云存儲(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用研究

陳一明

(廣東石油化工學(xué)院 實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,廣東茂名，525000)

0 引言

云計(jì)算給教育信息化建設(shè)帶來(lái)新的發(fā)展思路；云存儲(chǔ)是一個(gè)以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心的云計(jì)算系統(tǒng)；云存儲(chǔ)技術(shù)應(yīng)用于智慧教學(xué)環(huán)境，有利于資源的聚類、共享、升級(jí)、推送，解決教育資源分布不均，更新速度慢，共享程度低等問(wèn)題，從而促進(jìn)教育資源的均衡發(fā)展。

1 云計(jì)算與云存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的發(fā)展，是IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付與使用模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源。

云計(jì)算的工作原理是用戶所處理的數(shù)據(jù)并不存儲(chǔ)在本地，而是保存在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心里。提供云計(jì)算服務(wù)的企業(yè)負(fù)責(zé)管理和維護(hù)數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證足夠強(qiáng)的計(jì)算能力和足夠大的存儲(chǔ)空間供用戶使用。用戶只需要在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、用任何可以連接至互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備訪問(wèn)這些服務(wù)，而不必?fù)?dān)心電腦上數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵、存儲(chǔ)空間不夠、硬件是否陳舊、軟件是否需要更新等問(wèn)題。

云計(jì)算具有可靠性、通用性、共享性和低成本投入的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，旨在讓用戶從繁瑣的存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源管理中解脫出來(lái)，盡可能讓服務(wù)器端承擔(dān)盡量多的計(jì)算機(jī)功能，以實(shí)現(xiàn)真正的“瘦客戶機(jī)”模式。

云計(jì)算與云存儲(chǔ)間存在如下關(guān)系。

（1）云存儲(chǔ)是在云計(jì)算基礎(chǔ)上延伸和發(fā)展出來(lái)。對(duì)于云計(jì)算，云存儲(chǔ)是重點(diǎn)，也是基礎(chǔ)。

（2）與云計(jì)算相比，云存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)主要是配置了大容量存儲(chǔ)空間的云計(jì)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同類型的云存儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)商對(duì)企業(yè)或個(gè)人提供不同的服務(wù)。另外，它不受地理位置限制具有無(wú)限擴(kuò)展性、基于商業(yè)組件等。

（3）在結(jié)構(gòu)模型上看云存儲(chǔ)相比云計(jì)算多一個(gè)存儲(chǔ)層，同時(shí)也多很多與數(shù)據(jù)管理和安全有關(guān)的基礎(chǔ)管理功能，訪問(wèn)層和應(yīng)用接口層兩者完全相同。

2 基于“云”的智慧教學(xué)環(huán)境——云教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 智慧教學(xué)環(huán)境概述

目前，課程資源建設(shè)存在一些突出問(wèn)題，比如，課程沒(méi)有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)者要花很大的人力、物力在網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與制作上，還要擔(dān)心各種教學(xué)資源的存儲(chǔ)問(wèn)題。建設(shè)具有“海量”存儲(chǔ)功能的智慧教學(xué)環(huán)境，是進(jìn)行“智慧性”教學(xué)活動(dòng)、實(shí)現(xiàn)教育公平目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

智慧教學(xué)環(huán)境狹義上講是一個(gè)智能化的教學(xué)場(chǎng)所，廣義上說(shuō)是支持四個(gè)象限（校內(nèi)的課內(nèi)課外、校外的課內(nèi)課外）、三種對(duì)象（教師、學(xué)生、管理人員）、三種場(chǎng)景（探究試、情景式、遠(yuǎn)程協(xié)作式）、多種層次（本科生、研究生、留學(xué)生、繼教生）、混合式教學(xué)模式（虛擬與現(xiàn)實(shí)、在線與錄播）的信息化教學(xué)系統(tǒng)。直觀上理解，智慧教學(xué)環(huán)境是指能感知學(xué)習(xí)情境，識(shí)別學(xué)習(xí)者特征，提供合適的學(xué)習(xí)資源與便利的互動(dòng)工具，自動(dòng)記錄學(xué)習(xí)過(guò)程和測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)成果，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)所或活動(dòng)空間。實(shí)現(xiàn)物理環(huán)境與虛擬環(huán)境的融合，能更好地提供適應(yīng)學(xué)習(xí)者個(gè)性特征的學(xué)習(xí)支持和服務(wù)。

智慧教學(xué)環(huán)境的“智慧性”涉及教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源的便利性獲取、課堂教學(xué)的深度互動(dòng)、情境感知與檢測(cè)、教室布局與電氣管理等多個(gè)方面的內(nèi)容，可概括為：內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)互動(dòng)、情境感知五個(gè)維度。智慧教學(xué)環(huán)境中，沒(méi)有“中心”的概念，老師與各種學(xué)習(xí)者之間是一種平等的、交互的關(guān)系。教學(xué)資源是一種動(dòng)態(tài)組織，由老師與學(xué)習(xí)者共同構(gòu)建與使用，可以保存在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)中或校園網(wǎng)的平臺(tái)上，甚至保存于“云”上。

智慧教學(xué)環(huán)境建設(shè)是教育信息化的內(nèi)在訴求，能在一定程度上緩解目前數(shù)字校園、多媒體教學(xué)面臨的困境。而把資源存于“云”上，使課程教學(xué)資源建設(shè)中存在的存儲(chǔ)空間不足、自主學(xué)習(xí)缺乏互動(dòng)等問(wèn)題迎刃而解。

