數(shù)字化校園建設(shè)中云技術(shù)的應(yīng)用研究

徐艷

摘要：目前數(shù)字化校園建設(shè)得到了大力推行，但是在發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了運(yùn)維成本高、缺乏高效能設(shè)備、風(fēng)險(xiǎn)大等諸多的問(wèn)題，而云技術(shù)成為了解決這些問(wèn)題的有效方法。該文對(duì)云技術(shù)的結(jié)構(gòu)和如何使用云技術(shù)來(lái)建設(shè)數(shù)字化校園平臺(tái)進(jìn)行了闡述，并且探討了校園平臺(tái)上的邏輯以及物理框架。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用說(shuō)明，云技術(shù)可以為數(shù)字化校園建設(shè)提供解決方案，并且前景比較廣闊。

關(guān)鍵詞：云技術(shù)；云平臺(tái)；數(shù)字化校園建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）07-0072-03

目前，我國(guó)把信息化戰(zhàn)略視為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)，教育科研信息化作為我國(guó)信息化戰(zhàn)略的重要組成部分，也受到社會(huì)各界的重視。近幾年來(lái)，雖然我國(guó)信息化校園建設(shè)在不斷的推廣，不過(guò)在發(fā)展中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，阻礙了向數(shù)字化校園建設(shè)發(fā)展。以下就把面臨的問(wèn)題列舉出來(lái)：第一分散的基礎(chǔ)設(shè)備、極為嚴(yán)重重復(fù)的購(gòu)買(mǎi)相同功能的設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備使用率不高，卻面臨著高額的成本費(fèi)用；第二分散的系統(tǒng)設(shè)備和工具導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)成本較高；第三校內(nèi)沒(méi)有同意的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致共享度極低；第四極慢的校園中心業(yè)務(wù)布置，無(wú)法在統(tǒng)一的框架下管理。根據(jù)以上的問(wèn)題，說(shuō)明建立數(shù)字化校園建設(shè)迫在眉睫。本文通過(guò)研究某校利用云技術(shù)構(gòu)建校園數(shù)字化管理平臺(tái)，從而促使我國(guó)校園建設(shè)更趨向于信息化和現(xiàn)代化。

1 云技術(shù)概述以及數(shù)字化建設(shè)

1.1 云技術(shù)的定義

云技術(shù)是最近在信息技術(shù)行業(yè)中迅速發(fā)展起來(lái)的一種綜合性很高的技術(shù)，它是通過(guò)各種技術(shù)的特點(diǎn)和性能相融合，而有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而達(dá)到資源的共享的目的。比如網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)施、服務(wù)器等設(shè)備和服務(wù)器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、儲(chǔ)存等資源池，完成資源的快速、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)配和管理。

1.2 云技術(shù)的內(nèi)容

被看作信息技術(shù)的第二次革命的就是利用云技術(shù)來(lái)完成云計(jì)算技術(shù)，所以云技術(shù)的發(fā)明和創(chuàng)造具有歷史性意義。把可信賴(lài)的系統(tǒng)技術(shù)、大量的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)安全性技術(shù)以及具有延展性的并行計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)和可調(diào)配的計(jì)算機(jī)資源相互結(jié)合，而形成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體，在進(jìn)行配置后通過(guò)做大量的分析、計(jì)算、收集以及處理等工作把所得結(jié)果提供給用戶(hù)的過(guò)程就被稱(chēng)為云技術(shù)。

在極短的一段時(shí)間內(nèi)，能夠把大量的信息處理好之后，還能有極其強(qiáng)大的計(jì)算功能。所以，云技術(shù)是未來(lái)進(jìn)行處理加工數(shù)據(jù)的一個(gè)發(fā)展方向。云計(jì)算架構(gòu)與傳統(tǒng)的IT架構(gòu)相比較，有著較大的優(yōu)勢(shì)如圖1。

