实验室资源整合探索

实验室资源整合探索

舒慧东^[1]

（浙江工商大学文科实验教学中心）

摘　要：随着社会需求的发展，培养复合创新型人才成为新的大学教育目标的重要内容，而实验室是培养复合创新人才极其重要的平台。这就要求各个专业实验室能够共享资源，融合而成一个有机的真实情景模拟系统，实现资源共享。虚拟技术是现代信息技术主流技术之一，具有虚拟化、整合方便、备份与恢复容易等特点，成为实现实验室资源融合的重要手段。

关键词：虚拟技术；融合；实验教学

浙江工商大学文科综合实验教学中心始建于2000年，2008年学校开始内部管理体制的改革，成立了以人文社科为主的多学科资源共享的公共实验教学平台，成为我校规模最大的实验教学中心。2000年以来，中心投入财政部、省财政厅的专项建设经费和校内配套经费达3000余万元，建设了多个专业实验室。目前文科综合实验教学中心下设经贸、工商管理、金融、财务与会计、统计、旅游与城市管理、现代传播、公共管理以及法学9个实验分中心，各个分中心的教学、科研和开放统一由实验中心安排。2009年，浙江工商大学文科综合实验教学中心被教育部评为国家级文科综合实验教学中心。

一、实验室融合的内涵及其特征

融合是指将多种现存技术结合起来，创造出比原有技术更强大的新技术，形成新的技术能力，包括内容的融合和技术的融合两方面。实验室融合是指各种实验室能够资源、功能互补，重点是各个实验室之间的资源共享与功能有机组合。广义的实验室融合，还包括各实验室所有权、人员、资源、组织结构等要素的融合。实验室融合具有以下特点。

组合化。在信息社会中，各种形态的信息，经过数字化处理，都可以转化为统一的数字信号，数字化使媒体硬件、软件、内容之间的融合得到了可靠的技术保证。通过数字接口转换，数字信号以各个核心环节信息流处理的流程需求为依据进行组合，将多种功能集成于一套有机系统中。

重构性：从硬件层面来看，组合化的多功能实验室融合系统是根据真实情景生产等环节中的需要来进行组合的。一旦这个情景需求得到满足后，就可以将各个功能单位的专业实验室重新拆开，并按照下一个情景模拟要求，进行重新的排列组合。从软件层面看，就是将多个软件整合在同一个终端，又可以按照不同需要，进行拆分，并重新整合。

资源融合。传统的各类数据库、专业分析软件、专业服务器系统等资源有着自己的独立载体。新技术特别是虚拟技术的发展，为资源融合创造了条件。通过虚拟技术，不同格式的资源都可以放到一个空间中去，所有需要使用的人，都可以获取自己所需要的资源。

二、实验室融合的必要性

（一）实验室建设与管理存在的问题

根据对浙江高校调研情况的反馈来看，实验室建设主要存在如下问题。

一是各专业实验室功能单一。各高校基本上一个专业一个实验室，实现某一类功能，同类的各个实验分室之间彼此独立，联系较少。这样直接导致各专业实验室对实际环境的仿真程度偏低，成为制约教学效果提高的瓶颈之一。

二是重复建设。重复建设早已成为各高校普遍存在的一个现象。在高校实验室建设的过程中，有很大一部分实验室与原先建设的其他专业实验室的功能重复，造成了经费、材料、人力、管理上的一系列浪费，重复建设违背了实验室建设的初衷。

三是实验室资源共享很少。以新闻传播学专业为例。新闻专业学生在实验室进行财经类新闻报道实验，需要到金融学院实验室数据库获取相应数据，需要用到财会学院实验室的分析统计软件进行数据分析，而由于种种原因，这种资源共享操作难度很大，形成一方有资源，另一方有需求却无法得到相应资源的尴尬局面。

（二）实验室融合是提高设备的利用率全面实现资源共享的有效途径

在中央和地方财政资金的大力支持下，高校实验室硬件设备得到了很大的改善，现代化的大型仪器设备逐渐增多，学校的教学、科研条件不断改善。长期以来，实验室的封闭、分散管理模式，制约着实验设备的利用率，造成了实验资源浪费严重；实验室在教学和科研发展方面应有的作用没有得到充分发挥；学科之间相互独立，学生的知识面狭窄，很大程度上制约了大学复合创新型人才培养的教育目标。如何实现各个学科实验室设备资源共享和高效运行，充分发挥国家投入大量教育资金后所起的作用，是一个刻不容缓的课题。

