0 引言

高校机房不仅是广大师生进行实验教学和科研的场所，而且是各类计算机培训以及考试不可或缺的场所。由于高校机房使用频率高，各类人员使用要求不一，机房面临着硬件和软件的要求也各有差异。这对机房的维护管理人员来说，是一项繁杂和艰巨任务。比如，硬件的日常维修维护，以及机器出现故障时的拆、装检测排故，系统和各类软件的安装和升级维护，以及各类病毒泛滥防不胜防等等的因素和问题。对此，为了确保正常的实验教学、科研和各类培训、考试任务顺利完成，机房管理人员就必须想尽各类办法来加强防护和管理。目前高校机房，通常采用单机安装杀毒软件，冰点还原软件或硬件还原卡等等防护措施来实现机房管理。但这种种防护措施并非绝对保险和安全，其本身也不例外都存在着漏洞和缺陷，在实际运用中各种问题和麻烦较多。而且，在当下作为机房管理中最得力的硬件还原卡，其本身的质量和兼容性也存在着诸多问题。运用新的云计算技术，就能很好解决机房管理中出现的各种疑难问题。

1 云计算

云计算是一种新的IT基础设施以及服务的交付和使用模式，通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的硬件、软件和平台等资源。可根据需要动态地提供、配置、以及取消供应的计算和存储平台［1-2］。云计算具有超大规模、高扩展性、虚拟化、高可靠性、经济性和按需服务等特点。云的规模可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。云计算支持用户在任意位置，使用各种终端获取应用服务。应用操作始终在云中某处运行，用户无需了解不用担心应用运行的具体位置。而且，云采用数据多副本容错，计算节点同构和可互换等措施保障服务的高可靠性。由于云具有的特殊容错措施，所以可采用极其廉价的节点来构成云，云采用自动化集中式管理，使企、事业单位和用户无需负担日益高昂的数据中心管理成本。可像水，电，煤气那样按需购买计费［3-4］。

2 高校机房在管理中的现状分析

2．1 杀毒软件

目前，高校机房常用的中外杀毒软件有360、瑞星、金山毒霸、江民、木马杀客、趋势科技PC-cillin、卡巴斯基、NOD32、诺顿、比特梵德(BitDefender)、AVG等等。在实际防御和查杀应用中，各有优、缺点。杀毒软件的误杀、误报一直是机房管理和用户哭笑不得的问题。调查显示，管理人员和用户最无法忍受的是，电脑因为杀毒软件而误杀的事时有发生，造成蓝屏、黑屏，乃至丢失重要资料，甚至造成系统瘫痪等故障。从保护用户的角度出发，杀毒软件必须具备查杀的高、精、准。而杀毒软件的缺陷在于，杀软的查杀能力往往与误杀率成正比:查杀能力强的，往往误杀率高;误杀少的，查杀能力又差。

2．2 冰点还原

冰点还原精灵(DeepFreeze)是由Faronics公司出品的一款系统还原软件，它可自动将系统还原到初始状态，保护系统不被更改，能够很好地抵御病毒的入侵，以及人为对系统有意或无意的破坏。还原精灵的安装不会影响硬盘分区和操作系统。轻松安装、动态保护、实时瞬间恢复，操作简单。但冰点还原其安全可靠性较差，只有从硬盘启动，Deep Freeze才能有效地保护系统，因此，必须杜绝从软盘、光盘或其他途径启动电脑。同时必须修改CMOS设置，在CMOS选项里只允许从硬盘启动，并加设CMOS密码，禁止别人更改CMOS设置。对某些病毒，尤其是机器狗类病毒难以起到彻底防御的效果［5］。

特别当学校、培训机构的机房要进行大批量系统升级更新时或安装软件时，冰点还原软件的缺陷在于，无法实现硬件还原卡的网络拷贝、增量拷贝等功能。当要升级安装系统或软件时，只能一一单机解锁，安装和还原。因此，使用Deep Freeze还原软件，仍然无法减轻和解决机房管理人员实际工作强度和压力。

