高職院校私有云建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)研究

陳懷宇

摘要：云計(jì)算作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，技術(shù)的發(fā)展方興未艾，和一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件服務(wù)相比較，云計(jì)算在可靠性、可擴(kuò)展性以及成本方面都有一定的優(yōu)勢(shì)，本文探討了云計(jì)算的一些特點(diǎn)，分析了公有云和私有云的區(qū)別，指出了在高職院校中建立私有云需要的一些關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；IaaS PaaS SaaS；私有云；高職院校

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）12-0021-02

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，今天已經(jīng)進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)和大數(shù)據(jù)的時(shí)代，一方面用戶的訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的終端越來(lái)越豐富，不再局限于傳統(tǒng)的PC，還有智能手機(jī)、PAD智能手表和各種可穿戴設(shè)備，以及未來(lái)VR設(shè)備等，用戶對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)需求也不斷的提升，本質(zhì)上是對(duì)計(jì)算力需求的不斷提升，在未來(lái)所有的應(yīng)用軟件和終端服務(wù)都將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)，這就是“云計(jì)算”技術(shù)的基本思路。

1 云計(jì)算的定義

云計(jì)算作為一種計(jì)算模式，是在并行計(jì)算，網(wǎng)格計(jì)算和分布式計(jì)算的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，幾個(gè)IT巨頭國(guó)際上如谷歌、IBM、微軟、亞馬遜，國(guó)內(nèi)的BAT和華為等都提出各自的云計(jì)算的解決方案，人們從不同的角度去理解，有的從技術(shù)方面，有的從應(yīng)用方面，得到的結(jié)論也不盡相同，因此關(guān)于云計(jì)算的定義也是眾說(shuō)紛紜，難以統(tǒng)一。

筆者在這里采用的定義是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計(jì)算是一種可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以便利的、按需付費(fèi)的方式獲得的計(jì)算資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)等）并提高其可用性的模式，這些資源來(lái)自一個(gè)共享的、可配置的資源池，并能夠以最高效和自動(dòng)的方式獲取和釋放。[5]從中可以看出云計(jì)算具有這些特質(zhì)：分布式計(jì)算和存儲(chǔ)、高可用、高性能、高彈性伸縮的計(jì)算服務(wù)、用戶界面良好、便于管理、按需付費(fèi)等。

2 云計(jì)算的類型

云計(jì)算讓開發(fā)人員和 IT 部門可以全身心投入最有價(jià)值的工作，避免采購(gòu)、維護(hù)、容量規(guī)劃等無(wú)價(jià)值的工作分散精力。云計(jì)算已經(jīng)日漸普及，已經(jīng)出現(xiàn)幾種不同的模型和部署策略，以滿足不同用戶的特定需求。每種類型的云服務(wù)和部署方法提供了不同等級(jí)的控制力、靈活性和管理功能。理解基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)和軟件即服務(wù)之間的差異，以及可以使用的部署策略，有助于根據(jù)需求選用合適的服務(wù)組合。

1）基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) （IaaS）

基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)有時(shí)縮寫為 IaaS，包含云 IT 的基本構(gòu)建塊，通常提供對(duì)聯(lián)網(wǎng)功能、計(jì)算機(jī)（虛擬或?qū)Ｓ糜布┮约皵?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的訪問(wèn)?；A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)提供最高等級(jí)的靈活性和對(duì) IT 資源的管理控制，其機(jī)制與現(xiàn)今眾多 IT 部門和開發(fā)人員所熟悉的現(xiàn)有 IT 資源最為接近。

2）平臺(tái)即服務(wù) （PaaS）

平臺(tái)即服務(wù)消除了組織對(duì)底層基礎(chǔ)設(shè)施（一般是硬件和操作系統(tǒng)）的管理需要，讓您可以將更多精力放在應(yīng)用程序的部署和管理上面。這有助于提高效率，因?yàn)槟挥貌傩馁Y源購(gòu)置、容量規(guī)劃、軟件維護(hù)、補(bǔ)丁安裝或任何與應(yīng)用程序運(yùn)行有關(guān)的不能產(chǎn)生價(jià)值的繁重工作。

