高校云平臺(tái)建設(shè)的研究與探索

葛磊 吳建軍

摘 要：面對(duì)國內(nèi)云計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，如何根據(jù)高職教學(xué)的特點(diǎn)及時(shí)調(diào)整專業(yè)和教學(xué)體系，立足培養(yǎng)實(shí)用性的云計(jì)算人才，是值得許多高職院校思考的一個(gè)問題。合理構(gòu)建高職院校的云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室并以此為基礎(chǔ)建立云平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)云計(jì)算專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系是其中的一個(gè)關(guān)鍵問題。本文在分析云計(jì)算模式和高職院校現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，參考部分高校云平臺(tái)建設(shè)過程中的經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)幾種主流虛擬化和服務(wù)器技術(shù)的比較，給出一個(gè)合理、適用、可擴(kuò)展的，基于Vmware技術(shù)和X86服務(wù)器的高職院校云平臺(tái)建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；虛擬化；IaaS；Web2.0；X86

中圖分類號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

2010年7月29日正式發(fā)布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中的“加快教育信息化進(jìn)程”部分明確提出：“把教育信息化納入國家信息化發(fā)展整體戰(zhàn)略，超前部署教育信息網(wǎng)絡(luò)?！痹朴?jì)算是未來IT發(fā)展的重要領(lǐng)域，也是大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要技術(shù)支撐[1]。通過多年的理論研究，各類成熟的云計(jì)算解決方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)云計(jì)算技術(shù)也是未來教學(xué)信息化和實(shí)現(xiàn)資源共享的主要解決模式[2]。從高職教育的視角觀察云計(jì)算這一技術(shù)，思考如何建立相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和教學(xué)體系，培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)人才成為未來一段時(shí)期內(nèi)高職教育計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的主要任務(wù)。

2015年11月10日，工業(yè)和信息化部為加快推進(jìn)云計(jì)算的國家標(biāo)準(zhǔn)化工作，規(guī)范國內(nèi)日趨競爭激烈的云計(jì)算市場(chǎng)，并指導(dǎo)各大IT企業(yè)的云計(jì)算發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)營行為，于10月16日印發(fā)了《云計(jì)算綜合標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)指南》，這一指南更是將云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展推入到快車道。

2 云計(jì)算技術(shù)（Cloud computing technology）

Google首席執(zhí)行官埃里克.施密特在2006年8月9日的搜索引擎大會(huì)（SES San Jose 2006）首次提出“云計(jì)算”的概念。隨后在IT巨頭Google、IBM、Sum、HP、Amazon的帶領(lǐng)下，國內(nèi)的阿里、華為、百度、騰訊等IT企業(yè)也相繼進(jìn)軍云計(jì)算及周邊技術(shù)領(lǐng)域。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)成為未來IT行業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力，這其中云計(jì)算則是實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的核心硬件和軟件的集合，也是網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的核心。云計(jì)算將逐步改變現(xiàn)有的生活和商業(yè)運(yùn)作模式，并引發(fā)了一系列相關(guān)技術(shù)如：虛擬化、服務(wù)器集群管理、分布式計(jì)算等的迅猛發(fā)展。

3 高職院校云平臺(tái)需求分析（Demand analysis of

cloud platform in Higher Vocational Colleges）

3.1 高職院校云平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)

隨著國內(nèi)教育改革的深入和加劇，目前高教體系中存留的高職院校大多屬于地方高校。這些高職院校在資金投入、技術(shù)水平和對(duì)信息化、智慧校園以及公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)的迫切性和重視程度上均無法和省屬、部屬的本科類院校相比。但是，無論是高職院校的IT類專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的改造，還是開辟云計(jì)算領(lǐng)域相關(guān)新專業(yè)，高職院校都無法回避和忽視云計(jì)算這一新技術(shù)的存在和發(fā)展。以開封大學(xué)為標(biāo)本，結(jié)合多數(shù)同類院校的實(shí)際情況，分析現(xiàn)有技術(shù)和軟硬件條件，可以將高職院校云平臺(tái)建設(shè)的目標(biāo)定義于以下三點(diǎn)：

（1）服務(wù)教學(xué)、科研

a.培養(yǎng)云計(jì)算專業(yè)師資

b.構(gòu)建云計(jì)算專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

c.利用云計(jì)算核心虛擬化技術(shù)改造現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

（2）服務(wù)數(shù)字化和智慧校園建設(shè)，整合現(xiàn)有軟硬件資源，為師生提供以科學(xué)計(jì)算和存儲(chǔ)為主的公共服務(wù)平臺(tái)。

（3）服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)，構(gòu)建服務(wù)于本校的私有云和服務(wù)于互聯(lián)網(wǎng)+和文化+戰(zhàn)略的公共云。

