面向高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的資源管理云平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐燁 劉卓銘 孔雪瑤 董雙鳳 符怡絢

摘? 要： 文章提出了基于云計(jì)算資源管理模式的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。在云計(jì)算的三種應(yīng)用模式中，PaaS是云計(jì)算技術(shù)與業(yè)務(wù)提供平臺(tái)相結(jié)合的產(chǎn)物，是提高高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)信息化服務(wù)能力行之有效的解決方案。因此，采用PaaS模式開發(fā)面向高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的資源管理云平臺(tái)，能使信息化服務(wù)部門在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教學(xué)中更好地管理用戶和管理資源。

關(guān)鍵詞： 云計(jì)算; PaaS; 資源管理; 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

中圖分類號(hào)：G521? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）08-14-04

Abstract： This paper presents the design and application of innovation and entrepreneurship cloud platform based on cloud computing resource management model. Among the three application models of cloud computing， PaaS is the product of the combination of cloud computing technology and business providing platform， and it is an effective solution to improve the information service capability of innovation and entrepreneurship in colleges and universities. Therefore， using PaaS model to develop a resource management cloud platform for innovation and entrepreneurship in colleges and universities can enable the information service department to better manage users and resources in the practice teaching of innovation and entrepreneurship in colleges and universities.

Key words： cloud computing; PaaS; resource management; innovation and entrepreneurship

0 引言

為了促進(jìn)高等學(xué)校轉(zhuǎn)變教育思想觀念，改革人才培養(yǎng)模式，強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練，增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新能力和在創(chuàng)新基礎(chǔ)上的創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才，教育部決定在“十二五”期間實(shí)施國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃[1]。有目共睹的是，近年來該項(xiàng)目正在全國(guó)各高校如火如荼地實(shí)施和進(jìn)行中。

而在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的教學(xué)指導(dǎo)和學(xué)生的實(shí)踐過程中，高校常規(guī)的信息化作業(yè)模式在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)中存在的不足也暴露了出來，最集中的體現(xiàn)就是在對(duì)于資源的管控上，豐富的計(jì)算資源、軟件資源、成果資源、教學(xué)資源等往往不能很好地得以集中管理和合理分配。高校信息部門急需解決這些問題，以此給創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)提供更好更高效的信息化支持。而通過使用云計(jì)算技術(shù)[2]，為解決上述問題提供了可能。在云計(jì)算的三種應(yīng)用模式中[3]，PaaS是云計(jì)算技術(shù)與業(yè)務(wù)提供平臺(tái)相結(jié)合的產(chǎn)物，它不但可以為更高可用性、更具擴(kuò)展性的應(yīng)用提供基礎(chǔ)平臺(tái)，還可以提高硬件資源利用率，降低業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)成本，是高校提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)信息化服務(wù)能力行之有效的解決方案。

同時(shí)，隨著高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的不斷增長(zhǎng)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的增強(qiáng)，高校相關(guān)信息部門需要為他們提供更強(qiáng)有力的后臺(tái)支撐，因此，需要提供一個(gè)可以讓科研團(tuán)隊(duì)或?qū)W生自主申請(qǐng)資源、自主管理維護(hù)、資源動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、資源計(jì)時(shí)計(jì)量的云計(jì)算平臺(tái)來幫助學(xué)生更好地進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力。

1 傳統(tǒng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源管理模式的不足

1.1 無法廣泛面對(duì)全校師生開放資源申請(qǐng)

從多數(shù)高校的計(jì)算資源申請(qǐng)模式看，申請(qǐng)資源的科研團(tuán)隊(duì)或個(gè)人一般是通過書面及紙質(zhì)文件申請(qǐng)的方式向?qū)W校信息部門提交申請(qǐng)，審核通過后，物理服務(wù)器資源或虛擬服務(wù)器資源才會(huì)被分配到相應(yīng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研團(tuán)隊(duì)。在這種環(huán)境下，可能不是所有師生都知曉這種申請(qǐng)資源的途徑，尤其是學(xué)生自主學(xué)習(xí)或創(chuàng)業(yè)時(shí)。而這些資源又往往集中在個(gè)別熟悉資源申請(qǐng)流程，與相關(guān)信息部門關(guān)系比較密切的科研團(tuán)隊(duì)或個(gè)人上，無法以定制分享的模式廣泛提供給全校師生使用，這就造成了資源分配方式的不合理和浪費(fèi)。

