教育云存儲(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建研究

摘 要：云存儲(chǔ)已經(jīng)成為21世紀(jì)新興技術(shù)領(lǐng)域熱度最高的名詞之一?，F(xiàn)在教育過(guò)程中數(shù)據(jù)管理還存在一些問(wèn)題。云存儲(chǔ)在教育中的構(gòu)建方式有三，即私有云存儲(chǔ)、公有云存儲(chǔ)、混合云存儲(chǔ)。在具體構(gòu)建過(guò)程中，高校的云存儲(chǔ)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)可分成基礎(chǔ)設(shè)施層、邏輯層、支撐層和訪(fǎng)問(wèn)層。

關(guān)鍵詞：云存儲(chǔ);教育云;教育云存儲(chǔ)平臺(tái)構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)：G647 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " 文章編號(hào)：1002-2589（2015）08-0216-02

云存儲(chǔ)是指通過(guò)集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量不同類(lèi)型的存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)應(yīng)用軟件集合起來(lái)協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪(fǎng)問(wèn)功能的系統(tǒng)[1]。云存儲(chǔ)作為一種云計(jì)算應(yīng)用形式，改變了傳統(tǒng)存儲(chǔ)的運(yùn)作和使用過(guò)程，以更安全可靠的技術(shù)手段，滿(mǎn)足不同數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求和業(yè)務(wù)發(fā)展需求，降低數(shù)據(jù)管理的復(fù)雜性與管理成本，廣泛地應(yīng)用在許多行業(yè)。

一、現(xiàn)有教育過(guò)程中數(shù)據(jù)管理存在的問(wèn)題

高等院校作為教學(xué)和科研的重地，存在著大量的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理過(guò)程在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)安全等方面都存在著不同的難度，造成現(xiàn)有高校在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理過(guò)程中存在的不少的問(wèn)題。

1.資源共享困難。目前我國(guó)高校都已經(jīng)建立了比較完善的教學(xué)資源體系，但是這些體系主要是依據(jù)專(zhuān)業(yè)和行政部門(mén)進(jìn)行建立，許多教學(xué)資源都自成一體，難以形成有效對(duì)接，導(dǎo)致教學(xué)資源的共享性差、協(xié)作困難。云存儲(chǔ)技術(shù)在教育數(shù)據(jù)管理中的使用，有助于進(jìn)行信息資源共享，達(dá)到有效教學(xué)資源的整合，方便用戶(hù)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)獲取，提高教學(xué)資源的利用率。

2.維護(hù)管理成本高昂。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理過(guò)程，使用單一服務(wù)器來(lái)存儲(chǔ)教學(xué)資源，隨著教育機(jī)構(gòu)的不斷發(fā)展和教學(xué)資源的累積，往往需要不斷進(jìn)行服務(wù)器的購(gòu)置，服務(wù)器的數(shù)量不斷增加，但是服務(wù)器的利用率卻無(wú)法有效提升[2]。另外，服務(wù)器等硬件的分散，降低了數(shù)據(jù)管理硬件的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)一步加大現(xiàn)在教育領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理的維護(hù)管理成本。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)面臨大量潛在風(fēng)險(xiǎn)。隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加，數(shù)據(jù)類(lèi)型的日益復(fù)雜，及業(yè)務(wù)存儲(chǔ)過(guò)于分散，數(shù)據(jù)的安全性和可靠性需要得到保證[3]。關(guān)鍵的重要數(shù)據(jù)內(nèi)容是否能夠保證已經(jīng)得到備份，防止各種人為或者是自然原因可能造成的資料丟失問(wèn)題。

4.數(shù)據(jù)使用不便，無(wú)法適合現(xiàn)有移動(dòng)終端的發(fā)展需求。目前以學(xué)生為代表的許多數(shù)據(jù)使用者越來(lái)越傾向于使用手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)和使用，而現(xiàn)有的高校數(shù)據(jù)存儲(chǔ)無(wú)法很好地支持這些移動(dòng)終端，使得現(xiàn)有的數(shù)據(jù)使用效率不高。

