混合云在高職實訓教學中的應用研究

游俊慧

摘要：針對高職院校實訓室的資源共享程度低、軟硬件設備更新慢、資源擴展難、管理模式落后等問題，探討利用云計算技術整合和部署實訓室現(xiàn)有資源，并發(fā)揮公有云和私有云的優(yōu)勢，構建混合云實訓教學資源支撐平臺以解決上述問題。

關鍵詞：云計算；公有云；私有云；混合云；實訓教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）25-0109-03

Application Research of Practical Teaching in Colleges Based on Hybrid Cloud

YOU Jun-hui

（Department of Information Engineering， Guangzhou Institute of Technology， Guangzhou 510925， China）

Abstract：To deal with the problems in practical training room use of colleges， such as low degree of resource sharing， slow update of hardware and software， difficulty of resource extension， backward management etc. ， this paper discusses about using cloud computing technology to integrate and deploy the current resource in practical training rooms， and to express the advantages of public cloud and private cloud， establishes a practical teaching resource supporting platform based on hybrid cloud to solve the problems above.

Key words： cloud computing； public cloud； private cloud； hybrid cloud； practical teaching

1 研究背景

目前，在高職院校的常規(guī)實訓教學中，雖然已構建實訓環(huán)境來運行特定的應用程序，已基本能夠滿足實訓教學對Web服務、代理服務、數(shù)據(jù)庫服務、文件服務等應用的需要，但各實訓室之間基本上仍是孤島拓撲結構的關系，在這種工作模式下，實訓硬件資源的使用率通常都會較低，表現(xiàn)為服務器的利用率一般占10%至15%，存儲設備的利用率一般占30%至40%[1]，如此低的利用率對資源而言絕對是一種極大的浪費。同時，這種應用模式也不可避免地帶來一系列的問題：

1）孤島拓撲結構表現(xiàn)出的最明顯問題就是服務器、網(wǎng)絡和存儲等資源都無法得到共享。在具體的實訓教學中，若同時訪問某項服務的學生特別多，或者在某項特殊的服務應用本身就需要占用許多資源的情況下，很容易就會導致服務器超負荷運行，甚至造成服務器崩潰，與此同時其他服務器資源卻因不能共享而處于閑置狀態(tài)。

2）部分實訓受限于實訓室的開放。有些實訓對硬件設備或軟件環(huán)境的要求很高，有些實訓又必須用到專門的付費軟件，這些軟件學生無法通過免費下載來獲取。而實訓室的管理還做不到隨時開放，缺少合適的實訓環(huán)境和設備支持，學生就不能很好地利用課余時間來完成課后訓練、課程設計、創(chuàng)新項目等課后的學習活動。

3）在實訓對現(xiàn)有設備的軟硬件需求增加時，無法及時對硬件資源或軟件資源進行擴容和擴展，資源更新滯后。

諸如此類的問題不僅在一定程度上影響到了實踐教學改革不斷深化的進程，而且也有礙于高技能型人才的培養(yǎng)。而云計算的出現(xiàn)則使以上問題可以得到解決。

2 云計算

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)相關服務的增加、使用和交付模式，是一種按是使用量來付費的模式其主要作用是通過互聯(lián)網(wǎng)為互聯(lián)網(wǎng)的外部用戶快速地提供一組動態(tài)易擴展的、可管理的虛擬化共享資源，包括計算資源、存儲資源、平臺和服務等，可被認為是一種大規(guī)模分布式計算聚合體[2]。

云計算服務的應用模式主要分為：公有云、私有云和混合云3種[3]。

2.1 公有云

公有云有云服務提供商即第3方運行，當企業(yè)出某種業(yè)務原因，需要把某些業(yè)務應用外包出去時，由云服務提供商托管其基礎架構或相關應用程序，并以服務的形式提供給企業(yè)[1]。通常托管在遠離客戶建筑物的地方，而且能在企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)高峰工作負載時提供類似企業(yè)基礎設施的靈活性甚至臨時的可擴展性，但由于公有云有多個組織共享，其隔離性和數(shù)據(jù)安全性不能得到很好的保證[4]。

2.2 私有云

私有云是專門為企業(yè)單獨使用而構建的，因而在數(shù)據(jù)、安全性和服務質量方面都能提供有效的控制。在私有云中，企業(yè)除掌控自身基礎設施之外，還可以自主地在其基礎設施上部署所需的應用程序[5]。從安全邊界上看，私有云一般可部署在企業(yè)本地數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)部，或選擇一個安全的托管場所進行主機的托管，其安全性大大高于公有云。

2.3 混合云

公有云的可擴展性好，但通常性能比較滯后，私有云的可靠性高，但其可擴展性卻不如人意[6]?；旌显谱鳛楣性坪退接性频慕Y合，能夠同時利用兩者的優(yōu)勢，即讓企業(yè)把某些有特殊要求的應用部署在公有云上，把處理敏感數(shù)據(jù)及關鍵數(shù)據(jù)的應用部署在私有云上，其他應用跨越公有云和私有云[7]?；旌显频墓ぷ髫撦d可跨越私有云和公有云，基本分為以下兩種情況：1）數(shù)據(jù)在公有云應用程序和私有云數(shù)據(jù)庫或應用程序之間傳遞；2）為滿足負載高峰需求將公有云服務器和存儲資源作為私有云資源的補充。

