云技術(shù)在高校數字化校園建設中的應用論文

　　作為2006-2020年國家信息化發(fā)展戰略的重點(diǎn)，教育科研信息化越來(lái)越受到重視。近年來(lái)，高校數字化校園建設不斷推進(jìn)，取得快速發(fā)展，但也遇到諸多問(wèn)題和面臨著(zhù)多種挑戰:①基礎設備資源分散、調配困難、重復購置嚴重、利用率低，硬件成本高昂;②系統平臺、管理工具等異構、分散，運維成本高;③校內資源標準不一，共享度差;④高校數據中心新業(yè)務(wù)部署速度慢，缺乏統一管理的基礎架構�；�于高校數字化校園建設的迫切需要，研究在高校數據中心利用云技術(shù)建設云計算管理平臺，實(shí)現高校教學(xué)科研數據快速、安全地管理與應用。

　　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)，根據所需的功能和性能，有機地將多種技術(shù)和資源進(jìn)行整合利用。如利用云技術(shù)可將網(wǎng)絡(luò )基礎設備、存儲設備、服務(wù)器以及應用和服務(wù)組成網(wǎng)絡(luò )、計算、存儲等資源池，可快捷、安全地對這些資源進(jìn)行管理和調配。

　　利用云技術(shù)來(lái)實(shí)現的云計算被視為信息技術(shù)的第二次工業(yè)革命。云計算通過(guò)多種技術(shù)，如可靠的系統技術(shù)、可擴展的并行計算技術(shù)、海量數據的挖掘技術(shù)和數據安全技術(shù)，把可配置的計算資源進(jìn)行統一調度，在經(jīng)過(guò)大量計算、搜尋、分析處理工作之后回傳給用戶(hù)處理結果。云計算的優(yōu)勢是在很短的時(shí)間內，處理海量信息，使其具備強大的計算效能。因此未來(lái)大數據處理和加工過(guò)程必然依托在云上。

　　2高校數字化校園建設中云技術(shù)的主要組成

　　2.1虛擬化技術(shù)提高了資源利用率，減少了運維成本

　　虛擬化技術(shù)實(shí)現了IT資源的邏輯抽象和統一表示，在大規模數據管理方面發(fā)揮著(zhù)巨大的作用，是支撐云計算的重要基石。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)，多資源的單邏輯表示模式(如存儲的虛擬化)和多資源間提供單邏輯表示模式等。在云計算平臺中，利用虛擬化技術(shù)將數據中心的軟、硬件資源虛擬成一個(gè)大的“資源水池”，以簡(jiǎn)化對其管理。這些虛擬資源池包括:計算資源池、網(wǎng)絡(luò )資源池、存儲資源池、安全和應用交付池等。由于資源的虛擬池化，離散硬件和異構軟件的管理工作變得簡(jiǎn)單和高效。

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

　　集群技術(shù)是一種較新的計算機技術(shù)，使用特定的連接方式，將相互獨立的多個(gè)計算機組合起來(lái)，構建成高性能計算系統，此計算機系統具有低成本、高性能以及良好的可擴展性等特點(diǎn)。在云平臺中常用的集群類(lèi)型有:故障轉移集群、并行處理集群，負載均衡集群。集群技術(shù)的應用，實(shí)現了云平臺中硬件資源的按需分配、動(dòng)態(tài)調整和自動(dòng)回收等功能。所以，集群技術(shù)的應用對云計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，極大地提高了云計算基礎架構的穩定性和可靠性。

　　2.2.1故障轉移集群

　　故障轉移集群隸屬于集群分類(lèi)中的高可用群。系統的可用性較為重要，集群技術(shù)的目的就是為了保障系統的可用性。集群中各節點(diǎn)服務(wù)器通過(guò)內網(wǎng)高速相連，當一臺服務(wù)器節點(diǎn)出現軟、硬件故障，經(jīng)心跳檢查，集群管理軟件判斷并調度另外一個(gè)可用的節點(diǎn)服務(wù)器立刻接管故障節點(diǎn)上運行的應用系統，這就是云計算管理平臺中看到的“漂移”。故障轉移集群需要共享存儲作為數據的存儲設備，集群管理軟件對其進(jìn)行管理。故障轉移集群技術(shù)的應用，使各類(lèi)應用系統不必再關(guān)心硬件資源的分配和運行情況。

