基于微軟環(huán)境的校園私有云建設研究

陳培林

（常州衛(wèi)生高等職業(yè)技術學校 信息處，江蘇 常州 213002）

基于微軟環(huán)境的校園私有云建設研究

陳培林

（常州衛(wèi)生高等職業(yè)技術學校 信息處，江蘇 常州 213002）

私有云是作為一個企業(yè)單獨使用而構(gòu)建的，它有著高效性、安全性、低成本性等優(yōu)勢。私有云是一種構(gòu)建在高效、自動化和虛擬化基礎設施上的共享多租戶環(huán)境。將私有云技術應用到智慧校園的建設中是必然趨勢。文章從智慧校園建設中基礎設施的入手，分析和研究了云計算基礎設施即服務模式及技術，在Hyper-V的基礎上提出私有云的計算環(huán)境模式，為高校云計算環(huán)境的構(gòu)建提供了可行辦法。

私有云；智慧校園；IaaS

1 私有云概述

私有云在智慧校園建設中的應用以對各種資源進行整合，虛擬化基礎設施管控功能及服務為主要目標。整合數(shù)據(jù)中心是私有云環(huán)境構(gòu)建的入手點，可將虛擬化軟件部署在服務器中，虛擬機中部署網(wǎng)絡和存儲中的應用。對計算資源進行虛擬化和集中，實現(xiàn)跨系統(tǒng)的資源共享，提高每個資源池的利用率水平，進而提升總體效率。

2 基于校園網(wǎng)的私有云設計

校園 IT 部門針對旨在提高靈活性和 IT 效率的私有校園云應制定相應的架構(gòu)和實施藍圖。在高校內(nèi)部使用私有云可以對各種資源進行整合，提高整個網(wǎng)絡使用性能，從而達到數(shù)據(jù)標準、管理和維護的統(tǒng)一。

2.1 高校網(wǎng)絡環(huán)境分析

當前計算機科學技術的發(fā)展日新月異，軟硬件更新速度快。因此高校信息化的建設和管理面臨著跟不上IT技術更新?lián)Q代的困擾。

服務器存儲等核心硬件資源依然各自獨立服務于各自的應用，未能實現(xiàn)硬件資源的整合和共享，資源利用率偏低，這造成IT管理員的維護和管理工作量也很大，而且相當復雜，具有很大的重復性，極大地影響工作效率。

傳統(tǒng)的計算方法其低靈活性和低效率嚴重制約了校園網(wǎng)滿足日趨增長的業(yè)務需求的能力。

2.2 私有云總體架構(gòu)

構(gòu)建私有云架構(gòu)，旨在確立私有云總體設計規(guī)劃，為下一步私有云的實施奠定基礎。對高校私有云信息平臺的設計規(guī)劃方案如圖1所示。

2.3 私有云架構(gòu)的主要元素

該架構(gòu)的主要元素包括基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）可提供基于虛擬基礎設施的動態(tài)可擴展資源；平臺即服務（Platform as a Service，PaaS），構(gòu)建于IaaS之上，可通過添加大量應用均使用的標準化服務堆棧來簡化應用開發(fā)；支持業(yè)務團隊請求、管理和追蹤云資源的自助服務門戶。該云架構(gòu)還包括軟件即服務（Software as a Service，SaaS）是為用戶提供轉(zhuǎn)換為服務的應用。

3 私有云IaaS解決方案

基礎設施即服務為一套支持私有云的虛擬化多租戶基礎設施。IaaS基礎設施可提供計算服務，通常以帶有相關存儲和網(wǎng)絡連接的虛擬機（Virtual Machine，VM）形式存在。它可使不同的多個應用無縫共享通用的基礎物理資源，例如服務器和存儲。為了構(gòu)建這種基礎設施，應該加速虛擬化的采用。通過服務器更新以及將多臺舊服務器的工作負載整合到基于英特爾?至強?處理器的全新的、更強大的服務器上的虛擬機中來實現(xiàn)這一目標。與此同時，向大型服務器資源池中整合物理資源，例如服務器、存儲構(gòu)架和網(wǎng)絡寬帶等，如圖2所示?；谔摂M化基礎設施的大型資源池具有更高的靈活性和效率。

每個物理主機的資源均已被虛擬化并以多個虛擬機的形式運行多個操作系統(tǒng)和應用實例。私有云IaaS由跨越多個主機和存儲構(gòu)架的虛擬化資源池（計算、內(nèi)存、存儲和寬帶）組成。多租戶（面向不同客戶的不同資源池）服務運行在共享物理基礎設施之上。

