云技術(shù)在高校數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用論文

　　作為2006-2020年國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)，教育科研信息化越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，高校數(shù)字化校園建設(shè)不斷推進(jìn)，取得快速發(fā)展，但也遇到諸多問(wèn)題和面臨著多種挑戰(zhàn):①基礎(chǔ)設(shè)備資源分散、調(diào)配困難、重復(fù)購(gòu)置嚴(yán)重、利用率低，硬件成本高昂;②系統(tǒng)平臺(tái)、管理工具等異構(gòu)、分散，運(yùn)維成本高;③校內(nèi)資源標(biāo)準(zhǔn)不一，共享度差;④高校數(shù)據(jù)中心新業(yè)務(wù)部署速度慢，缺乏統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)架構(gòu)�；�于高校數(shù)字化校園建設(shè)的迫切需要，研究在高校數(shù)據(jù)中心利用云技術(shù)建設(shè)云計(jì)算管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高校教學(xué)科研數(shù)據(jù)快速、安全地管理與應(yīng)用。

　　1云技術(shù)概述

　　云技術(shù)是信息技術(shù)行業(yè)中最近發(fā)展起來(lái)的綜合技術(shù)，根據(jù)所需的功能和性能，有機(jī)地將多種技術(shù)和資源進(jìn)行整合利用。如利用云技術(shù)可將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器以及應(yīng)用和服務(wù)組成網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等資源池，可快捷、安全地對(duì)這些資源進(jìn)行管理和調(diào)配。

　　利用云技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的云計(jì)算被視為信息技術(shù)的第二次工業(yè)革命。云計(jì)算通過(guò)多種技術(shù)，如可靠的系統(tǒng)技術(shù)、可擴(kuò)展的并行計(jì)算技術(shù)、海量數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)和數(shù)據(jù)安全技術(shù)，把可配置的計(jì)算資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，在經(jīng)過(guò)大量計(jì)算、搜尋、分析處理工作之后回傳給用戶處理結(jié)果。云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)是在很短的時(shí)間內(nèi)，處理海量信息，使其具備強(qiáng)大的計(jì)算效能。因此未來(lái)大數(shù)據(jù)處理和加工過(guò)程必然依托在云上。

　　2高校數(shù)字化校園建設(shè)中云技術(shù)的主要組成

　　2.1虛擬化技術(shù)提高了資源利用率，減少了運(yùn)維成本

　　虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了IT資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，在大規(guī)模數(shù)據(jù)管理方面發(fā)揮著巨大的作用，是支撐云計(jì)算的重要基石。虛擬化包括了多種工作形態(tài)，其中有單資源的多邏輯表示模式(如虛擬機(jī))，多資源的單邏輯表示模式(如存儲(chǔ)的虛擬化)和多資源間提供單邏輯表示模式等。在云計(jì)算平臺(tái)中，利用虛擬化技術(shù)將數(shù)據(jù)中心的軟、硬件資源虛擬成一個(gè)大的“資源水池”，以簡(jiǎn)化對(duì)其管理。這些虛擬資源池包括:計(jì)算資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池、存儲(chǔ)資源池、安全和應(yīng)用交付池等。由于資源的虛擬池化，離散硬件和異構(gòu)軟件的管理工作變得簡(jiǎn)單和高效。

　　2.2集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源起到了動(dòng)態(tài)管理、提高利用率，減少了單點(diǎn)故障

　　集群技術(shù)是一種較新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用特定的連接方式，將相互獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)組合起來(lái)，構(gòu)建成高性能計(jì)算系統(tǒng)，此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有低成本、高性能以及良好的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)。在云平臺(tái)中常用的集群類型有:故障轉(zhuǎn)移集群、并行處理集群，負(fù)載均衡集群。集群技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了云平臺(tái)中硬件資源的按需分配、動(dòng)態(tài)調(diào)整和自動(dòng)回收等功能。所以，集群技術(shù)的應(yīng)用對(duì)云計(jì)算起到了很好的深化和保障作用，其又和虛擬化技術(shù)起到了相輔相成的作用，極大地提高了云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　2.2.1故障轉(zhuǎn)移集群

　　故障轉(zhuǎn)移集群隸屬于集群分類中的高可用群。系統(tǒng)的可用性較為重要，集群技術(shù)的目的就是為了保障系統(tǒng)的可用性。集群中各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器通過(guò)內(nèi)網(wǎng)高速相連，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)軟、硬件故障，經(jīng)心跳檢查，集群管理軟件判斷并調(diào)度另外一個(gè)可用的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器立刻接管故障節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用系統(tǒng)，這就是云計(jì)算管理平臺(tái)中看到的“漂移”。故障轉(zhuǎn)移集群需要共享存儲(chǔ)作為數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備，集群管理軟件對(duì)其進(jìn)行管理。故障轉(zhuǎn)移集群技術(shù)的應(yīng)用，使各類應(yīng)用系統(tǒng)不必再關(guān)心硬件資源的分配和運(yùn)行情況。

