校園網(wǎng)內(nèi)的私有云技術(shù)研究

摘 要：云計(jì)算作為網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算和分布式計(jì)算的發(fā)展和延續(xù)，實(shí)現(xiàn)了此類技術(shù)的商業(yè)化。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外雖尚未統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算環(huán)境的內(nèi)網(wǎng)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，但云計(jì)算的向虛擬化發(fā)展的趨勢(shì)已勢(shì)不可擋。本文從數(shù)字化校園建設(shè)中基礎(chǔ)設(shè)施的特點(diǎn)入手，分析和研究了云計(jì)算模式及虛擬化技術(shù)，在Hyper-V的基礎(chǔ)上提出私有云的計(jì)算環(huán)境模式，實(shí)現(xiàn)了私有云模式的構(gòu)建，為高校云計(jì)算環(huán)境的構(gòu)建提供了可行辦法。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；校園網(wǎng)；私有云；計(jì)算虛擬化

中圖分類號(hào)：TP309

計(jì)算任務(wù)在云計(jì)算的分配下傳達(dá)至擁有大量計(jì)算機(jī)構(gòu)的資源池，各項(xiàng)應(yīng)用系統(tǒng)可獲取所需要的軟件服務(wù)、存儲(chǔ)空間及計(jì)算力。由于云計(jì)算環(huán)境具有成本低、擴(kuò)展性強(qiáng)和可用性高的特點(diǎn)，社會(huì)各界開(kāi)始關(guān)注基于云計(jì)算的信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，并作出了相應(yīng)的研究。今年來(lái)，教育部發(fā)布了教育信息化的發(fā)展規(guī)劃，各高校開(kāi)始落實(shí)校園網(wǎng)信息化策略，并在信息化和數(shù)字化建設(shè)方面取得了較大的發(fā)展。但與此同時(shí)，高校信息化和數(shù)字化在階段性建設(shè)中也面臨著許多挑戰(zhàn)，越來(lái)越多的高校需要一個(gè)部署在校內(nèi)的公共基礎(chǔ)設(shè)施，在無(wú)需額外投資的情況下連接校內(nèi)各項(xiàng)業(yè)務(wù)，以服務(wù)于工作人員及廣大師生。私有云技術(shù)可給動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)、計(jì)算等資源以滿足用戶需求，提高了軟硬件資源的有效利用率。本文從云計(jì)算和私有云入手，提出了以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)的校內(nèi)私有云框架的構(gòu)建。

1 云計(jì)算和私有云

1.1 云計(jì)算

云計(jì)算（Cloud Computing）可虛擬化大量物理設(shè)施（存儲(chǔ)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用等）和物理硬件，聚集上述設(shè)施和硬件形成虛擬化資源池，將其轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)設(shè)施，使用戶可以方面快捷的運(yùn)用計(jì)算資源，以滿足用戶對(duì)信息服務(wù)的社會(huì)需求。云計(jì)算根據(jù)運(yùn)用范圍可被劃分為私有云和公有云。現(xiàn)對(duì)私有云介紹如下：

1.2 私有云

公有云的服務(wù)對(duì)象是所有用戶，為提供商專門(mén)提供服務(wù)，用戶可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)商繳納指定費(fèi)用后使用相關(guān)服務(wù)，公共云服務(wù)可為用戶提供相關(guān)的云系統(tǒng)管理和服務(wù)，例如Google的Compute Engine和Amazon的EC2都是公有云平臺(tái)。相對(duì)于公有云技術(shù)，私有云的服務(wù)范圍更小，服務(wù)對(duì)象僅為單位或企業(yè)內(nèi)部，由于部署于單位防火墻內(nèi)部，私有云僅對(duì)單位內(nèi)部人員開(kāi)放并提供相應(yīng)服務(wù)，具有較高的安全性。單位可在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上構(gòu)建單位內(nèi)的私有云，在不外包服務(wù)的情況下便可運(yùn)用云計(jì)算平臺(tái)。

1.3 高校私有云建設(shè)的優(yōu)勢(shì)

1.3.1 現(xiàn)階段的高校均具有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，這是是構(gòu)建云環(huán)境的基礎(chǔ)。近年來(lái)的校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已初具規(guī)模，校園內(nèi)較為完善的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架已經(jīng)建成，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到100%，滿足私有云構(gòu)建的基礎(chǔ)條件。

1.3.2 各個(gè)高校均有以校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)中心，使私有云構(gòu)建過(guò)程中的底層資源問(wèn)題得到解決。高校在不斷發(fā)展的數(shù)字化校園過(guò)程中組建看多項(xiàng)信息化平臺(tái)，一些諸如OA、學(xué)工和教務(wù)等相關(guān)應(yīng)用平臺(tái)，這些應(yīng)用平臺(tái)均基于數(shù)據(jù)中心服務(wù)于高校內(nèi)的全體師生。故僅需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、虛擬化等技術(shù)對(duì)私有云進(jìn)行構(gòu)建和改造，便可組建其具有較強(qiáng)擴(kuò)展性和可用性的數(shù)據(jù)中心。