3）軟件即服務(wù) （SaaS）

軟件即服務(wù)提供一種完善的產(chǎn)品，其運(yùn)行和管理皆由服務(wù)提供商負(fù)責(zé)。通常人們所說(shuō)的軟件即服務(wù)指的是終端用戶應(yīng)用程序。使用 SaaS 產(chǎn)品時(shí)，服務(wù)的維護(hù)和底層基礎(chǔ)設(shè)施的管理都不用您操心，您只需要考慮怎樣使用 SaaS 軟件就可以了。SaaS 的常見應(yīng)用是基于 Web 的電子郵件，在這種應(yīng)用場(chǎng)景中，您可以收發(fā)電子郵件而不用管理電子郵件產(chǎn)品的功能添加，也不需要維護(hù)電子郵件程序所運(yùn)行的服務(wù)器和操作系統(tǒng)。

3 公有云和私有云

根據(jù)云計(jì)算服務(wù)性質(zhì)的差別，我們一般可以將云計(jì)算區(qū)分為三種類型暨公有云、私有云和混合云。公有云一般是指由第三方提供商為用戶提供的能夠使用的云服務(wù)，公有云一般可通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)訪問(wèn)和使用，成本低廉甚至是免費(fèi)的，這種云有許多實(shí)例，可在當(dāng)今整個(gè)開放的公有網(wǎng)絡(luò)中提供服務(wù)，如AWS、阿里云等都是比較著名的公有云提供商。私有云（Private Clouds）是被某一單一的組織擁有和使用，客戶提供對(duì)數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制，私有云可部署在組織數(shù)據(jù)中心的防火墻，屬于客戶的基礎(chǔ)設(shè)備，并可以控制在此基礎(chǔ)設(shè)施上部署應(yīng)用程序的方式。也可以部署在異地（如ISP一個(gè)安全的主機(jī)托管場(chǎng)所的機(jī)房?jī)?nèi)），私有云從本質(zhì)上是一種專有資源?；旌显频幕A(chǔ)設(shè)施是由兩種或以上的云組成，每種云仍然保持獨(dú)立的實(shí)體，但用標(biāo)準(zhǔn)的或?qū)Ｓ械募夹g(shù)將他們組合起來(lái)對(duì)外提供服務(wù)，是近年來(lái)云計(jì)算的主要模式和發(fā)展方向。有些機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)主要是面向企業(yè)用戶，出于安全考慮，這些機(jī)構(gòu)更愿意將重要的數(shù)據(jù)存放在私有云中，但是同時(shí)又期望能獲得公有云的計(jì)算資源，在這種情況下混合云能滿足用戶對(duì)安全和成本的綜合考量，它將公有云和私有云進(jìn)行混合和匹配，以獲得最佳的效果，這種個(gè)性化的解決方案，達(dá)到了既節(jié)約又安全的目的。支持公有云的人認(rèn)為，公有云部署具備更好的靈活性更高可擴(kuò)展性和更優(yōu)的性價(jià)比；而支持私人云的人則認(rèn)為私有云更加安全而且便于的控制。

4 搭建私有云對(duì)于高職院校的意義

那么作為高職院校該如何選擇呢，筆者認(rèn)為雖然公有云可以提供的服務(wù)越來(lái)越多樣也更加的可靠，但是作為高職院校還是有必要建立自己的私有云。原因有以下幾點(diǎn)：

1）搭建私有云有利于數(shù)據(jù)的安全和管理，目前和運(yùn)營(yíng)“云”的有關(guān)法律、法規(guī)還不夠完善。高職院校的內(nèi)部的一些重要的甚至需要保密的信息，如果存儲(chǔ)在公有云，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候容易出現(xiàn)無(wú)法追究責(zé)任的情況，也就是說(shuō)在數(shù)據(jù)的主權(quán)性方面存在缺失。

2）搭建私有云有利于相關(guān)科研和教學(xué)的開展，學(xué)校一般都有自己的數(shù)據(jù)中心，有的還有計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，通過(guò)建立私有云也可以為教育和科研提供實(shí)踐的平臺(tái)。

3）搭建私有云有利于提供更多教學(xué)科研服務(wù)，學(xué)校的信息化可以分成兩個(gè)方面一個(gè)是管理的信息化如OA辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、教務(wù)管理系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)等，一個(gè)是課程的信息化，如精品課程建設(shè)、慕課、微課等網(wǎng)絡(luò)課程，高職院校對(duì)于數(shù)據(jù)和服務(wù)的多樣性要求也更多，這些也是需要搭建自己的私有云。