1.3 數(shù)字化校園建設(shè)中云技術(shù)的作用

1）虛擬化技術(shù)使資源利用率顯著提高，運(yùn)維成本降低

虛擬化技術(shù)之所以是云計(jì)算的基礎(chǔ)，是因?yàn)镮T資源能夠完成統(tǒng)一和邏輯抽象的結(jié)合是通過(guò)虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，并且虛擬化技術(shù)可以管理大批量的數(shù)據(jù)。虛擬機(jī)、存儲(chǔ)虛擬化和多個(gè)資源之間提供的單邏輯表示模式都包含在了虛擬化的工作形式中，這也是虛擬化最常見(jiàn)的工作形式。虛擬化技術(shù)在云計(jì)算的平臺(tái)上的效用是，把包含在數(shù)據(jù)中心的軟硬件資源進(jìn)行虛擬后，形成一個(gè)較大的資源池，這樣就可以使資源很容易就被管理好。儲(chǔ)存池、網(wǎng)絡(luò)池、計(jì)算池、安全池和應(yīng)用池等都包含在這個(gè)資源池內(nèi)。把實(shí)體資源進(jìn)行虛擬的資源池化之后，可以容易有效的管理分散的硬件以及不同結(jié)構(gòu)的軟件。

2）資源的動(dòng)態(tài)管理是有群集技術(shù)實(shí)現(xiàn)的

集群技術(shù)可以把多個(gè)相互不具有關(guān)聯(lián)性的單獨(dú)的計(jì)算機(jī)用特殊的連接方法進(jìn)行連接后，組成一個(gè)性能比較高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。組成這個(gè)系統(tǒng)所運(yùn)用的集群技術(shù)在IT行業(yè)來(lái)說(shuō)很新穎，并且該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特性是成本低廉、可延展性好和性能相對(duì)較高。故障轉(zhuǎn)移群集、負(fù)載平衡群集和并行處理群集是云平臺(tái)中通常用到的類(lèi)別。群集技術(shù)在云平臺(tái)上實(shí)時(shí)調(diào)整、按著需要配比、自動(dòng)收回云硬件資源的作用，因此群集技術(shù)不但能夠深化和保證云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，而且又能夠助虛擬化技術(shù)一臂之力，使云計(jì)算的框架更加穩(wěn)定和可靠，大大提高了云計(jì)算的能力。

3）云計(jì)算和面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的融合

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)即SOA是用服務(wù)調(diào)整好的接口把在應(yīng)用程序中用不同性能的單元進(jìn)行有機(jī)連接的一種組件模型。接口一般是把各類(lèi)硬件平臺(tái)、各類(lèi)語(yǔ)言編程、操作系統(tǒng)進(jìn)行屏障性的隔離的中立形式出現(xiàn)。如果把SOA進(jìn)行定義，它是一種分列存在的把層次不同的服務(wù)加以強(qiáng)化的一種體系架構(gòu)。可延展性、機(jī)動(dòng)性和高度的可重復(fù)性是它的主要特征。

如圖2所示，軟件應(yīng)用云SAAS、平臺(tái)云PAAS、基礎(chǔ)架構(gòu)云LAAS是云計(jì)算的三個(gè)組成部分，結(jié)合SOA，可以把服務(wù)的供給者、消費(fèi)者和代理人是云計(jì)算架構(gòu)中的三個(gè)角色。在網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)被視為服務(wù)的供給者，他采取暈結(jié)構(gòu)的方式來(lái)發(fā)揮極強(qiáng)的計(jì)算功能。

2 數(shù)字化校園云平臺(tái)的邏輯框架

以云技術(shù)的特性以及發(fā)展的長(zhǎng)處為依據(jù)，不難看出云技術(shù)能夠有效對(duì)校園信息化建設(shè)中所出現(xiàn)的問(wèn)題加以解決，這也是我們使用云技術(shù)來(lái)建設(shè)數(shù)字化校園的原因。以云服務(wù)有三個(gè)模式為依據(jù)，可以推論出數(shù)字化校園建設(shè)應(yīng)當(dāng)分為三個(gè)基礎(chǔ)層，下面就簡(jiǎn)單的進(jìn)行分析這三個(gè)基礎(chǔ)層。