　　2.2.2負載均衡集群

　　跟并行處理集群有部分類(lèi)似的功能，負載均衡集群是使負載可以在計算機集群節點(diǎn)中盡可能實(shí)現均衡處理。負載均衡在處理大規模計算問(wèn)題時(shí)，具有很強的優(yōu)勢，用此集群技術(shù)可提高各個(gè)節點(diǎn)的運行速度和效率。負載均衡集群構建主要針對于應用服務(wù)器的負載均衡居多，比如利用硬件的網(wǎng)絡(luò )負載均衡設備與多臺應用服務(wù)器一起來(lái)構建一個(gè)大的應用服務(wù)器負載均衡集群;又如高校內教務(wù)管理系統，在每學(xué)期學(xué)生選課的幾天比較繁忙，此時(shí)系統處理能力不足，常規做法是對其進(jìn)行擴容，但過(guò)了選課時(shí)段這些資源大部分屬于閑置狀態(tài)，而利用負載均衡技術(shù)，當學(xué)生選課時(shí)云計算管理平臺可調集其他的云計算節點(diǎn)來(lái)增加教務(wù)系統的處理能力，而當系統峰值期結束，自動(dòng)釋放多余的計算節點(diǎn)，以用于其他系統。

　　2.3 SOA與云計算的融合

　　SOA是一個(gè)組件模型，它將應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、操作系統和編程語(yǔ)言。SOA準確地說(shuō)是一種面向服務(wù)的架構理念，是一類(lèi)分布式系統的體系架構，其強調了不同層次的服務(wù)，并具有高可重行、靈活性、以及可擴展性。

　　云計算分為三個(gè)層次:IaaS(基礎架構云)、PaaS(平臺云)和SaaS(軟件應用云)�；�于SOA的云計算框架主要山三種角色組成:服務(wù)提供者、服務(wù)消費者和服務(wù)代理。服務(wù)提供者是網(wǎng)絡(luò )上的一個(gè)節點(diǎn)，它為那些軟件服務(wù)(執行一組具體操作)的接口提供了訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，服務(wù)提供者需要有相當強的計算能力，所以可采用云結構來(lái)實(shí)現�；�于SOA的云計算結構中服務(wù)提供者可分為四層，其中包括云計算應用接口層，云服務(wù)管理層、虛擬機層、物理服務(wù)器層等。

　　3高校數字化校園云平臺的邏輯架構

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

　　3.1 IaaS層

　　處于最低層，通過(guò)對物理上分散的軟、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(hù)是高校數據中心系統管理人員，其主要提供資源部署、資源監控和安全管理等。

　　3.2 PaaS層

　　介于基礎設施層和應用層之間，主要為開(kāi)發(fā)人員提供軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和平臺服務(wù)，該層為云計算的核心層，可實(shí)現用戶(hù)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(hù)提供統一的開(kāi)發(fā)平臺。另外，PaaS層可通過(guò)云平臺管理軟件對IaaS層資源進(jìn)行管理和調度。

　　3.3 SaaS層

　　位于最頂層，直接向終端用戶(hù)提供各種應用服務(wù)，可按權限為用戶(hù)分配相應的訪(fǎng)問(wèn)資源，主要包括基礎服務(wù)和應用服務(wù)�；�礎服務(wù)校園門(mén)戶(hù)的統一身份認證，校園內各類(lèi)基礎資源訪(fǎng)問(wèn)或管理等。應用服務(wù)主要包括OA系統，教務(wù)系統，圖書(shū)館系統、宿舍管理系統，網(wǎng)絡(luò )學(xué)習、一卡通系統等。目前，很多高校已實(shí)現校內各類(lèi)系統集成，基礎服務(wù)門(mén)戶(hù)統一認證，各類(lèi)應用系統“一站式”服務(wù)。

　　4高校數字化校園云平臺的總體構架

　　高校云平臺的建立需要考慮數據中心現有的物理資源，更需要考慮如何建設一個(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。這就需要充分考慮整個(gè)云平臺的延展性和可擴充性，從而實(shí)現以最小的成本來(lái)搭建具有高度伸縮性的平臺。