一般來(lái)說(shuō)，智慧教學(xué)環(huán)境應(yīng)由如下幾部分組成：教學(xué)資源（包括互聯(lián)網(wǎng)上具有的信息資源和“云”資源（即應(yīng)用各種“云平臺(tái)”所建設(shè)的教學(xué)資源），以及校園網(wǎng)上的資源）、應(yīng)用模塊、云業(yè)務(wù)管理、服務(wù)器集群組與交互管理、基礎(chǔ)設(shè)施、學(xué)習(xí)終端（包括計(jì)算機(jī)、筆記本、智能手機(jī)、平板電腦）。

2.2 云教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

“云”是今后各領(lǐng)域、各行業(yè)數(shù)字化、智慧化應(yīng)用支撐的必要條件，它涵蓋著今后應(yīng)用虛擬服務(wù)、虛擬存儲(chǔ)、虛擬桌面以及物聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展技術(shù)。將計(jì)算機(jī)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)及云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)教育資源，優(yōu)化教育環(huán)節(jié)，建設(shè)具有教、學(xué)兼?zhèn)浜突?dòng)交流等功能的智慧教學(xué)環(huán)境——云教學(xué)平臺(tái)，是高校信息資源應(yīng)用的一種新型模式。將教學(xué)資源建設(shè)在“云”上，將繁重的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)建設(shè)、服務(wù)器的配備、教學(xué)資源的存儲(chǔ)與管理等工作都交給云服務(wù)提供商，可以令現(xiàn)有分散的、自成一體、本地化的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)轉(zhuǎn)變成一個(gè)以成千上萬(wàn)的云服務(wù)器為依托，擁有著極其強(qiáng)大的計(jì)算功能、海量的網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一通用信息平臺(tái)，使現(xiàn)有的教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)中存在的軟、硬件資源重復(fù)投入、虛擬化教學(xué)設(shè)備運(yùn)行能力支持等問(wèn)題將迎刃而解，真正實(shí)現(xiàn)“智慧教學(xué)”的目標(biāo)。

云教學(xué)平臺(tái)分別由服務(wù)器系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、桌面端、軟件系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)5部分組成。其中服務(wù)器系統(tǒng)包括HP、Dell、IBM服務(wù)器；存儲(chǔ)系統(tǒng)由EMC存儲(chǔ)服務(wù)器與存儲(chǔ)管理平臺(tái)構(gòu)成；桌面端主要用作顯示相關(guān)內(nèi)容用，包括PC、瘦客戶機(jī)；軟件系統(tǒng)包括VMware的ESXI、Red Hat的RHEV 和Microsoft的System Center套件；實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的管理流程軟件，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)獲取服務(wù)器學(xué)習(xí)資源。如圖1所示。

圖1 云教學(xué)平臺(tái)邏輯拓?fù)鋱D

虛擬化是表示計(jì)算機(jī)資源的抽象方法。虛擬化可以簡(jiǎn)化基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)和軟件等計(jì)算資源的表示、訪問(wèn)和管理，并為這些資源提供標(biāo)準(zhǔn)的接口來(lái)接收輸入和提供輸出。

系統(tǒng)虛擬化是IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）的核心技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的按需分配。系統(tǒng)虛擬化的核心思想是使用虛擬化軟件在一臺(tái)物理機(jī)上虛擬了同臺(tái)或多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，每個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)可以看作一個(gè)物理主機(jī)的副本，各虛擬計(jì)算機(jī)相互隔離，能同時(shí)運(yùn)行獨(dú)立的操作系統(tǒng)，這些客戶操作系統(tǒng)（guest os）通過(guò)虛擬化軟件訪問(wèn)實(shí)際的物理資源。

云教學(xué)平臺(tái)具有計(jì)算資源集中，通過(guò)虛擬化技術(shù)提高IT硬件設(shè)備的利用率，低碳環(huán)保而且降低硬件投資成本等價(jià)值。平臺(tái)一般由專業(yè)人員建設(shè)和維護(hù)，具有更好的穩(wěn)定性和安全性。平臺(tái)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和可伸縮性，可以實(shí)現(xiàn)按需分配計(jì)算資源。平臺(tái)以服務(wù)為導(dǎo)向，其服務(wù)接口基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的開(kāi)放性，便于系統(tǒng)集成及應(yīng)用的互聯(lián)互通。

云教學(xué)平臺(tái)上，各高校之間可以構(gòu)筑共同的信息共享空間，并通過(guò)云平臺(tái)統(tǒng)一共享進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的整合、統(tǒng)一教學(xué)的目的。對(duì)于學(xué)習(xí)者來(lái)講，其信息需求將獲得極大的滿足，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接他們可以隨時(shí)隨地從存儲(chǔ)在“云”中的教學(xué)資源里獲取自己所需要的學(xué)習(xí)資源和服務(wù)，甚至可以和老師就某方面的問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)的互動(dòng)交流，從而實(shí)現(xiàn)虛擬化的教與學(xué)。對(duì)于教師，可以通過(guò)學(xué)習(xí)者的實(shí)時(shí)視頻，判斷學(xué)習(xí)者是否為真實(shí)身份，通過(guò)拍攝學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者注意力監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于“云”的教學(xué)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)。但作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，云教學(xué)平臺(tái)也存在一些問(wèn)題。如互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，數(shù)據(jù)安全與保密問(wèn)題，基礎(chǔ)設(shè)施和性能問(wèn)題等。另外，很多高校都有校園網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)使用的不同限制，對(duì)于掛在校園網(wǎng)的課程，互聯(lián)網(wǎng)較難訪問(wèn)，這影響課程的共享。可見(jiàn)，要在實(shí)際教學(xué)中充分應(yīng)用“云”所帶來(lái)的種種好處，還有很多問(wèn)題需要解決。

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