2.1 IaaS 層

IaaS 層基礎(chǔ)設(shè)施層是在數(shù)字化校園云平臺(tái)架構(gòu)的最末層，它在對(duì)離散的軟硬件進(jìn)行統(tǒng)合和障蔽時(shí)用的是物理分析法，這樣就把虛擬化的軟硬件就成為了聚集資源的資源池。IaaS 層雖然在最底層，校園科教系統(tǒng)中的管理員IaaS 層用戶(hù)，可以把安排供給的資源、對(duì)資源進(jìn)行管理和安全監(jiān)管等工作實(shí)現(xiàn)。

2.2 PaaS 層

PaaS 層，即平臺(tái)層是介于IaaS 層和SaaS層之間，這個(gè)層主要是開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)和平臺(tái)服務(wù)的場(chǎng)所，之所以把平臺(tái)層稱(chēng)之為是云計(jì)算的中心層，是因?yàn)橛脩?hù)所想要得到的需求都能夠在這里滿(mǎn)足。開(kāi)發(fā)者把各類(lèi)中間件進(jìn)行合成和拼裝之后，統(tǒng)一給平臺(tái)上的用戶(hù)。此外，開(kāi)發(fā)者運(yùn)用云平臺(tái)的管理軟件可以調(diào)整和監(jiān)管基礎(chǔ)設(shè)施層的資源。

2.3 SaaS 層

即應(yīng)用層，是在整個(gè)數(shù)字校園建設(shè)云平臺(tái)架構(gòu)的第一層，主要給用戶(hù)提供應(yīng)用和基礎(chǔ)兩種服務(wù)，供應(yīng)的服務(wù)可以按著訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限把各類(lèi)資源提供給直面的終端用戶(hù)?；A(chǔ)服務(wù)是訪(fǎng)問(wèn)和管理學(xué)校內(nèi)各種基礎(chǔ)資源，并且校園內(nèi)只有一個(gè)統(tǒng)一的身份認(rèn)證。而教學(xué)、圖書(shū)室、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、一卡通、管理員、宿舍、辦公等都獨(dú)立形成一個(gè)系統(tǒng)包含在應(yīng)用服務(wù)當(dāng)中。在很多的校園中，都是統(tǒng)一認(rèn)證基礎(chǔ)服務(wù)，而一站式服務(wù)各種應(yīng)用系統(tǒng)的方式。

3 數(shù)字化校園云平臺(tái)的總體構(gòu)架

高校是校園中比較迫切需要數(shù)字化平臺(tái)的地方，所以就根據(jù)高校數(shù)字化云平臺(tái)來(lái)展開(kāi)分析。物理資源的現(xiàn)有情況是高校云平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)的基礎(chǔ)條件。在確定高校數(shù)據(jù)中心的物理資源與將要建設(shè)的云平臺(tái)相匹配后，還應(yīng)當(dāng)考慮平臺(tái)是否適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。為了達(dá)到這一目標(biāo)，我們需要在確保成本的同時(shí)增強(qiáng)平臺(tái)的可伸縮性和延展性。

3.1計(jì)算資源池

不同的系統(tǒng)平臺(tái)有著不同的要求，在實(shí)際建設(shè)平臺(tái)的時(shí)候，我們需要根據(jù)數(shù)據(jù)中心的實(shí)際能力，采用不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。不同形態(tài)的服務(wù)器可以滿(mǎn)足其不同的管理和調(diào)度的需求。計(jì)算節(jié)點(diǎn)通常需要1臺(tái)管理服務(wù)器和2臺(tái)服務(wù)器。這是因?yàn)樵谠破脚_(tái)中，其故障的轉(zhuǎn)移等其他技術(shù)要通過(guò)大資源計(jì)算池來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用SPARC、刀片等是X86體系所構(gòu)成的應(yīng)用在服務(wù)器中。把學(xué)校存有的服務(wù)器和華三系列的FlexServer R390服務(wù)聯(lián)合起來(lái)組成。山東科技大學(xué)的云平臺(tái)資源計(jì)算池。而可靠性高以及維護(hù)簡(jiǎn)單是華三系列的FlexServer R390服務(wù)器的特性，所以從該服務(wù)器中選擇出一臺(tái)來(lái)進(jìn)行所有云平臺(tái)上的服務(wù)器進(jìn)行管理，其他眾多聯(lián)合起來(lái)的服務(wù)器則是成為節(jié)點(diǎn)。而云平臺(tái)上的服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)是沒(méi)有限制的，如果還需要其他的節(jié)點(diǎn)，只要再擴(kuò)展就可。