3.2 學(xué)?，F(xiàn)狀分析—以開封大學(xué)為例

學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心集中托管了學(xué)校的招生、教務(wù)、學(xué)生管理等業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的服務(wù)器，各子系統(tǒng)大多采用浪潮曙光和IBM的服務(wù)器，形成了一個(gè)個(gè)的信息孤島。沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，更沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，信息化建設(shè)還處于比較初級(jí)的階段。學(xué)校網(wǎng)絡(luò)狀況良好，全校實(shí)現(xiàn)了光纖的主干網(wǎng)絡(luò)覆蓋。學(xué)校信息工程學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室12個(gè)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室基本配置為一臺(tái)教師機(jī)+50臺(tái)左右的學(xué)生機(jī)。未來需要通過基于云計(jì)算的虛擬化技術(shù)完成改造。

4 云平臺(tái)解決方案（Cloud platform solutions）

高職院校云平臺(tái)解決方案中將涉及虛擬化、服務(wù)器集群管理、虛擬桌面等一系列技術(shù)的應(yīng)用。這其中服務(wù)器和虛擬化技術(shù)是關(guān)鍵所在。

4.1 解決方案中關(guān)鍵技術(shù)的選擇

4.1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計(jì)算的核心和基礎(chǔ)[3]，也是實(shí)施構(gòu)建高職院校云平臺(tái)第一階段的主要技術(shù)。目前主流的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)也即虛擬化管理平臺(tái)為Vmware VCenter/ESX，Microsoft System Center/Hyper-V，Citrix XenServer/Xen以及免費(fèi)開源的Openstack和Eucalyptus。綜合使用成本、后期技術(shù)服務(wù)和支持、未來技術(shù)發(fā)展方向、對(duì)云服務(wù)的支持能力、對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的支持能力等各個(gè)方面考慮，詳見表1。建議高職院校云平臺(tái)采用Vmware vCenter/ESX完成IaaS底層虛擬化。

表1 虛擬化平臺(tái)的比較

Tab.1 Comparison of virtualization platform

虛擬化平臺(tái) 使用成本 后期技術(shù)服務(wù) 虛擬化效率 所支持OS

Vmware

vCenter/

ESX 包含Center面板的系列產(chǎn)品授權(quán)費(fèi)用昂貴，多采用每CPU授權(quán)模式 美國Vmware公司提供專業(yè)技術(shù)保障 效率高、高成熟與穩(wěn)定性 Windows、Linux

Microsoft

System

Center/

Hyper-V 每服務(wù)器或每CPU授權(quán)模式，價(jià)格中等 美國Microsoft公司提供專業(yè)技術(shù)保障 效率較高、Linux下不穩(wěn)定 Windows、Linux（主要專為Windows定制，也支持Linux，但性能損失比較嚴(yán)重）

Citrix

XenServer/

Xen 企業(yè)版、高級(jí)版、白金版一般采用每服務(wù)器安裝授權(quán)模式，價(jià)格中等。同時(shí)提供免費(fèi)版和開原版 美國Citrix公司提供專業(yè)技術(shù)保障 效率較高、成熟與穩(wěn)定性較高 Xen-PV：純Linux Xen-HVM：支持Windows、Linux等

Openstack Apache 2.0授權(quán)協(xié)議、不需要許可證、免費(fèi)使用 社區(qū)尋求幫助，社區(qū)規(guī)模小，活躍度低 效率較低、成熟與穩(wěn)定性一般 對(duì)Linux系列的Ubuntu和CentOS支持較好，同時(shí)支持Windows

Eucalyptus 社區(qū)版采用GPLv3授權(quán)協(xié)議、企業(yè)版使用自定義的商業(yè)授權(quán)協(xié)議 社區(qū)尋求幫助，社區(qū)規(guī)模大，活躍度高 效率較高、成熟與穩(wěn)定性較高 同時(shí)支持Linux和Windows，是最好的私有云平臺(tái)系統(tǒng)

4.1.2 服務(wù)器的選擇

目前常用的云計(jì)算服務(wù)器主要有x86系列服務(wù)器、IBM的Power小機(jī)。利用虛擬化技術(shù)以X86服務(wù)器為基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)VPS、云主機(jī)，以Power小機(jī)為基礎(chǔ)則可以虛擬實(shí)現(xiàn)云小機(jī)。兩類服務(wù)器的對(duì)比詳見表2。

表2 服務(wù)器的比較

Tab.2 Comparison of server

服務(wù)器性能 X86服務(wù)器 Power小機(jī)

對(duì)OS的支持 屬于中低端服務(wù)器，開放性比較好，可以支持Window和Linux等 一種高性能封閉的服務(wù)器，屬于高端服務(wù)器，是AIX操作系統(tǒng)，是IBM獨(dú)有的產(chǎn)品

指令系統(tǒng) 采用CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令架構(gòu)計(jì)算機(jī)）架構(gòu)的處理器。大多數(shù)CPU廠商（如AMD，Intel）生產(chǎn)的就是這種處理器。在CISC處理器中，程序的各條指令是按順序串行執(zhí)行的，每條指令中的各個(gè)操作也是按順序串行執(zhí)行的。順序執(zhí)行的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，但計(jì)算機(jī)各部分的利用率不高，執(zhí)行速度慢 采用RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令架構(gòu)計(jì)算機(jī)）架構(gòu)。RISC架構(gòu)只要求硬件執(zhí)行很有限且最常用的那部分指令，大部分復(fù)雜的操作則使用成熟的編譯技術(shù)，由簡單指令合成。主要用在中高檔服務(wù)器中，特別是高檔服務(wù)器全都采用RISC指令系統(tǒng)的CPU