二、云存儲(chǔ)在教育中的應(yīng)用構(gòu)思

云存儲(chǔ)通過(guò)建設(shè)一個(gè)大型的存儲(chǔ)中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，提升了設(shè)備利用率，減少了重復(fù)投資與存儲(chǔ)空間浪費(fèi)。云存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)技術(shù)保證數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，數(shù)據(jù)加密技術(shù)保證了數(shù)據(jù)不會(huì)被未授權(quán)的用戶(hù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，大大提高數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。云存儲(chǔ)方便共享的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)公文、課件、資料等的快捷推送，直接顯示在每個(gè)用戶(hù)的存儲(chǔ)空間之中，便于高校管理指令的上傳下達(dá)和教學(xué)科研資料的共享調(diào)用。云存儲(chǔ)在教育中可有多種不同的應(yīng)用（如表1）。

三、面向教育的云存儲(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建方式

云存儲(chǔ)主要有3種構(gòu)建方式：私有云存儲(chǔ)，公有云存儲(chǔ)，混合云存儲(chǔ)。

1.私有云存儲(chǔ)

私有云是為一個(gè)用戶(hù)單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對(duì)數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制，該用戶(hù)擁有基礎(chǔ)設(shè)施，并可以控制在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序的方式[4]。學(xué)校的安全防火墻內(nèi)可用于私有云的構(gòu)建，外部的主機(jī)托管場(chǎng)所也可構(gòu)建私有云。戴爾、IBM、微軟、華為和聯(lián)想等公司都推出了私有云存儲(chǔ)的解決方案。

以聯(lián)想公司為例，其為教育、政府和企業(yè)等客戶(hù)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和業(yè)務(wù)協(xié)同的解決方案，可滿(mǎn)足教務(wù)管理、課件管理、遠(yuǎn)程教學(xué)、作業(yè)收發(fā)、個(gè)人空間等各種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)服務(wù)，已在廈門(mén)大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)、中央廣播電視大學(xué)等高校進(jìn)行應(yīng)用。

2.公共云存儲(chǔ)

公有云通常指由第三方提供商向用戶(hù)提供的能夠使用的云存儲(chǔ)的服務(wù)，公有云一般通過(guò)因特網(wǎng)使用，可能是免費(fèi)或成本低廉的[5]。公共云存儲(chǔ)以低廉的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)給終端用戶(hù)，并整合上下游（包括各類(lèi)SP和最終用戶(hù)）的業(yè)務(wù)，創(chuàng)造出新的價(jià)值，完善了全新的公共云生態(tài)系統(tǒng)。百度、亞馬遜、谷歌等企業(yè)均推出了公共云存儲(chǔ)服務(wù)的產(chǎn)品，以谷歌為例，2012年發(fā)布了GoogleDrive谷歌云存儲(chǔ)服務(wù)，該云存儲(chǔ)服務(wù)可為用戶(hù)提供5G的免費(fèi)存儲(chǔ)空間，用戶(hù)可付費(fèi)獲得空間的擴(kuò)充，谷歌的云存儲(chǔ)服務(wù)支付文件協(xié)作、文件存儲(chǔ)和云端搜索等功能，截至2014年10月，該云存儲(chǔ)服務(wù)的活躍用戶(hù)已達(dá)到2.4億人，此外，谷歌也在2014年10月份宣布為學(xué)校和學(xué)生免費(fèi)提供無(wú)限量的云存儲(chǔ)服務(wù)，并將云存儲(chǔ)與GoogleAPPs辦公服務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了聯(lián)結(jié)，方便用戶(hù)的使用。

3.混合云存儲(chǔ)