5 搭建私有云需要的一些關(guān)鍵技術(shù)

1）虛擬化技術(shù)：虛擬化技術(shù)是以某種用戶和應(yīng)用程序都可以很容易使用的方式來(lái)表示計(jì)算機(jī)資源的過(guò)程，而不是根據(jù)這些資源的實(shí)現(xiàn)、位置或物理包裝的專有方式來(lái)表示他們，也就是說(shuō)，它為算力、數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)器和其他資源提供了一個(gè)邏輯的視圖，而不是物理視圖。它可以方便的擴(kuò)大硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的重新配置過(guò)程，減少軟件虛擬機(jī)相關(guān)開銷和支持更廣泛的操作系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用與底層硬件相隔離，虛擬化技術(shù)包括將單個(gè)資源劃分成多個(gè)虛擬資源的裂分模式，也包括將多個(gè)資源整合成一個(gè)虛擬資源的聚合模式。虛擬化技術(shù)根據(jù)對(duì)象可分成存儲(chǔ)虛擬化、計(jì)算虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等，計(jì)算虛擬化又分為系統(tǒng)級(jí)虛擬化、應(yīng)用級(jí)虛擬化和桌面虛擬化目。具體來(lái)講目前常用CPU虛擬化的技術(shù)：Intel的VT-x，AMD的AMD-V；虛擬化的軟件有：VMWare，Hyper-V，Xen，KVM，OpenVZ等。

2）分布式海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)：云計(jì)算系統(tǒng)底層物理架構(gòu)是由眾多的服務(wù)器，提供大量用戶的并發(fā)服務(wù)，數(shù)據(jù)在云計(jì)算系統(tǒng)中采用分布式存儲(chǔ)的方式存儲(chǔ)，為確保數(shù)據(jù)的可靠性需要采用冗余存儲(chǔ)的方式（包括集群計(jì)算、分布式存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)冗余）存儲(chǔ)。云計(jì)算系統(tǒng)中通過(guò)任務(wù)分解和集群，用較低配置的機(jī)器的聚合也能夠發(fā)揮較高的性能，從而可以替代超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)降低成本，這種方式保證分布式數(shù)據(jù)的高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性，即為同一份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多個(gè)副本。在業(yè)內(nèi)成熟的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)有Google的GFS和Hadoop團(tuán)隊(duì)開發(fā)的開源項(xiàng)目HDFS，這兩個(gè)技術(shù)在云計(jì)算系統(tǒng)中被廣泛使用。

3）并行編程技術(shù)：并行算法是用多臺(tái)處理機(jī)聯(lián)合求解問(wèn)題的方法和步驟，其執(zhí)行過(guò)程是將給定的問(wèn)題首先分解成若干個(gè)盡量相互獨(dú)立的子問(wèn)題，然后用多臺(tái)處理機(jī)同時(shí)求解它，云計(jì)算由于采用了分布式的計(jì)算模式，必然要求用分布式的編程模式與之相匹配。目前云計(jì)算的解決方案中大多采用了一種思想簡(jiǎn)潔的分布式并行編程模型Map-Reduce。Map-Reduce是一種編程模型和任務(wù)調(diào)度模型。它主要用于數(shù)據(jù)集的并行運(yùn)算和并行任務(wù)的調(diào)度處理。在該模式下，用戶只需要自行編寫Map函數(shù)和Reduce函數(shù)即可進(jìn)行并行計(jì)算。其中，Map 函數(shù)中定義各節(jié)點(diǎn)上的分塊數(shù)據(jù)的處理方法，而Reduce函數(shù)中定義中間結(jié)果的保存方法以及最終結(jié)果的歸納方法。

6 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算作為今天被廣泛應(yīng)用的計(jì)算模式，在可用性、可擴(kuò)展性和成本方面具有的眾多的優(yōu)勢(shì)，目前應(yīng)用的類型有公有云、私有云和混合云三種形式，本文通過(guò)介紹云計(jì)算的架構(gòu)，論述了高職院校搭建私有云平臺(tái)的必要性和關(guān)鍵技術(shù)，相信能夠?yàn)楦呗氃盒４罱ㄋ接性破脚_(tái)提供技術(shù)參考。

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