2．3 硬盘还原卡

硬盘还原卡(保护卡)的种类很多，其工作原理基本相同，主体是一块芯片，安插在主板上与硬盘的MBR协调工作。目前基本上都是PCI接口，也有为ISA总线设计的产品。硬盘还原卡基本上可分为3种类型:单机卡、网络卡和增霸卡。单机卡，其卡上只有保护芯片;网络卡，其卡上是既有保护芯片，又加装了网卡设备装置，故具有网络维护功能，是一种二合一的硬盘还原卡;增霸卡，主要是在网络还原卡的基础上增加了增量拷贝功能。随着高新技术的发展，还原卡技术也在不断进步中，比如，新型还原卡(噢易 FREE卡)还增加了无基点网络差异拷贝、多频道技术、虚拟系统功能等［6-10］。

硬件还原卡其优点:是不依赖于操作系统及其他软件，对主机速度影响较小，支持单一软件或多重数据的传送，具有网络维护，增量拷贝和无基点的网络差异拷贝等功能，有利于系统升级更新和和增减软件的安装和维护。虽然硬盘还原卡在当下机房管理维护中是最受青睐的，但在机房的实际操作使用中，不管是传统的硬盘还原卡还是新型的还原卡(噢易 FREE卡)，同样存在着不同程度的问题和缺陷，特别突显的是，与主板的兼容性问题，硬盘还原卡，通常都是PCI接口，使用中容易与主板接触不好，而导致保护失效，甚至计算机无法启动;其次，在网络增量拷贝或差异拷贝中，不但会出现拷贝速度慢、消耗时间长的问题;更让机房技术管理人员头痛的是，当还原卡使用期还不到半年就开始出现各种状况，不是接触不良不能启动，就是启动后不到10 min就卡机死机;特别在升级或增减软件时，发送数据拷贝不到10 min，就开始不断断线，到最后拷贝成功率不到一成的现象时有发生。

由此可见，硬盘还原卡在机房的实际应用中，并非象产品推介的那样好使用，其新增的一些维护管理功能，在技术层面上仍然存在着不少缺陷和不够完善地方。造成机房技术管理人员，需要不断开机箱去处理因还原卡与主板接触不良而引起的各种故障。所以硬盘还原卡在质量上、技术兼容性和功能使用等层面上均需加以改进提高和完善。

3 云计算在高校机房的应用优势

针对高校机房教学设备资源现状，通过分析和利用云计算技术的特点和优势。解决目前高校计算机机房教学设备资源紧缺，维修维护经费严重不足，以及解决在实际机房管理中出现的各种问题和压力，是具有应用研究的现实意义。

3．1 降低机房计算机设备的投入和维修维护成本

各高校为了解决和满足越来越多的教学需求，每年不得不增大计算机设备的投入量，对部分超过使用年限，处于淘汰边缘的计算机设备，汰淘之浪费可惜，用之问题又不断。如果使用云计算技术的服务模式，只要机房计算机设备能接入到互联网的云端，云提供商就可运用云计算技术，按需动态地提供、配置、以及取消供应的一种新型的商业计算服务云平台。对于处于淘边缘硬件配置较低的电脑，只要该电脑能正常启动并能接入云端网络，就能获取虚拟操作系统桌面。由此，计算机设备就不会因配置低而过早被淘汰造成浪费，这就是云计算的特点优势所在。云计算支持用户在任意位置，使用各种终端设备获取应用服务。利用云计算服务，就能解决机房客户端因超负荷使用设备而带来的设备故障［11］。比如:服务器、计算机、内存、硬盘等配件的容量扩充、升级，以及检修、维护等可由云服务商提供和解决。对此，不但减少了高校计算机设备等硬件的资金投入，同时也减轻了机房实验技术管理人员的工作强度和压力［12-14］。

3．2 节省操作系统和应用软件的升级和维护费用

由于云规模是可以动态伸缩，满足应用和用户规模增长的需要。而且云具有的特殊容错措施，所以可采用极其廉价的节点来构成云，这就是云计算具有经济低廉的特点，云提供商除了提供商业云服务，还经常提供免费云服务。其优势在于，不管用户使用何种终端设备，只要能接入云服务网络平台，云计算就能根据客户的需求按需提供和按需使用，让客户少花钱或不花钱就能享用到虚拟化网络平台的各类正版系统和应用软件，同时更不用担心操作系统和各类应用软件以及版本的升级和维护问题。