3 混合云實訓教學資源支撐平臺建設思路

針對前面提到的實訓環(huán)境應用帶來的問題，結合學院當前的實訓資源設備使用情況和實訓教學現(xiàn)狀，提出構建一個混合云實訓教學資源支撐平臺，并把構建該平臺的思路歸納成以下幾個方面：

1）整合校內(nèi)實訓資源

對各實訓室原本孤立的服務器資源進行重新整合，針對實訓教學中對高性能硬件設備的要求和不同軟件環(huán)境配置的特殊性要求，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一虛擬化管理，使資源管理從分散單一化向復合集約化轉變。根據(jù)實訓對設備要求的不同，配置不同的虛擬機，這些虛擬機在CPU數(shù)量及核數(shù)、內(nèi)存容量、硬盤容量等參數(shù)的配置上各不相同，同時為滿足不同實訓對軟件環(huán)境的要求，制作出不同的鏡像文件以供不同的實訓環(huán)境搭建所用。

2）實現(xiàn)實訓資源開放性

充分發(fā)揮云平臺資源共享的特性，一方面，將各實訓軟硬件環(huán)境經(jīng)虛擬化后整合到私有云服務端，供校園網(wǎng)內(nèi)學生隨時隨地進行實訓；另一方面，可向服務提供商租用部署在公有云中的一些需要購買而不打算購買的軟件應用，采用按需付費的方式降低軟件的采購成本以減輕學院信息化建設的負擔。

3）提供基于云平臺的社會服務

打破傳統(tǒng)的高校實訓資源平臺建設模式，為深化校際合作和校企合作，將學校已購買的軟件部署到公有云服務端，以租用的方式為其他高?；蚱髽I(yè)提供訪問接口，并收取一定費用，以更好地實現(xiàn)高校的社會服務功能。

4）統(tǒng)一運維管理

統(tǒng)一規(guī)劃管理是作為實訓資源公共服務平臺必不可少也是十分重要的一項功能，對整個平臺的統(tǒng)一運維管理，包括業(yè)務遷移、安全管理等多個方面，且需要為管理提供一個人性化易操作的界面。

4基于混合云的實訓教學資源支撐平臺架構設計

云計算的服務模式按應用層次劃分為3個層次，由表及里分別為：“軟件即服務（Software as a Service，SaaS）”、“平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）”、“基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）”[8]。遵循云計算3個層次的服務模式并結合我院實訓教學資源支撐平臺的建設需求，設計出包含如下5個組成部分的混合云實訓教學資源支撐平臺：實訓資源服務、實訓平臺服務、實訓軟件服務、運維管理、安全管理。

4.1 IaaS實訓資源服務

IaaS實訓資源服務是基于高校實訓室硬件資源部署云服務。以虛擬化技術為基礎，對服務器、存儲器及網(wǎng)絡等硬件資源進行池化，構建出計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡資源池。這樣一來，應用系統(tǒng)就能夠從系統(tǒng)級和應用級上實現(xiàn)一些在非云環(huán)境下難以實現(xiàn)的功能，如業(yè)務在線遷移、動態(tài)負載均衡、虛擬機自動備份、容錯等功能，從而搭建出一個能夠提供高可用服務的系統(tǒng)平臺，同時借助平臺提供的管理服務，可以實現(xiàn)多用戶訪問功能以及資源池的動態(tài)調配功能等[9]。一方面，高校可以通過虛擬化池化自身的硬件資源部署到校內(nèi)的私有云，在多個私有云之間實現(xiàn)實訓資源的共享。另一方面，當前很多公有云IaaS服務提供商如亞馬遜、谷歌、IBM、VMWare等，都可提供一些機構所需的基礎設施服務，高校若希望在軟硬件購置成本上節(jié)省開支，不妨可以考慮按需租用第三方的服務器、存儲器、軟件、帶寬等資源。由于私有云安全性高，高校的核心服務和數(shù)據(jù)可以部署在高校私有云內(nèi)，而第三方公有云IaaS服務的高可擴展性則可以解決高校實訓室資源的相對不足以及更新擴展難等問題[10]，兩者相結合構建混合云實訓教學資源支撐平臺可以為高校學生創(chuàng)建更好的實訓條件，提高教學質量。