由于私有云在安全和控制方面具有優(yōu)勢(shì)，而公共云在成本和擴(kuò)展性方面則更具特色，故在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，往往把公有云和私有云混合起來(lái)綜合使用。混合云存儲(chǔ)指的即是這種公有云和私有云混合使用的方式，云存儲(chǔ)在具體的使用過(guò)程中，根據(jù)數(shù)據(jù)的機(jī)密性要求，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于私有云存儲(chǔ)或公有云存儲(chǔ)之中。此外，混合云存儲(chǔ)還可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遷移和備份，且具有良好的存儲(chǔ)擴(kuò)充能力，可以很好適應(yīng)用戶(hù)的存儲(chǔ)需求和發(fā)展。例如EMC公司推出了彈性云存儲(chǔ)，在實(shí)現(xiàn)可訪(fǎng)問(wèn)性、安全性的同時(shí)，減少了9%-28%的總體擁有成本。

四、面向教育的云存儲(chǔ)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

高校在教學(xué)過(guò)程，教學(xué)管理、教育資源分配、辦公、后勤、對(duì)外宣傳等諸多方面都有強(qiáng)烈的需求。為滿(mǎn)足這些需求，不同的軟件公司都也紛紛推出相應(yīng)的軟件，但受到軟件價(jià)格，及軟件對(duì)服務(wù)器及管理人員的要求等因素的影響，這些軟件在使用過(guò)程中往往發(fā)揮不到應(yīng)有的作用。對(duì)高校來(lái)說(shuō)，更需求一種使用方便，不需投入太多維護(hù)人員，內(nèi)容可根據(jù)需求靈活定制的個(gè)性化信息存儲(chǔ)和服務(wù)平臺(tái)。

對(duì)此，高校在構(gòu)建云存儲(chǔ)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)以滿(mǎn)足教學(xué)管理的存儲(chǔ)需求和不浪費(fèi)現(xiàn)有的存儲(chǔ)資源為目標(biāo)，一方面利用現(xiàn)有的資源私有云存儲(chǔ)服務(wù)平臺(tái)，另一方面也可充分利用現(xiàn)有成熟且成本不高的公共云存儲(chǔ)服務(wù)。在具體的構(gòu)建過(guò)程中，可基于Openstack項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行云存儲(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建。Openstack是現(xiàn)有最受關(guān)注開(kāi)源云計(jì)算工具，可協(xié)助高校實(shí)現(xiàn)高可靠和高彈性的云存儲(chǔ)服務(wù)。在具體的構(gòu)建過(guò)程中，高校的云存儲(chǔ)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)可分成基礎(chǔ)設(shè)施層、邏輯層、支撐層和訪(fǎng)問(wèn)層等層次（如圖1）。

1.基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是最基礎(chǔ)的層，主要包括計(jì)算機(jī)，存儲(chǔ)器，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)等，是整個(gè)平臺(tái)的硬件基礎(chǔ)，構(gòu)成整個(gè)云存儲(chǔ)平臺(tái)的物理資源。在教育云存儲(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建中，首先應(yīng)以充分利用現(xiàn)有的設(shè)備為出發(fā)點(diǎn)，在滿(mǎn)足現(xiàn)有云存儲(chǔ)需求的基礎(chǔ)上，盡可能減少設(shè)備的閑置和浪費(fèi)。其次應(yīng)做好相關(guān)設(shè)備的更替計(jì)劃，滿(mǎn)足云存儲(chǔ)未來(lái)需求的發(fā)展變化。再次需做好無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入，方便用戶(hù)使用移動(dòng)終端在不同場(chǎng)合下的訪(fǎng)問(wèn)。