1.2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)的資源無法自行維護(hù)和管理

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)或個(gè)人申請(qǐng)到的計(jì)算資源，往往無法自行進(jìn)行維護(hù)和管理。由于服務(wù)器設(shè)備屬于高價(jià)值資產(chǎn)，都是集中存放在高校信息部門內(nèi)部，普通申請(qǐng)用戶往往無法直接接觸到。在申請(qǐng)相關(guān)服務(wù)器資源的時(shí)候，申請(qǐng)者通常需要告訴高校信息部門的管理員，所申請(qǐng)的服務(wù)器需要什么配置，安裝什么樣的操作系統(tǒng)，安裝哪些應(yīng)用，需要怎樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。如果同一時(shí)間內(nèi)集中申請(qǐng)，會(huì)給高校信息部門帶來極大的工作量和負(fù)擔(dān)。并且，即使是申請(qǐng)了服務(wù)器資源，出于管理、安全等因素的考慮，也無法給每個(gè)申請(qǐng)人或團(tuán)隊(duì)一個(gè)管理員賬號(hào)讓其自行維護(hù)資源，這些都需要由高校信息部門工作人員進(jìn)行統(tǒng)一部署。

其次，即使部署完成，但在日常使用過程中，如遇到需要重啟、開機(jī)、恢復(fù)鏡像等操作，仍然需要高校信息部門的協(xié)助，這就造成用戶申請(qǐng)和使用的資源，自己卻無法對(duì)其進(jìn)行很好的管理和維護(hù)。另外，在使用高校信息部門提供的服務(wù)器資源時(shí)，也會(huì)存在各種IT故障，尤其是涉及到網(wǎng)絡(luò)方面的故障，如無法自行排除，往往需要高校信息部門進(jìn)行協(xié)助，而由于時(shí)間和空間的限制，往往無法做到快速和及時(shí)的響應(yīng)。

1.3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果無法有效展示和共享

一般情況下，高校創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)在其項(xiàng)目結(jié)束后，都會(huì)輸出其科研成果，科研成果一般都分散存儲(chǔ)在各科研團(tuán)隊(duì)的服務(wù)器上，沒有統(tǒng)一的平臺(tái)對(duì)其進(jìn)行集中展示和分享。而在這些創(chuàng)新成果中，有很多都可以被其他科研團(tuán)隊(duì)、社會(huì)團(tuán)體、企業(yè)或機(jī)構(gòu)借鑒的。在無法有效展示這些成果的情況下，就無法引導(dǎo)更廣泛的教學(xué)資源、社會(huì)資源、企業(yè)資源支持高校學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，從而制約創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)的發(fā)展。

1.4 資源無法及時(shí)回收

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和科研類項(xiàng)目一樣，都會(huì)有一個(gè)周期性。在目前普遍的資源申請(qǐng)過程中，無法有效地為資源設(shè)定一個(gè)使用期限。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，很多資源往往沒有辦法被及時(shí)回收，很容易造成資源的浪費(fèi)。同時(shí)，也可能存在著一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)或個(gè)人長(zhǎng)期占用服務(wù)器資源另作他用，逾期而不歸還使用權(quán)的情況。在沒建立有效回收機(jī)制的情況下，高校信息部門無法及時(shí)有效地對(duì)資源進(jìn)行有效管控，從而造成資源分配的不合理不公正。

綜上所述，在高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育中，急需解決上述這些問題，以此為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)提供更好的信息化服務(wù)支持。

2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源管理云平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的服務(wù)模式

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)采用PaaS服務(wù)模式。PaaS（Planform as a Service）即平臺(tái)即服務(wù)，它將應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境作為服務(wù)提供給用戶使用[4]，是云計(jì)算三種服務(wù)模式中的一種，介于其他兩種服務(wù)模式中間，其他兩種分別是IaaS（Infrastructure as a Service）將硬件設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施封裝為服務(wù)供用戶使用，SaaS（Software as a Service）將特定的應(yīng)用程序和軟件封裝成服務(wù)供用戶使用。

