室管理员通过 Fusion-Access 弹性管理各种资源及各类用户桌面。云操作系统平台(FusionCompute)负责 CPU、内存、硬盘、GPU、网络等硬件资源虚拟化及管理。云计算实验室逻辑架构如图 1 所示。2.1.1 接入和访问控制层有 4 个组件Web 接口(Web Interface,WI),师生的用户名和密码经过 Web 登录界面程序加密后发给 AD 进行验证,身份验证无误后,Web 接口提供该用户允许访问的虚拟机入口。单一名称服务设置了单一名称服务就可以通过一个地址
15、访问多套 FusionAccess 系统。虚拟接入网关(Virtual Access Gateway,vAG),虚拟机自身出现故障后管理员进行维护和接入网关。当终端用户在客户端无法登录时,实验室管理241 阮灿华,等:基于云计算特色实验室的建设与创新实践教学员登录华为云平台通过 VNC 就可以登录及维护故障虚拟机。虚拟负载均衡器(Virtual Load Balance,vLB),用户访问 Web 接口时,vLB 按顺序解析发送其下绑定的 IP 给用户,实现不同 Web 接口负载均衡,提高Web 接口可靠性及对用户服务响应速度 4-5。2.1.2 云桌面管理层有 6 个组件IT 适配器是管理虚
16、拟机的接口。与华为桌面控制器、云操作系统平台之间交互,从而实现各类虚拟机创建、资源分配、模板等维护管理。华为桌面控制器是对云平台桌面组及各类虚拟机登录的管理。License 服务器负责许可管理与发放。瘦终端管理服务器(Thin Client Management,TCM)为 CT 系列桌面管理系统。GaussDB 数据库为 IT 适配器及华为桌面控制器存储数据信息。备份服务器(Backup Server)为云平台各个组件的信息备份。图 1 云计算实验室逻辑架构2.2 云计算实验室环境管理2.2.1 桌面管理虚拟机模板是创建和模板软硬件完全一致的虚拟机。这种方式部署本质是为目标虚拟机寻找一个或多
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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