　　2.2.2負(fù)載均衡集群

　　跟并行處理集群有部分類似的功能，負(fù)載均衡集群是使負(fù)載可以在計(jì)算機(jī)集群節(jié)點(diǎn)中盡可能實(shí)現(xiàn)均衡處理。負(fù)載均衡在處理大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題時(shí)，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，用此集群技術(shù)可提高各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行速度和效率。負(fù)載均衡集群構(gòu)建主要針對(duì)于應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載均衡居多，比如利用硬件的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡設(shè)備與多臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器一起來(lái)構(gòu)建一個(gè)大的應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡集群;又如高校內(nèi)教務(wù)管理系統(tǒng)，在每學(xué)期學(xué)生選課的幾天比較繁忙，此時(shí)系統(tǒng)處理能力不足，常規(guī)做法是對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容，但過(guò)了選課時(shí)段這些資源大部分屬于閑置狀態(tài)，而利用負(fù)載均衡技術(shù)，當(dāng)學(xué)生選課時(shí)云計(jì)算管理平臺(tái)可調(diào)集其他的云計(jì)算節(jié)點(diǎn)來(lái)增加教務(wù)系統(tǒng)的處理能力，而當(dāng)系統(tǒng)峰值期結(jié)束，自動(dòng)釋放多余的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，以用于其他系統(tǒng)。

　　2.3 SOA與云計(jì)算的融合

　　SOA是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元通過(guò)服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。其接口為中立方式，屏蔽了不同的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言。SOA準(zhǔn)確地說(shuō)是一種面向服務(wù)的架構(gòu)理念，是一類分布式系統(tǒng)的體系架構(gòu)，其強(qiáng)調(diào)了不同層次的服務(wù)，并具有高可重行、靈活性、以及可擴(kuò)展性。

　　云計(jì)算分為三個(gè)層次:IaaS(基礎(chǔ)架構(gòu)云)、PaaS(平臺(tái)云)和SaaS(軟件應(yīng)用云)�；�于SOA的云計(jì)算框架主要山三種角色組成:服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者和服務(wù)代理。服務(wù)提供者是網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它為那些軟件服務(wù)(執(zhí)行一組具體操作)的接口提供了訪問(wèn)服務(wù)，服務(wù)提供者需要有相當(dāng)強(qiáng)的計(jì)算能力，所以可采用云結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。基于SOA的云計(jì)算結(jié)構(gòu)中服務(wù)提供者可分為四層，其中包括云計(jì)算應(yīng)用接口層，云服務(wù)管理層、虛擬機(jī)層、物理服務(wù)器層等。

　　3高校數(shù)字化校園云平臺(tái)的邏輯架構(gòu)

　　從云技術(shù)特點(diǎn)及其發(fā)展優(yōu)勢(shì)，可以看出利用云技術(shù)搭建數(shù)字化校園云平臺(tái)可以有效解決校園信息化建設(shè)中遇到的瓶頸�；�于云服務(wù)的3大模式，云架構(gòu)的數(shù)字化校園也可設(shè)計(jì)為3個(gè)基本層次:

　　3.1 IaaS層

　　處于最低層，通過(guò)對(duì)物理上分散的軟、硬進(jìn)行整合并屏蔽其差異性，虛擬化之后形成云端所需的資源池。IaaS層面向用戶是高校數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)管理人員，其主要提供資源部署、資源監(jiān)控和安全管理等。

　　3.2 PaaS層

　　介于基礎(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)用層之間，主要為開(kāi)發(fā)人員提供軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和平臺(tái)服務(wù)，該層為云計(jì)算的核心層，可實(shí)現(xiàn)用戶的各種實(shí)際需求。PaaS層通過(guò)組裝和集成各種中間件，向用戶提供統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。另外，PaaS層可通過(guò)云平臺(tái)管理軟件對(duì)IaaS層資源進(jìn)行管理和調(diào)度。

　　3.3 SaaS層

　　位于最頂層，直接向終端用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，可按權(quán)限為用戶分配相應(yīng)的訪問(wèn)資源，主要包括基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。基礎(chǔ)服務(wù)校園門(mén)戶的統(tǒng)一身份認(rèn)證，校園內(nèi)各類基礎(chǔ)資源訪問(wèn)或管理等。應(yīng)用服務(wù)主要包括OA系統(tǒng)，教務(wù)系統(tǒng)，圖書(shū)館系統(tǒng)、宿舍管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、一卡通系統(tǒng)等。目前，很多高校已實(shí)現(xiàn)校內(nèi)各類系統(tǒng)集成，基礎(chǔ)服務(wù)門(mén)戶統(tǒng)一認(rèn)證，各類應(yīng)用系統(tǒng)“一站式”服務(wù)。

　　4高校數(shù)字化校園云平臺(tái)的總體構(gòu)架

　　高校云平臺(tái)的建立需要考慮數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的物理資源，更需要考慮如何建設(shè)一個(gè)面向未來(lái)需求和發(fā)展的動(dòng)態(tài)資源分配管理和服務(wù)自動(dòng)化的平臺(tái)。這就需要充分考慮整個(gè)云平臺(tái)的延展性和可擴(kuò)充性，從而實(shí)現(xiàn)以最小的成本來(lái)搭建具有高度伸縮性的平臺(tái)。