體系結(jié)構(gòu)的基礎包括以下幾個方面：

（1）硬件層。硬件層包括數(shù)據(jù)中心設備和機械系統(tǒng)，還有存儲、網(wǎng)絡和計算基礎結(jié)構(gòu)。其中的每個元素都必須提供有效的管理接口，以便與更高的體系結(jié)構(gòu)層級交互。具體的示例包括：支持Web服務管理（WS-Management）的服務器以及提供Windows PowerShell或存儲管理計劃—規(guī)范（SMI-S）接口的存儲陣列。

（2）虛擬化層。Windows Server 2012 R2和 Hyper-V提供了虛擬化層。這可以讓人們將虛擬機和網(wǎng)絡與VLAN結(jié)合使用，并通過對共享卷和虛擬磁盤進行群集操作來提供存儲。虛擬化層幫助實現(xiàn)了NIST的幾種基本特征，例如資源池和伸縮性能。通過虛擬化，就能更快地共享和設置容量。

（3）自動化層。從下往上，自動化層是堆棧中的下一個層。就 IT 流程自動化來說，自動化層、管理層和業(yè)務流程層是從最精細逐步演變到最廣泛。最底層為自動化層，包括像Windows PowerShell 2.0，Windows管理規(guī)范（Windows Management Instruction，WMI）和WS-Management這樣的技術。這些基礎技術為高層管理系統(tǒng)與物理和虛擬資源之間提供接口。

4 Iaas實施計劃

基礎設施能力階段劃分要以一種務實的思路來部署企業(yè)私有云。在有限的資源下，必須確定優(yōu)先級分階段引入實施，同時繼續(xù)支持傳統(tǒng)環(huán)境。在劃分階段時充分利用了行業(yè)標準軟硬件中的主要新技術。這些技術包括基于英特爾至強處理器的虛擬化軟件和服務器可擴展性的重大改進。結(jié)合英特爾?虛擬化技術的強大特性和商業(yè)化虛擬化軟件，提供了經(jīng)濟高效的高可用性、改進VM隔離和提高應用服務質(zhì)量。所以通過將工作負載從較老且低效的服務器整合到數(shù)量較少且更高效的新服務器上，能夠顯著降低總體功耗。表1中列出了選定的近期、中期和長期技術能力。

表1 私有云基礎設施能力階段劃分

5 校園私有云優(yōu)勢

一是云計算打通數(shù)據(jù)中心資源孤島，實現(xiàn)了資源整合和共享，從而大幅度地提升資源利用率。如，通過云計算的虛擬技術可以將現(xiàn)有應用包括Web，OA辦公、一卡通系統(tǒng)、教務系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)庫等進行整合。

二是學校IT部門可以充分發(fā)揮技術優(yōu)勢，負責IT資源的運維和服務，從繁復的技術細節(jié)中解放出來，專注于自己的業(yè)務建設和運營。學校師生使用網(wǎng)絡更加方便、高效、安全。

三是實現(xiàn)了硬件資源統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一采購。業(yè)務單位根據(jù)自己需求按照標準的流程提出資源使用需求，審批通過后后臺系統(tǒng)自動從資源池中分配資源創(chuàng)建虛擬機并部署軟件系統(tǒng)，大大縮短項目建設周期。

四是實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一安全防護、統(tǒng)一容災備份，從而保障系統(tǒng)及數(shù)據(jù)更加安全可靠地運行。

6 結(jié)語

私有云技術提供了最可靠、最安全的數(shù)據(jù)存儲并能輕松實現(xiàn)不同設備間的數(shù)據(jù)與應用共享，這對建設智慧校園有著極其重要的應用價值。

[1]九叔.微軟System Center 2012 R2私有云部署實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2015.

[2]趙立威，方國偉.讓云觸手可及—微軟云計算實踐指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]（美）米勒西，格林，布斯.精通Windows Server 2012 R2[M].5版.張楚雄，孟秋菊，譯.北京：清華大學出版社，2015.

Research on the construction of campus private cloud based on microsoft environment

Chen Peilin
（Information Office of Changzhou Health Higher Vocational and Technical College, Changzhou 213002, China）

Private cloud as a separate enterprise use construction, it has high efficiency, safety, low cost and so on. The private cloud is a kind of efficient construction in multi tenant environment, sharing automation and virtualization infrastructure. Private cloud technology will be applied to the construction of the wisdom of the campus is an inevitable trend. This paper starts from the construction of smart campus infrastructure, analysis and research of the cloud computing infrastructure as a service model and technology, put forward mode of private cloud computing environment based on Hyper-V, the construction of the environment provides a feasible way in cloud computing way.

private cloud; smart campus; IaaS

陳培林（1986— ），男，江蘇常州，本科，助理工程師；研究方向：計算機科學與技術。