3.2資源的云存儲(chǔ)池

如圖2中可知，大量的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者是計(jì)算機(jī)應(yīng)用都需要一個(gè)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行服務(wù)。而云計(jì)算中所得到的數(shù)據(jù)就要有一個(gè)存儲(chǔ)空間，云存儲(chǔ)則是一個(gè)虛擬化的管理方式進(jìn)行這些計(jì)算數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，在存儲(chǔ)的同時(shí)還把數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整理，以便于控制起來(lái)更加靈便。從而得之云存儲(chǔ)是完成IAAS工作的一個(gè)重要構(gòu)成部分。存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的形式可以進(jìn)行業(yè)務(wù)向外延伸，所以是方便存儲(chǔ)平臺(tái)使用的兩種形式。山東科技大學(xué)剛剛建立云平臺(tái)不久，所以在云平臺(tái)上進(jìn)行運(yùn)行的業(yè)務(wù)沒(méi)有較大的儲(chǔ)存量，為了滿(mǎn)足快速使用數(shù)據(jù)的要求，當(dāng)前使用的服務(wù)器是華三系列的IP SAN FlexStorage P4500，高容災(zāi)性和較好的延展性是該服務(wù)器的特點(diǎn)，這一系列的服務(wù)器不但能夠使自動(dòng)轉(zhuǎn)化的故障以及普通故障在各種條件下進(jìn)行恢復(fù)，還能夠優(yōu)化虛擬化環(huán)境狀況。

3.3資源的網(wǎng)絡(luò)池

大量的虛擬化的安置是云技術(shù)條件下所形成的新形勢(shì)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架下必然會(huì)遇到流量頻發(fā)、虛擬機(jī)控制和接入的不暢、規(guī)模和性能的不想匹配等許多困難 。山東海洋大學(xué)則是處在試運(yùn)行云技術(shù)階段，所以該學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái)相對(duì)簡(jiǎn)單，兩臺(tái)交換機(jī)就可以把網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存設(shè)施和每個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器相互連接起來(lái)，之后都匯集到核心機(jī)房的交換機(jī)上去，最后由校園內(nèi)部的路由器導(dǎo)入到廣域網(wǎng)中。

3.4云管理平臺(tái)

資源的硬件池是由虛擬化的儲(chǔ)存器、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器聯(lián)合組成。不過(guò)想要做好硬件系統(tǒng)的運(yùn)維和業(yè)務(wù)量的迅速歸納，就應(yīng)當(dāng)由軟件配合再完成。云計(jì)算管理平臺(tái)、云虛擬化管理和云業(yè)務(wù)智能軟件包這三個(gè)軟件來(lái)完成。其中云計(jì)算管理平臺(tái)，使上層的操作系統(tǒng)和底層的硬件資源做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而使硬件設(shè)施降低對(duì)上層軟件的倚賴(lài)；虛擬化管理軟件，該軟件主要有完成云硬件資源（計(jì)算、儲(chǔ)存和網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行軟件的虛擬化的功能，上層應(yīng)用的自動(dòng)化功能也在此實(shí)現(xiàn)；云業(yè)務(wù)智能軟件包，把基礎(chǔ)云架構(gòu)資源和相關(guān)的服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行虛擬化整理然后提供給用戶(hù)按著所需要的進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)。

4結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化校園建設(shè)中應(yīng)用云技術(shù)，能夠使校園中的班級(jí)、辦公室、教務(wù)處等各部門(mén)以及學(xué)校與學(xué)校之間進(jìn)行應(yīng)用資源和硬件資源進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)合，這樣就為整個(gè)學(xué)校甚至是學(xué)校與學(xué)校之間供給質(zhì)地優(yōu)良的科教實(shí)驗(yàn)和信息服務(wù)平臺(tái)。當(dāng)前，在數(shù)字化校園建設(shè)中使用云技術(shù)才剛剛起步，所以有些技術(shù)使用起來(lái)還存在困難，不過(guò)與傳統(tǒng)的信息化校園相比，云技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有目共睹，所以在教育界進(jìn)行云技術(shù)的推廣具有可行性。

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