　　4.1計算資源池

　　根據數據中心現實(shí)需求，以及系統不同平臺的要求，可采用多種形態(tài)的服務(wù)器作為云平臺中的計算節點(diǎn)，云平臺管理系統可對其進(jìn)行調度和管理。云平臺中采用故障轉移和負載均衡等技術(shù)需要一個(gè)大計算資源池才能實(shí)現，故平臺中至少需要一臺管理服務(wù)器和2臺以上服務(wù)器作為計算節點(diǎn)。服務(wù)器可采用X86體系結構的刀片、SPARC , IA64等，河南農業(yè)大學(xué)云平臺計算資源池主要有H3C的FlexServer 8390系列服務(wù)器和現有服務(wù)器組成，FlexServer 8390系列服務(wù)器具有高可靠性和易維護性，構建云平臺時(shí)用其中一臺服務(wù)器作為管理，其他作為節點(diǎn)。云平臺中結算節點(diǎn)可“按需”擴展。

　　4.2云存儲資源池

　　實(shí)現IaaS的一個(gè)重要組成部分是云存儲，一個(gè)云計算的基礎設施要服務(wù)于多個(gè)業(yè)務(wù)系統或者應用，云管理平臺通過(guò)存儲虛擬化管理，進(jìn)行存儲的整合及靈活的容量控制。為適應業(yè)務(wù)擴展，存儲平臺可采用SAN或NAS等方式來(lái)部署。由于河南農業(yè)大學(xué)云平臺處于建成初期，運行其上業(yè)務(wù)存儲量不大，但要求速度高，故目前僅采用H3C的機架式IP SAN FlexStorage P4500系列，此存儲系列具有良好的擴展性和容災性。由FlexStorage P4500系列組成的存儲組件，實(shí)現了任何情況下都可進(jìn)行自動(dòng)故障轉移及故障恢復，并針對虛擬化環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化。

　　4.3網(wǎng)絡(luò )資源池

　　云技術(shù)環(huán)境下的虛擬化大規模部署，傳統網(wǎng)絡(luò )構架面臨著(zhù)規格和性能、虛擬機接入與控制以及流量突發(fā)與擁塞等挑戰。由于湖南農業(yè)大學(xué)云平臺在試運行階段，網(wǎng)絡(luò )基礎平臺較為簡(jiǎn)單，各個(gè)節點(diǎn)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )存儲設備通過(guò)兩臺H3C 5820V2交換機連接，然后匯聚到機房核心交換機，山校內出口路山進(jìn)入廣域網(wǎng)。

　　4.4云管理平臺

　　服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò )虛擬化構成了云計算基礎設施的硬件資源池，而對這些云硬件資源和業(yè)務(wù)流程的快速部署與維護，還需軟件平臺實(shí)現，軟件平臺山三個(gè)組件完成:Cloud Virtualization kernel (CVK)、Cloud Virtualization Manager (CVM)和Cloud intelligence enter (CIC)。

　　其中:CVK虛擬化內核與管理代理，運行在基礎設施層和上層操作系統之間，用于協(xié)調上層操作系統對底層硬件資源的訪(fǎng)問(wèn)，減少上層軟件對硬件設備和驅動(dòng)的依賴(lài)性;CVM:虛擬化管理軟件包，主要實(shí)現對云平臺上數據的計算、網(wǎng)絡(luò )和存儲等硬件資源的軟件虛擬等，從而為上層應用提供自動(dòng)化服務(wù);CIC云業(yè)務(wù)運營(yíng)軟件包，由一系列云基礎業(yè)務(wù)模塊組成，通過(guò)將基礎構架資源(包括計算、存儲和網(wǎng)絡(luò )等)及其相關(guān)策略整合成虛擬數據中心資源池，并允許用戶(hù)按需消費這些資源，從而構建安全的多租戶(hù)混合云。

　　5結束語(yǔ)

　　基于云架構的數字化校園云平臺能夠對校園各部門(mén)甚至校園之間的硬件及應用資源進(jìn)行全面整合和動(dòng)態(tài)分配，以此為基礎來(lái)建設為全校師生提供優(yōu)質(zhì)信息服務(wù)和教學(xué)科研實(shí)驗平臺。

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

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