PaaS模式與其它兩種模式比較主要有以下三個(gè)特點(diǎn)[5]：第一，提供了應(yīng)用程序的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，用戶不再需要租用和維護(hù)軟硬件設(shè)備，同時(shí)免去了繁瑣復(fù)雜的應(yīng)用部署過程;第二，提供了應(yīng)用程序的運(yùn)行維護(hù)能力，用戶通過平臺(tái)可以得知應(yīng)用的運(yùn)行狀態(tài)和訪問統(tǒng)計(jì)信息，全面掌握應(yīng)用的使用情況;第三，平臺(tái)提供了應(yīng)用的高可用性和高可擴(kuò)展性，用戶無需關(guān)注底層硬件的規(guī)模和處理能力，平臺(tái)會(huì)根據(jù)應(yīng)用負(fù)載自動(dòng)調(diào)整服務(wù)規(guī)模[6]。這些特點(diǎn)使之可以很好地為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)服務(wù)，非常適合為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)提供計(jì)算資源的整合，并合理分配和規(guī)劃這些資源。

2.2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)基礎(chǔ)運(yùn)維框架

在教育領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云計(jì)算平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)維，需要結(jié)合自身?xiàng)l件和不同服務(wù)類型的特點(diǎn)，進(jìn)行綜合分析與選擇。對(duì)于教育領(lǐng)域而言，使用市場(chǎng)上較為成熟的云計(jì)算技術(shù)，并根據(jù)自身的需求進(jìn)行定制更為有效和實(shí)用。

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)的云平臺(tái)基礎(chǔ)運(yùn)維框架需要以各類硬件資源為基礎(chǔ)，提供基礎(chǔ)應(yīng)用保障，可以選擇KVM，Vmware或者Hyper-V中的任何一種作為虛擬化服務(wù)作為支撐[7]，提供用戶各類應(yīng)用資源，保障其應(yīng)用的正常運(yùn)行，各類用戶可通過自己的門戶對(duì)云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行訪問，可申請(qǐng)資源、管理維護(hù)資源、資源計(jì)量計(jì)費(fèi)等。依托于此基礎(chǔ)框架還可以開展校企合作，接入公有云，建設(shè)運(yùn)維管理體系，建設(shè)安全保障體系。如圖1所示：

2.3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的部署架構(gòu)

一個(gè)最基礎(chǔ)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的架構(gòu)在物理架構(gòu)的部署上可以劃分為控制節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和模板管理節(jié)點(diǎn)，如表1所示。簡(jiǎn)單來說他們通過底層的虛擬化支撐，加上上層的管理控制平臺(tái)形成一個(gè)整體的云平臺(tái)運(yùn)作體系。這個(gè)和傳統(tǒng)的物理服務(wù)器模式相比就是將單一的服務(wù)器通過集群進(jìn)行管理。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是集合了多種管理組件，比如說鏡像管理，虛擬機(jī)管理，數(shù)據(jù)遷移。可以讓整個(gè)平臺(tái)下的虛擬機(jī)相互協(xié)作，智能自動(dòng)化。

3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 資源自主申請(qǐng)

在實(shí)際應(yīng)用中，云平臺(tái)可以與校園一卡通用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，校內(nèi)師生都可以使用原有賬號(hào)登錄到云平臺(tái)，并具備自主申請(qǐng)資源的資格，而無需進(jìn)行重復(fù)注冊(cè)。

登錄到云平臺(tái)后，校內(nèi)師生可以通過個(gè)人租戶門戶或者組織租戶門戶進(jìn)行資源申請(qǐng)。單個(gè)的師生進(jìn)行一些科研或自主學(xué)習(xí)時(shí)，登錄個(gè)人租戶門戶，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)則進(jìn)入組織租戶門戶。個(gè)人租戶通常直接申請(qǐng)一臺(tái)或多臺(tái)云主機(jī)，申請(qǐng)時(shí)即可選擇對(duì)應(yīng)的操作系統(tǒng)環(huán)境;組織團(tuán)隊(duì)租戶申請(qǐng)的是資源的配額，申請(qǐng)時(shí)選擇需要的總體資源，如CPU多少核，內(nèi)存多少GB，存儲(chǔ)空間多少GB等。

申請(qǐng)成功后，由管理員審批，審批通過后，用戶可以登錄云平臺(tái)使用已分配的資源。

3.2 資源維護(hù)管理

無論是學(xué)生個(gè)人（個(gè)人租戶）或是創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（組織租戶），在申請(qǐng)資源后，都可以對(duì)其資源進(jìn)行維護(hù)管理。