（三）实验室融合是社会对复合创新型人才的需求

以传播类人才培养为例，随着信息技术不断发展，新传播媒体的出现，特别是新媒体的多功能一体化发展趋势，使得传统传媒受到很大冲击。为了适应现代媒介竞争的需要，不断完善和增强自身竞争力，传统传媒也在发生着深刻的变革，各种媒体信息知识内容的生产、制作、传播等各个环节发生了重大的变革。其中，媒介融合是传统媒介改革的一个鲜明特征，所有媒介都在不停地吸收、融合其他传播方式的优势，挖掘自身传播的潜力。越来越多的传统媒介机构与新媒体在渠道和内容方面融合优势，以保持或提升自身的影响力。这种融合的基础是对传统媒体之间、传统媒体与新媒体间的功能融合，最终的目标是形成核心竞争力。因此，媒介融合的发展必然要求从事现代传播的从业者适应媒介融合所提出的新要求。传播类实验室对现实工作环境的模拟，应该体现社会媒介工作环境的融合变革，将新闻采访演播室、后期编辑实验室、多媒体制作实验室、配音室进行融合，从而让学生熟悉并掌握现代媒介融合对从业者的各种实践能力的要求。

三、虚拟机技术：资源融合的重要手段

虚拟机是指一台在物理计算机上虚拟出来的独立的逻辑计算机。通过虚拟技术可以在现有的操作系统上虚拟出一个新的子系统，该子系统是建立在正在运行的操作系统之上的，同时，它又拥有虚拟出来的自己独立的各种硬件资源。

虚拟机技术可以使我们在一个主系统上方便地建立多个同构或者异构的虚拟计算机系统，而且这些系统可以同时运行和来回切换而无需重新启动系统，还可以将这些计算机相互连接起来形成网络。［1］因此，采用计算机虚拟技术可以构建起一个虚拟的实验环境，大部分计算机的实践活动都可以在这样的虚拟环境中完成。从桌面系统到服务器，从存储系统到网络，虚拟化所能涉及的领域越来越广泛。

虚拟化的本质，就是把整个系统打包成文档，把整个硬件配置、Windows和应用程序，统统打包成文档。而从应用的角度来看，却是一个真实的服务器，有自己的操作系统、CPU、BIOS、内存、硬盘等。虚拟化不仅指硬件模拟的虚拟化技术，还包含从应用程序虚拟化技术、操作系统虚拟化技术、桌面虚拟化、服务器虚拟化，到展现层虚拟化、应用层虚拟化。［2］虚拟化具有以下特点。

（一）整合服务器资源

通过虚拟机客户端程序，可以在一台物理服务器上模拟多台虚拟机，其实就相当于在一台服务器上存放多个代表虚拟机的文档。这种整合能够极大地提高服务器的利用率，而且极大地降低成本。同时，借助虚拟化管理平台工具，还可以把多个硬件资源和软件资源组成一个逻辑的资源池，以便虚拟机能够更好地利用硬件和软件资源，获得更好的性能。虚拟化可以让一台物理服务器在逻辑上看成是多台机器。可以把硬件资源虚拟化成一个逻辑的整体，以便虚拟化的应用能够完美的运行。运行多个操作系统，每个OS都有自己独立的一个虚拟机。

（二）资源迁移方便

通过虚拟机技术，使得迁移也变得非常容易，因为实际上等于把文档从一台服务器，移动到另外一台服务器，非常简单。而且，虚拟机模拟的是一套标准的硬件设备和软件程序，所以不需要修改，就可以直接在其他服务器上运行。通过虚拟机控制平台，可以将虚拟机从一台物理计算机移动到另一台物理计算机，以及执行其他管理任务。同时，运行两个VM，相互之间可以进行对话，虚拟机之间可以共享文件、应用、网络资源等。也可以在同一台计算机上，使用另一台虚拟机的所有资源。

虚拟机从一个节点故障转移到另外一个节点，虚拟机磁盘VHD保存在共享存储上。当前Hyper－V主机需要进行维护，把虚拟机迁移到其他Hyper－V主机，每台虚拟机只需约4秒的宕机时间（见图1）。

图1　虚拟故障迁移示意图

（三）备份和恢复灵活

备份和恢复也很容易，对文档进行备份，总比对复杂的硬件配置、操作系统和应用程序进行备份和恢复，要容易得多。当我们建立虚拟主机后，每个虚拟主机实体上都是一个映像文档，当我们要备份系统时，能以档案复制的方式，将虚拟主机备份起来，当我们要还原系统时，只要于虚拟机管理软件上将这些映像档案重新挂载，就能完成系统还原，这为系统备份任务增加不少弹性与便利。［3］

四、文科综合实验教学中心虚拟化建设方案

（一）客户机的虚拟化方案

目前，文科实验教学中心下设各个实验分中心，如现代传播实验分中心、公共管理实验分中心、工商管理实验分中心、旅游管理实验分中心、统计实验分中心、金融实验分中心、财务会计实验分中心。每个分中心有各自的实验分室，拥有不同的应用软件，比如现代传播实验分中心的网络编辑实验分室有方正飞腾排版软件、黑马校对软件、有数字报纸客户端软件，财会实验分中心有ERP财务统计分析软件，金融实验分中心有金融数据分析软件，统计实验分中心有SPSS统计分析软件。