4.2 PaaS實訓平臺服務

PaaS實訓平臺服務是把軟件開發(fā)環(huán)境作為一種虛擬化服務來提供的云計算，也稱為中間件。高校既可以考慮租用平臺上的中間件服務，也可以選擇在配置好實訓環(huán)境的虛擬開發(fā)平臺上進行二次開發(fā)，由此對服務器系統(tǒng)資源、存儲資源及網(wǎng)絡資源等的管理都可全部交由PaaS服務提供商來處理，大大減輕了用戶在管理資源工作上的負擔。如此一來則可以避免許多在計算機開發(fā)類實訓中安裝實訓軟件、配置系統(tǒng)變量等繁雜的工作。從縱向上看，該平臺包括了各種中間件的虛擬開發(fā)平臺，如Google App Engine，force.com和Windows Azure Platform等；從橫向上看，也包含了各中間件虛擬平臺的通用功能，如中間件虛擬資源的動態(tài)調配，中間件虛擬環(huán)境的快速映像打包、部署和更新等。從總體而言，可認為PaaS實訓平臺是一個可共享的應用平臺虛擬資源池，該資源池是對原有應用平臺抽象化后結合平臺中間件虛擬化得出的。

4.3 SaaS實訓軟件服務

SaaS實訓軟件服務是由高校將自身的實訓應用軟件資源整合后部署到云服務端所提供的云服務。對于一些專業(yè)性的實訓軟件，如企業(yè)經(jīng)營模擬系統(tǒng)、銀行業(yè)務模擬系統(tǒng)等，可在云服務端以Web服務的方式向其他高校用戶提供訪問接口，向缺乏此類資源的高校共享其實訓資源，從中收取服務費。對于通用性較高的應用軟件服務，可采用按需付費的形式租用在線的SaaS服務，以降低購買軟件的成本，如金蝶公司友商網(wǎng)的在線進銷存系統(tǒng)、Salesforce的客戶關系管理系統(tǒng)等。這些應用運行在公有云服務端，只需通過瀏覽器就可直接使用，避免了用戶安裝軟件、配置環(huán)境等瑣碎的工作，同時也免去了應用初期高昂的軟硬件投入費用，用戶只要按照即用即付的形式進行付費即可。

4.4 運維管理

運維管理平臺主要負責對云平臺實訓資源的運維管理、對不同層次上操作的統(tǒng)一監(jiān)控以及向用戶交付資源。在資源運維管理方面，由于資源池是共享的，硬件資源不會被任何應用或系統(tǒng)獨占，用戶可以根據(jù)業(yè)務應用的實際需求合理地分配和回收資源，使得資源的管理更趨靈活。在運維監(jiān)控方面，其監(jiān)控范圍從底層硬件層、網(wǎng)絡層向上延伸至虛擬化層，再跨越至操作系統(tǒng)、中間件和數(shù)據(jù)庫，往上最終覆蓋至業(yè)務應用層。在用戶自動化交付方面，首先由用戶通過云管理服務門戶提供的應用界面，根據(jù)實際需要對包括系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)資源和應用資源在內(nèi)的各種資源進行定制并提交申請，申請一旦通過，云管理服務門戶就會在后臺自動運行交付功能，將系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)、應用等資源交付給相應的用戶。

4.5 安全管理

由于實訓教學資源平臺采用混合云模式后與采用前相比，其網(wǎng)絡和安全邊界均發(fā)生了變化，對安全性提出了更高的要求，需要制定一套完整的云平臺安全管理機制來保障其安全運行。例如，原有的物理數(shù)據(jù)中心變成虛擬數(shù)據(jù)中心后，依然符合現(xiàn)有的安全等級保護要求，其外部仍可使用以往的物理安全保護方式，但內(nèi)部軟件定義的數(shù)據(jù)中心的安全防護措施則需要從物理安全、網(wǎng)絡安全、主機安全、應用安全和數(shù)據(jù)安全等多個角度來進行考慮，以此來支撐IaaS、PaaS、SaaS各服務層次的安全運行。同時，還需根據(jù)不同的服務層次、業(yè)務應用、用戶和安全級別等，將統(tǒng)一的資源池分解為粒度更小的資源池，并在各個資源池的邊界上采取相應措施加大安全防護的力度。

5結束語

混合云計算模式為高校的實訓資源管理提供了全新的思路和方法。作為一種新興的技術，云計算至今仍沒有一個統(tǒng)一的標準，如何應用云技術手段對高校實訓室資源進行整合再利用還存在著許多問題，例如：如何把不同廠商的云架構產(chǎn)品應用在實訓室資源建設；如何統(tǒng)一和整合現(xiàn)有的設備和資源；如何利用中間件來實現(xiàn)異構資源的共享和統(tǒng)一；如何保證業(yè)務數(shù)據(jù)在公有云和私有云之間遷移時的數(shù)據(jù)完整性和保密性；如何在相關法律法規(guī)尚不健全的情況下保障云服務使用者的利益不受損害；等等。盡管如此，實訓室資源管理應用云計算技術已是大勢所趨，其在為教師和學生提供一個易于擴展的高性能的資源使用平臺的同時，也向周邊企業(yè)和學校提供云資源服務，使得“產(chǎn)、學、研”真正融合在一起，為推進教學改革與創(chuàng)新提供了有力的支持。

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