基于云计算的高校实验室网络设计(二)

云计算想要完成其技术体系中的四层构架，需用到映射思维和化简思思维，在互网络的环境之上实现云计算技术的数据处理等问题，而映射和化简思维则是我们所说的网络编程思维，映射思维即以网络云平台作为云计算技术所需要的后台服务器；化简思维则为云计算技术利用程序将所需处理的数据信息传递给服务器，由服务器进行处理[12]。

3、云平台管理技术

云计算技术利用分布式存储，且需要处理大量的数据，并能够并行运行程序，这对服务器管理要求非常高，必须保证云计算系统能够高效、安全运行才可以不间断、有效的为客户服务。利用云平台管理技术能够控制数量众多的服务器进行并行工作，并且对于平台中存在的漏洞能够快速诊断，从而保证云平台的稳定运转[13]。

4、虚拟化技术

云计算技术的优势在于将传统的计算机硬件和软件虚拟化，虚拟化技术是云计算技术非常重要的技术之一，其能够使客户通过云计算技术的客户端随时随地的快速访问云计算平台[14][15]。

5、服务器的兼容性

云计算技术需要位数众多的硬件设备才能支持处理大量的数据，而不同厂商、不同配置的硬件设备的兼容性也是影响云计算技术实现的一个问题，只有满足了不同平台、不同系统之间的兼容性，才能更好的实现云计算技术[16][17]。

三、需求分析

需求分析是软件系统开发的一个必不可少的过程，主要用于定义开发的目的、范围以及功能等方面，具有一定的策略性、方向性和决策性，只有在确定了设计的需求后才能找寻到合适的解决方法[18]。

本文主要研究的内容是利用云计算技术设计和实现高校实验室管理网络系统，首先需要分析高校实验室情况，包括用户角色、高校实验室的特点，高效实验室的目标等信息，力求达到高校实验室资源利用最大化、高效服务于人的目的。

3.1 高校实验室管理的目标

高校实验室的管理不仅需要满足学生、教师、管理人员等不同用户的不同需求，还需要能够最大化的发挥出实验室资源的优势，更好的服务于用户，解析实验室平台管理办法的终极目标，可以更好的建设实验室管理体系[19]。

1、支持实验室所有信息的管理：实验室信息囊括了课程信息、人员信息、设施信息等，实验室系统需满足这些固定信息的管理工作。同时，高校实验室一般都处于长期建设的过程，管理系统还必须能够支持信息扩展，能够支持校内、跨校区之间的实验室协同管理，以满足优质资源共享的目的。

2、支持不同类型用户的不同需求：高校实验室的用户主要集中分为学生、教师和行政管理人员，该管理系统需满足不同用户的不同需求，比如：学生可以线上选取实验室课，管理人员能够在线编排实验课程。

3、支持实验室教学资源的共享：实验室管理系统能够控制不同的设备终端、服务器以及其他存储设备进行协同工作，为用户提供访问、下载、管理或者共享等服务，并且能够满足其他设备的虚拟接入，用户就如同运行本地程序一样[20]。

4、管制实验室设施，并能快速调度和分配实验室资源：实验室在建设时期必须满足不同的实验要求和不同的科研目的，实验室管理系统必须将不同的基础设施共同管理起来，对于不同实验室资源需求能够快速的进行管理和分配，尤其是使用率高的实验资源，做到应用层面的资源共享。

四、系统设计与实现

4.1 系统架构的设计

该实验室管理系统将云计算技术的分层思维作为基本原则，以分布式存储和虚拟化服务器为基本理念，将云计算技术与高校实验室管理系统整合起来，创建高效的实验室管理云平台。具体而言，该管理系统的核心结构分为三部分，分别是基础设备层、通讯管理层、应用交互层[23][24][25]，如图4-1所示。

（1）基础设备层：包括实验室管理的软硬件设施，主要基于云计算的虚拟化技术进行构建，利用Linux系统对实验室的基础设施进行虚拟化，并利用Windows操作平台搭建基础设备层的访问界面，从而贯彻高效的管理。

（2）通讯管理层：首先利用 Hadoop 搭建出云计算所需的基础架构，并通过 HDFS 设计程序访问分布式系统，即使系统部署在低配置的硬件上也可以大大提升访问实验室资源的吞吐量和速率。

（3）应用交互层：基于云计算技术环境下构建应用交互层，可以实现实验室管理信息的资源共享，而基于Web设计系统的访问界面，可以方便学生、教师和管理人员等的应用。

4.2 系统功能设计

本系统主要具备四种功能：（1）用户信息管理，首要功能是为系统的使用用户，比如实验室管理员、师生等，提供系统所需的信息管理，包含了个人信息、登陆密码、个人信息修改等；（2）实验室课程信息管理，要求能够在云端远程管理实验室课程信息，包括远程选课、远程修改课程信息等；（3）学科建设管理，主要管理实验室实践课程项目建设，比如：学科建设、学科会议、学科^文档信息等。（4）实验室项目管理，包括管理实验室仪器设备、数据服务器、数据库以及云计算技术构建的分布式文件管理系统，是实验室管理系统的主要模块。管理系统的具体功能方案包含两个方面：一是实验室信息的读、写，二是实验室信息的存储。

1、 读功能设计

通过调用 HDFS文件中的open函数将预读取的信息打开，再进一步调用HDFS 文件中的NameNode节点获取系统信息中的数据及对应的读节点地址，之后将数据块返回给系统客户端，完成读功能[21]。

2、 写功能设计

需要将用户信息、实验课程信息、实验室仪器设备信息等写入实验室系统中，主要通过调用 HDFS 中的 create函数创建元数据节点，然后打开读数据通道，通过DFSOutputStream函数将待写入的数据分解为若干小数据，最后由dataqueue将数据写入[21]。

上述读写功能设计均基于HDFS体系实现，能够实现实验室各类管理信息快速、高效的读写操作，比传统的实验室管理系统的读写速率提升了几百倍。

4.3 系统实现

基于云计算的高校实验室管理系统的最大优势在于能够快速的处理海量的数据读写和存储。实验室管理系统的操作界面如图4-2所示，用户只需点击界面中的快捷图标就可以访问系统的各项功能。操作员在登录管理系统之后，进入系统的功能页面就可以预约实验室使用、管理实验仪器设备，易损耗材和设备的出入库、统计查询、教学资源等管理功能的使用。

五、总结及展望

本文提出以云计算技术设计和实现高校实验室管理系统，针对高校实验室的管理特点，结合云计算技术的优势，从软件设计的角度出发，对系统设计进行了需求分析、功能部署，包括用户信息管理、实验室课程信息管理、学科建设管理、实验室项目管理。利用云计算技术实现实验室管理系统，有效的整合了实验室资源，提高了实验室资源的利用率。