3．3 提高数据存储安全保障，降低管理成本

云计算，是采用数据多副本容错，计算节点同构和可互换等措施，来保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机可靠。避免了用户将数据存储在个人计算机上，而不用担心一旦，由于个人计算机存储设备(如硬盘、U盘、光盘等)损坏或一些误删除操作或病毒入侵，而造成数据丢失。而且云采用的是自动化集中式管理［15］，校方和用户无需负担日益高昂的数据管理成本。

4 云计算在机房管理中的构建

4．1 云计算中心的服务体系结构

该云计算机房以网络上的云计算中心为核心，动态获取机房所需要的软、硬件资源、存储服务等。机房在使用时，通过通信链路接入云计算中心，由用户动态申请业务和服务，机房的数据存储、机房管理和维护工作都由云计算中心来完成，用户不需要知道如何获取和维护数据，只需要关心如何使用这些数据即可。云计算机房体系结构如图1所示。

图1 云计算机房体系结构

(1)软件即服务(SaaS)。软件厂商将应用软件统一部署在服务器或服务器集群上，用户通过Internet来使用软件。

(2)平台即服务(PaaS)。提供应用服务引擎，如互联网应用编程接口、运行平台等。用户基于该应用服务引擎，可以构建该类应用。

(3)基础设施即服务(IaaS)。以服务的形式提供虚拟硬件资源，如虚拟主机、存储、网络等资源。用户无需购买服务器、网络设备、存储设备，只需通过互联网租赁就可以搭建自己的应用系统。

4．2 云计算中心搭建

机房云计算中心采用基于Hadoop框架构建，Hadoop是Apache基金会开发的开源项目，是云计算领域内的一个重要技术［16］。Hadoop实现了HDFS文件系统和MapRedcue，提供了简单易用的编程接口，使Hadoop成为易于处理和保存大量数据的分布式云计算平台，具有可扩展性强、成本低、效率高、安全性好等特点。Hadoop组件图如图2所示。

图2 Hadoop组件图

Hadoop机群使用了服务器3台，其中每台服务器内存4 GB，硬盘空间为500 GB。机器名和IP分别为:hzuxys1(202．192．224．1)、hzuxys2(202．192．224．2)、hzuxys3(202．192．224．3)，其中机器 hzuxys1 作为Namenode(Master)，其他节点作为 Datanode(slave)。Hadoop 版本为1．0，操作系统 Ubuntu 12．10，JDK 版本1．7．0。

必须保证每台机器的主机名和IP地址之间可以得到正确的解析。如果该台机器用作为名字节点，则需要在hosts配置文件中追加上集群中所有机器的IP地址及其对应的主机名;如果该台机器作数据节点用，则只需要在hosts文件中加土本机IP地址和名字节以项目配置，hzuxys1中的/ete/hosts文件配置如下:

127．0．0．1 localhost localhost

202．192．224．1 hzuxys1 hzuxys1

202．192．224．2 hzuxys2 hzuxys2

202．192．224．3 hzuxys3 hzuxys3

Hzuxys2中的/etc/hosts文件配置如下所示:

202．192．224．1 hzuxys1 hzuxys1

202．192．224．3 hzuxys3 hzuxys3

对于HDFS而言，节点可划分成名字节点和数据节点，而且名字节点有且只有一个，数据节点则可以有很多个。而相对于 Map/Reduce来讲，节点又分为JobTracker和 TaskTraeker，其中 JobTraeke:只有一个，TaskTraeke:可以有很多个。云计算中心将名字节点和JobTraeker部署在 hzuxys1上，hzuxys2，hzuxys3作为数据节点和TaskTraeker。当然也可以将名字节点，数据节点，JobTraeker，TaskTraeker这四部分全部都部署在同一台机器上。同时对SSH等进行配置，限篇幅不做介绍。

5 结语

云计算具有超大规模、高扩展性、虚拟化、高可靠性、经济性和按需服务等技术优势特点。随着云技术的普及，云计算将为高校机房的实验教学、科研和技术管理提供一种全新的服务运维模式。其将推进和引领着人们不断去探索、研究和拓展。对于教育教学、实验管理，资源设备的环境建设和实验教学模式的变革，以及解决高校教学设备资源紧缺，机房实际管理中存在的各种难题和问题，都有极其深远的现实意义和发展前景。

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