結(jié)構(gòu) 采用了NUMA結(jié)構(gòu)，CPU和內(nèi)存是分區(qū)的，每個(gè)CPU訪問自己的這部分內(nèi)存特別快，但是如果需要訪問其它部分那就要走QPI總線，這也客觀上造成了隨著CPU數(shù)量的增多，處理能力的增長，線程處理能力遠(yuǎn)小于Power小機(jī)系列 采用了標(biāo)準(zhǔn)的SMP結(jié)構(gòu)，也就是說，對(duì)于內(nèi)存而言所有CPU訪問的速度都是一致的。而且作為小型機(jī)，封閉系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)更加完整緊湊，綜合起來性能強(qiáng)于x86，更適合關(guān)鍵業(yè)務(wù)領(lǐng)域

多通道支持 業(yè)務(wù)量大的時(shí)候，IO的處理能力滯后，且多通道處理能力弱于Power小機(jī)。CPU忙得開，IO也處理不來。并不是隨隨便便就可以增加處理卡數(shù)量的 虛擬出的云小機(jī)體系設(shè)計(jì)最多都可以支持一百個(gè)以上的IO通道卡，可以提供足夠的帶寬將處理結(jié)果從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去或者保存到磁盤，同時(shí)還能夠接受新任務(wù)

價(jià)格 成本低廉，維護(hù)簡單 高昂，且后期管理維護(hù)成本高

結(jié)合目前大多數(shù)高職院校的實(shí)際需求以及資金投入的能力和對(duì)現(xiàn)有X86服務(wù)器資源的利用，本著適用原則。在IaaS層考慮采用利用X86服務(wù)器構(gòu)建服務(wù)器集群，然后采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)云主機(jī)的高性價(jià)比模式。

4.2 高職院校云平臺(tái)解決方案—以開封大學(xué)為例

高職院校的云平臺(tái)建設(shè)要本著適用、適度的原則，目標(biāo)明確、分批實(shí)施。解決方案如圖1所示。

圖1 開封大學(xué)云平臺(tái)解決方案

Fig.1 Kaifeng university cloud platform solutions

整個(gè)云平臺(tái)解決方案的實(shí)施分三個(gè)階段。

4.2.1 第一階段

配合學(xué)校信息中心先統(tǒng)一制定學(xué)校的信息化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一各個(gè)業(yè)務(wù)之系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式[4]，依托現(xiàn)有服務(wù)器建立統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)中心。同時(shí)在信息工程學(xué)院建立云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，采用虛擬化技術(shù)和遠(yuǎn)程虛擬桌面+Web2.0技術(shù)改造信息學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室，完成各主干課程的虛擬化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。此階段的工作重點(diǎn)是構(gòu)建云服務(wù)的IaaS層。

4.2.2 第二階段

整合信息工程學(xué)院和學(xué)校的X86服務(wù)器集群，采用服務(wù)器集群管理和虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)學(xué)校的虛擬化數(shù)據(jù)中心，遷移原有的各個(gè)業(yè)務(wù)之系統(tǒng)的服務(wù)器至基于集群虛擬的云主機(jī)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校各子業(yè)務(wù)所需資源的動(dòng)態(tài)分配和管理。此階段的工作重點(diǎn)是構(gòu)建云服務(wù)體系的PaaS層，涉及各個(gè)Web業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合、系統(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享。

4.2.3 第三階段

利用云管理平臺(tái)統(tǒng)籌規(guī)劃全校的數(shù)據(jù)和硬件資源，形成基于校內(nèi)Intranet的內(nèi)部私有云。構(gòu)建遠(yuǎn)程基于Web2.0技術(shù)的訪問控制和安全認(rèn)證系統(tǒng)，并最終形成基于Internet的，服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的公共云服務(wù)，形成混合云。此階段的主要工作是構(gòu)建云服務(wù)體系的SaaS層。

5 結(jié)論（Conclusion）

計(jì)算機(jī)新技術(shù)的發(fā)展日新月異，高職院校實(shí)驗(yàn)室面臨著軟硬件的升級(jí)問題，同時(shí)基于單機(jī)的管理模式在安全等各個(gè)方面也存在著管理和維護(hù)的諸多不便?，F(xiàn)有很多高職院校因?yàn)橥度肷俸图夹g(shù)落后等問題，在校園網(wǎng)和智慧校園建設(shè)上還相當(dāng)落后[5]。云計(jì)算技術(shù)成為高職院校解決這一系列問題的首選，各高職院校應(yīng)抓住云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇適時(shí)升級(jí)和改造學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，利用現(xiàn)有軟硬件條件構(gòu)建適合自己的綜合云服務(wù)平臺(tái)，服務(wù)學(xué)校教學(xué)、科研，并最終實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)（References）

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大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（1）：76-78.

作者簡介：

葛 磊（1978-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

吳建軍（1971-），男，碩士，講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用.