1.3.3 高計(jì)算能力是數(shù)字化校園發(fā)展的必然結(jié)果，這使創(chuàng)建私有云環(huán)境變得迫在眉睫。高校師生在進(jìn)行生物、天文、數(shù)字等科研項(xiàng)目時(shí)，需要大型計(jì)算能力輔助完成相關(guān)計(jì)算工作。私有云可完全替代小型集群滿足科研需求，并為其提供安全、快捷、可靠的計(jì)算力，項(xiàng)目完成后計(jì)算力被重新分配和利用，具有較高的利用率。

1.3.4 信息安全是數(shù)字化校園建設(shè)中所要面臨的重要問(wèn)題，而私有云環(huán)境則能確保數(shù)據(jù)和信息的安全性。高校較其他單位而言，是科研和教學(xué)的重要基地，涉及到大量研究和數(shù)據(jù)保護(hù)問(wèn)題，需重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際機(jī)密等方面的數(shù)據(jù)，而公共云無(wú)法保障此類數(shù)據(jù)的安全性。

2 私有云結(jié)構(gòu)

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院從用戶體驗(yàn)角度對(duì)云計(jì)算進(jìn)行定義，將其分為3個(gè)層次的服務(wù)模式：

2.1 軟件即服務(wù)

軟件即服務(wù)（SaaS）是為用戶提供轉(zhuǎn)換為服務(wù)的應(yīng)用，例如云平臺(tái)上運(yùn)行的OA、學(xué)工和教務(wù)等信息系統(tǒng)。

2.2 平臺(tái)即服務(wù)

平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）是為用戶提供轉(zhuǎn)換為服務(wù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，例如高校工作流、身份認(rèn)證管理和訪問(wèn)控制平臺(tái)。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）是為用戶提供轉(zhuǎn)換為服務(wù)的虛擬機(jī)或其他資源，例如虛擬化為存儲(chǔ)服務(wù)和計(jì)算服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。

3 構(gòu)建私有云

整合數(shù)據(jù)中心是私有云環(huán)境構(gòu)建的入手點(diǎn)，可將虛擬化軟件部署在服務(wù)器中部，虛擬機(jī)中部署網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)中的應(yīng)用。對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行科學(xué)合理的分配，使不同物理資源層次間耦合度降低，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的資源共享。

3.1 計(jì)算虛擬化

應(yīng)用虛擬化實(shí)現(xiàn)的重要途徑是計(jì)算虛擬化，主要包括應(yīng)用中間件和服務(wù)器的虛擬化，私有云是以服務(wù)器虛擬化為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建的。本文在物理服務(wù)器上通過(guò)Hyper-V同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，針對(duì)虛擬機(jī)的計(jì)算力合理分配CPU內(nèi)存和內(nèi)核，以幫助資源利用率的優(yōu)化。用戶在創(chuàng)建虛擬機(jī)后可采用ISO鏡像安裝Linux或Windows的操作系統(tǒng)，使虛擬機(jī)得到定義模板。在日常運(yùn)用過(guò)程中，用戶可在模板的基礎(chǔ)上創(chuàng)建Linux或Windows服務(wù)器。私有云的構(gòu)建見(jiàn)圖1。

圖1 私有云的構(gòu)建

3.2 存儲(chǔ)虛擬化

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)虛擬化的實(shí)現(xiàn)方式為存儲(chǔ)虛擬化，在SAN和Hyper-V存儲(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)虛擬磁盤(pán)并部署于相應(yīng)的虛擬機(jī)便可實(shí)現(xiàn)。一般情況下，虛擬磁盤(pán)以大型共享文件系統(tǒng)中的子文件形式存在，利于用戶從物理機(jī)遷移數(shù)據(jù)至虛擬機(jī)。

3.3 創(chuàng)建交互式入口

校內(nèi)用戶需通過(guò)交互式入口創(chuàng)建新的虛擬磁盤(pán)和虛擬機(jī)，可通過(guò)虛擬化軟件中的GUI工具完成，主要有Cisco中的USC Manager及VMware中的vCenter工具。分別從存儲(chǔ)虛擬化池和技術(shù)虛擬化池的層面構(gòu)建，以完成虛擬化硬件設(shè)施的實(shí)現(xiàn)，虛擬化硬件設(shè)施實(shí)現(xiàn)后可在自動(dòng)化管理平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的共享。

4 結(jié)束語(yǔ)

以校內(nèi)數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)構(gòu)建的私有云為內(nèi)部應(yīng)用環(huán)境，相對(duì)公有云環(huán)境而言，私有云具有較高的安全性、擴(kuò)展性和實(shí)用性，并在此基礎(chǔ)之上融合了公有云技術(shù)的動(dòng)態(tài)伸縮和資源共享特點(diǎn)，可有效滿足校內(nèi)師生對(duì)系統(tǒng)的個(gè)性化需求。Windows Server 2008 R2中的Hyper-V可幫助實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器的創(chuàng)建，且支持虛擬磁盤(pán)的動(dòng)態(tài)遷移，是校內(nèi)私有云構(gòu)建的重要實(shí)現(xiàn)方式。

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作者簡(jiǎn)介：王培（1977-），男，河北保定人，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)。

作者單位：河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北保定 071000