目前，新闻专业的学生需要报道一篇财经报道方面的稿件，需要用到金融数据库分析软件，财务统计分析软件、调查分析软件SPSS，还要用到方正飞腾排版软件、黑马校对软件、数字报纸客户端软件进行报纸排版、校对、出版等。按照传统的方法要一个个实验室来回跑完，还要联系各个实验室，不仅效率低下，且各个分中心不一定能够提供相应的资源。只要某个环节出了问题，结果都会受到严重的影响。

通过客户机虚拟化（见图2），便可以方便地解决这个问题。首先，通过虚拟器将各个分中心的客户端硬件配置与软件配置虚拟成相应文档，存储在虚拟服务器中。客户机通过访问虚拟服务器，通过选择不用的虚拟客户机文件，并下载到本机，通过虚拟管理器虚拟相应的客户机，完成虚拟机的迁移。从而，在一台真正的主机上面实现可以运行不同应用程序的多个虚拟客户机，从而极大提高应用软件程序资源的共享和利用，实

现P to V的迁移。［4］［5］

图2　虚拟机网络分布示意图

（二）服务器的虚拟化方案

服务器整合则是虚拟化主要的应用之一。一台物理服务器上，可以运行多个虚拟机，服务器整合可以极大地提升服务器的利用率，可以很好地节省服务器采购的费用，可以大大节省电费和降温费用。更重要的是，服务器整合还可以大大地提高服务响应的速度。

文科综合实验教学中心每个实验分中心都有各自的服务器系统，每个服务器都运行着各专业的服务器端软件。如现代传播实验分中心有两台服务器，分别运行着数字化报纸发布系统的服务器端、网络编辑员模拟系统；公共管理实验分中心服务器端运行着电子政务系统（服务器版）；旅游管理分中心运行着地球信息系统、浙江省区域地理信息系统等；工商分中心运行着外贸ERP、电子商务模拟软件；财会实验分中心运行着色诺芬数据库系统、审计之星教学系统等服务器端软件系统。

虚拟化方案：

首先，文科实验教学中心统一配置中心服务器，各分中心服务器搬至服务器机房组成服务器群集，并组成内网，光纤连接，进行统一集中管理。其次，在主机上安装服务器虚拟化管理软件Hyper－v，将各个服务器进行应用的虚拟化并且进行备份。最后，对外提供统一的服务器虚拟化服务网络接口。

具体虚拟化步骤如下（见图3）：

第1步：Systen Manager将Systen Center Virtual Machine Manager（SCVMM）代理部署到虚拟主机上；

第2步：System Center Virtual Machine Manager根据收集物理服务器的各项性能参数，以便选择需要整合物理服务器；

第3步：System Center Virtual Machine Manager中代迁移的主机请求排行榜；

第4步：收集Virtual Server主机的性能数据，选择合适的主机；

第5步：虚拟化。通过Hyper－V将物理服务器主机虚拟化成虚拟机；

第6步：给每台服务器虚机灵活分配Virtual Server主机，服务器虚拟化完成。

图3　虚拟机虚拟化工作原理过程示意图

五、结　语

通过虚拟化技术，可以迅速地将一个虚拟化应用迁移到另外一台虚拟应用服务器上，而不会受到硬件设备不同的影响；可以实现在单个物理设备上安装并同时运行两个或多个身份、应用程序堆栈等各不相同的操作系统环境。虚拟化技术不仅解决了数据中心能源过耗、硬件没有得到充分利用的难题，还解决了应用不兼容、资源未得到充分利用的难题，特别是客户机与服务器的虚拟，使得各个专业实验室的终端软件、服务器数据、专业数据库能够满足不同的专业学生学习需求，极大提高了实验室资源的利用率，真正实现了专业实验室软件资源内容的融合。

参考文献

［1］何增颖．虚拟机技术的实验教学应用［J］．实验科学与技术，2010（2）：80．

［2］周翔鹰．基于VMware构建虚拟计算机网络实验［J］．实验室研究与探索，2006（7）：812．

［3］李琳，祁天．服务器虚拟化技术探讨＿Hyper＿V与VMware的分析与比较［J］．科技传播2010 （11）：114．

［4］王春海．虚拟机配置与应用完全手册［M］．北京：人民邮电出版社，2003：4－62．

［5］汪诗林，吴泉源．开展虚拟实验系统的研究和应用［J］．计算机工程与科学，2000（2）：33－39．

【注释】

[1]舒慧东，硕士，实验师，研究方向为教育技术管理、实验室管理、实验教学管理。