　　4.1計(jì)算資源池

　　根據(jù)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)實(shí)需求，以及系統(tǒng)不同平臺(tái)的要求，可采用多種形態(tài)的服務(wù)器作為云平臺(tái)中的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，云平臺(tái)管理系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行調(diào)度和管理。云平臺(tái)中采用故障轉(zhuǎn)移和負(fù)載均衡等技術(shù)需要一個(gè)大計(jì)算資源池才能實(shí)現(xiàn)，故平臺(tái)中至少需要一臺(tái)管理服務(wù)器和2臺(tái)以上服務(wù)器作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)。服務(wù)器可采用X86體系結(jié)構(gòu)的刀片、SPARC , IA64等，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺(tái)計(jì)算資源池主要有H3C的FlexServer 8390系列服務(wù)器和現(xiàn)有服務(wù)器組成，F(xiàn)lexServer 8390系列服務(wù)器具有高可靠性和易維護(hù)性，構(gòu)建云平臺(tái)時(shí)用其中一臺(tái)服務(wù)器作為管理，其他作為節(jié)點(diǎn)。云平臺(tái)中結(jié)算節(jié)點(diǎn)可“按需”擴(kuò)展。

　　4.2云存儲(chǔ)資源池

　　實(shí)現(xiàn)IaaS的一個(gè)重要組成部分是云存儲(chǔ)，一個(gè)云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施要服務(wù)于多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者應(yīng)用，云管理平臺(tái)通過(guò)存儲(chǔ)虛擬化管理，進(jìn)行存儲(chǔ)的整合及靈活的容量控制。為適應(yīng)業(yè)務(wù)擴(kuò)展，存儲(chǔ)平臺(tái)可采用SAN或NAS等方式來(lái)部署。由于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺(tái)處于建成初期，運(yùn)行其上業(yè)務(wù)存儲(chǔ)量不大，但要求速度高，故目前僅采用H3C的機(jī)架式IP SAN FlexStorage P4500系列，此存儲(chǔ)系列具有良好的擴(kuò)展性和容災(zāi)性。由FlexStorage P4500系列組成的存儲(chǔ)組件，實(shí)現(xiàn)了任何情況下都可進(jìn)行自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移及故障恢復(fù)，并針對(duì)虛擬化環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化。

　　4.3網(wǎng)絡(luò)資源池

　　云技術(shù)環(huán)境下的虛擬化大規(guī)模部署，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架面臨著規(guī)格和性能、虛擬機(jī)接入與控制以及流量突發(fā)與擁塞等挑戰(zhàn)。由于湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺(tái)在試運(yùn)行階段，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)較為簡(jiǎn)單，各個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)兩臺(tái)H3C 5820V2交換機(jī)連接，然后匯聚到機(jī)房核心交換機(jī)，山校內(nèi)出口路山進(jìn)入廣域網(wǎng)。

　　4.4云管理平臺(tái)

　　服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化構(gòu)成了云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的硬件資源池，而對(duì)這些云硬件資源和業(yè)務(wù)流程的快速部署與維護(hù)，還需軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，軟件平臺(tái)山三個(gè)組件完成:Cloud Virtualization kernel (CVK)、Cloud Virtualization Manager (CVM)和Cloud intelligence enter (CIC)。

　　其中:CVK虛擬化內(nèi)核與管理代理，運(yùn)行在基礎(chǔ)設(shè)施層和上層操作系統(tǒng)之間，用于協(xié)調(diào)上層操作系統(tǒng)對(duì)底層硬件資源的訪問(wèn)，減少上層軟件對(duì)硬件設(shè)備和驅(qū)動(dòng)的依賴性;CVM:虛擬化管理軟件包，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)上數(shù)據(jù)的計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等硬件資源的軟件虛擬等，從而為上層應(yīng)用提供自動(dòng)化服務(wù);CIC云業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)軟件包，由一系列云基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊組成，通過(guò)將基礎(chǔ)構(gòu)架資源(包括計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等)及其相關(guān)策略整合成虛擬數(shù)據(jù)中心資源池，并允許用戶按需消費(fèi)這些資源，從而構(gòu)建安全的多租戶混合云。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　基于云架構(gòu)的數(shù)字化校園云平臺(tái)能夠?qū)π�園各部門(mén)甚至校園之間的硬件及應(yīng)用資源進(jìn)行全面整合和動(dòng)態(tài)分配，以此為基礎(chǔ)來(lái)建設(shè)為全校師生提供優(yōu)質(zhì)信息服務(wù)和教學(xué)科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　目前，云技術(shù)運(yùn)用到數(shù)字化校園建設(shè)中還處于起步階段。雖眾多技術(shù)難點(diǎn)有待解決(如產(chǎn)品和技術(shù)的兼容性和存儲(chǔ)冗余備份等)，但傳統(tǒng)技術(shù)建設(shè)信息化校園的弊端和云技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將促使云技術(shù)在教育行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

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