2.邏輯層

邏輯層是在基礎(chǔ)設(shè)施層的基礎(chǔ)上對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行虛擬化，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一化管理，提高存儲(chǔ)資源的利用率。存儲(chǔ)資源的虛擬化包括基于主機(jī)/服務(wù)器的虛擬化、基于存儲(chǔ)設(shè)備的虛擬化和基于存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化?，F(xiàn)有學(xué)校在進(jìn)行存儲(chǔ)資源虛擬化的同時(shí)，應(yīng)綜合考慮學(xué)校的實(shí)際情況、存儲(chǔ)設(shè)備統(tǒng)一管理難度、數(shù)據(jù)共享要求、數(shù)據(jù)安全和訪(fǎng)問(wèn)性能等因素確定虛擬化后的存儲(chǔ)資源使用調(diào)度機(jī)制和方案，保證具體運(yùn)作過(guò)程中的負(fù)載均衡和用戶(hù)良好體驗(yàn)。邏輯層聚集了分散的物理資源再虛擬的資源池中，隱蔽基礎(chǔ)設(shè)施層的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，降低管理的難度，提高設(shè)備資源地的利用率和系統(tǒng)運(yùn)行效率，從而控制了成本。

3.支撐層

支撐層的作用就是負(fù)責(zé)具體應(yīng)用同資源池之間的交互。包括用戶(hù)管理、資源管理和安全管理等方面的內(nèi)容。

用戶(hù)管理主要目的在于通過(guò)調(diào)查了解學(xué)院教職員工和學(xué)生在云存儲(chǔ)系統(tǒng)方面的需求，來(lái)決定提供的服務(wù)內(nèi)容和服務(wù)方式。并在此原則下，指揮云存儲(chǔ)的運(yùn)作方式。資源管理是支撐層的主要核心內(nèi)容。一方面資源管理可向用戶(hù)分配具體的運(yùn)行資源，并啟動(dòng)和管理相關(guān)的云存儲(chǔ)設(shè)備;另一方面，資源管理還可以將資源池上各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的監(jiān)控狀態(tài)虛擬化，向管理員展現(xiàn)出該節(jié)點(diǎn)具體的狀態(tài)。安全管理也是支撐層必不可少的一個(gè)部分，主要負(fù)責(zé)驗(yàn)證用戶(hù)的合法性和使用行為的合規(guī)性。只有合法的用戶(hù)，被授權(quán)的用戶(hù)，才可以在自己的權(quán)限內(nèi)，使用該權(quán)限內(nèi)可以使用的資源，保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。

4.訪(fǎng)問(wèn)層

云存儲(chǔ)平臺(tái)的訪(fǎng)問(wèn)層主要功能為營(yíng)造一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和使用的社區(qū)，一方面方便用戶(hù)可以在線(xiàn)上傳、閱讀和下載當(dāng)前最為主流文檔格式，并提供強(qiáng)大的處理能力：內(nèi)容分類(lèi)、編輯審核、文檔轉(zhuǎn)換、搜索引擎檢索、后臺(tái)管理，滿(mǎn)足用戶(hù)的日常存儲(chǔ)需求。另一方面云存儲(chǔ)平臺(tái)還應(yīng)該建立一個(gè)鼓勵(lì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分享的機(jī)制，如積分獎(jiǎng)勵(lì)模式，鼓勵(lì)用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和知識(shí)的分享，促進(jìn)云存儲(chǔ)平臺(tái)的使用。再者云存儲(chǔ)平臺(tái)應(yīng)積極結(jié)合應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)要求，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和軟件運(yùn)作平臺(tái)，進(jìn)一步發(fā)揮教育云存儲(chǔ)平臺(tái)的功能。

面對(duì)高校的個(gè)性化和不斷發(fā)展的存儲(chǔ)需求，基于云計(jì)算構(gòu)建的存儲(chǔ)平臺(tái)可以較好地滿(mǎn)足這些需求。在教育云存儲(chǔ)平臺(tái)的發(fā)展過(guò)程中，以高校師生的需求為出發(fā)點(diǎn)，在應(yīng)用層面上不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，可更好地實(shí)現(xiàn)教育云存儲(chǔ)平臺(tái)的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)高校的教學(xué)和科研的發(fā)展。

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