個(gè)人租戶可為自己申請(qǐng)的云主機(jī)進(jìn)行登錄控制臺(tái)、開關(guān)機(jī)等簡(jiǎn)單的管理操作，這類操作即使是計(jì)算機(jī)水平一般的用戶也可以完成，在減輕了管理人員的工作量的同時(shí)，又不會(huì)對(duì)用戶使用造成困擾。

組織租戶，是以獲取配額的方式來管理資源，組織租戶可將自己獲取的配額，按需自行創(chuàng)建云主機(jī)，自定義數(shù)量及配置。在管理維護(hù)方面，由于組織租戶可具備計(jì)算機(jī)能力較強(qiáng)的管理員，因此管理權(quán)限和范圍也比個(gè)人租戶大的多，尤其是租戶內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置方面。

分級(jí)的資源管理權(quán)限，符合校內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)用戶模式，為資源的維護(hù)管理提供極大的便利。

3.3 成果展示共享

當(dāng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)或個(gè)人有較好的科研成果時(shí)，可通過云平臺(tái)給管理員發(fā)送申請(qǐng)，由管理員審核后，將其科研成果在云平臺(tái)上進(jìn)行展現(xiàn)。

管理員可將需要展示的科研成果打包成一個(gè)鏡像，讓其他人員在申請(qǐng)時(shí)，直接使用該鏡像創(chuàng)建云主機(jī)，創(chuàng)建后可查看和使用其共享的科研成果。

3.4 資源使用回收

在校內(nèi)，凡是科研項(xiàng)目或自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項(xiàng)目，通常都有期限性，在云平臺(tái)上申請(qǐng)資源時(shí)，應(yīng)提供期限的選項(xiàng)。

當(dāng)申請(qǐng)資源的回收期限結(jié)束時(shí)，用戶會(huì)收取到一個(gè)通知，告之其資源使用期限快要結(jié)束，是否續(xù)期或自行備份成果。

如需備份，用戶可通過云平臺(tái)自行備份其成果，隨后，再刪除云主機(jī)資源，相應(yīng)的計(jì)算資源得以釋放;如無需備份，則在刪除云主機(jī)資源乃至注銷用戶后，相應(yīng)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源都會(huì)得到釋放。

3.5 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)

當(dāng)用戶在使用資源過程中遇到各類問題時(shí)，由于自身能力或權(quán)限無法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)可通過云平臺(tái)提交工單申請(qǐng)。

管理員在接受到工單申請(qǐng)后，可立刻在云平臺(tái)上協(xié)助管理維護(hù)，非常方便快捷。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)模式的研究，構(gòu)建基礎(chǔ)云服務(wù)框架，為今后更好的完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)的建設(shè)提供了借鑒和幫助。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)的目的是讓學(xué)生個(gè)人和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)更方便地進(jìn)行資源申請(qǐng)，自行管理維護(hù)（包含操作系統(tǒng)的選擇安裝，應(yīng)用程序部署，開關(guān)機(jī)日常操作等），同時(shí)為科研成果可展示和共享提供便利，并可通過云平臺(tái)為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行更及時(shí)的技術(shù)指導(dǎo)。

在實(shí)際的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)建設(shè)中需要進(jìn)一步地統(tǒng)一規(guī)劃，分步建設(shè)。后續(xù)對(duì)于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)研究工作，包括加入更多的物理服務(wù)器，無縫對(duì)接原有云平臺(tái)并進(jìn)行擴(kuò)展，搭建更大規(guī)模的云平臺(tái)，開放給全校師生進(jìn)行資源的申請(qǐng)使用，同時(shí)根據(jù)用戶類別設(shè)置不同的審核流程，為申請(qǐng)的資源設(shè)定時(shí)間期限，讓個(gè)人用戶申請(qǐng)變得更簡(jiǎn)潔方便。

同時(shí)隨著“產(chǎn)學(xué)研”的相關(guān)政策的不斷推進(jìn)，高校與企業(yè)間的合作越來越緊密，在此框架基礎(chǔ)上可以與企業(yè)合作共建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)，合作定制開發(fā)，合作創(chuàng)新項(xiàng)目，培訓(xùn)云計(jì)算管理員，培訓(xùn)云計(jì)算課程，具備可觀的應(yīng)用前景。

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