基于System Center的校園私有云設(shè)計

鄭健

摘要：隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種云計算模型。私有云是比較適合在高校中應(yīng)用的部署模型。微軟的System Center由多個組件構(gòu)成，為私有云部署提供了從基礎(chǔ)架構(gòu)到服務(wù)門戶的一整套管理工具，是學(xué)校信息化建設(shè)中有效的解決方案。

關(guān)鍵詞：云計算；私有云；System Center；虛擬化；教育信息化

中圖分類號：TP 393.18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）17-4013-03

Designing Campus Private Cloud Based on System Center

ZHENG Jian

（Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology， Suzhou 215123， China）

Abstract：Various cloud computing models appear with development of cloud computing technology. Private cloud deployment model is more suitable for application in college. Microsoft System Center is made up of multiple components， as a private cloud deployment provides a set of management tools for everything from infrastructure to service portal. And its an effective solution for Information construction of college.

Key words： cloud computing； private cloud； System Center； virtualization； educational informationization

1 概述

隨著教育信息化的發(fā)展，校園網(wǎng)上的各種應(yīng)用系統(tǒng)越來越多，需求也日益復(fù)雜，伴隨而來的則是硬件規(guī)模日趨龐大，服務(wù)器、存儲設(shè)備、機柜、網(wǎng)絡(luò)端口等不斷增加，供電、制冷等消耗也持續(xù)增長。學(xué)校的應(yīng)用系統(tǒng)中有些屬于間斷性應(yīng)用，不會連續(xù)使用計算服務(wù)，如教務(wù)系統(tǒng)中的排課、成績錄入、教育廳下發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等；有些屬于需求突增性應(yīng)用，使用量會快速增長又很快回落，如公選課選課系統(tǒng)、教學(xué)評價系統(tǒng)等。對于這些應(yīng)用場景，云計算是收效非常明顯的解決方案。

2 云計算概述

云計算的概念從2008年以來不斷走強，并列入工信部“十二五”規(guī)劃中的重點關(guān)注項目。云計算的定義有很多種，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）公布的云計算定義是：云計算是一個提供便捷的、可通過網(wǎng)絡(luò)訪問一個可定制的計算資源共享池能力的模式（計算資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)），這些資源能夠快速部署，并只需很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。

簡單來說，云計算就是將信息技術(shù)作為服務(wù)來提供計算供應(yīng)和消費。云計算通過資源共享來提高資源的利用率，采用虛擬化技術(shù)為用戶動態(tài)配置資源，并強調(diào)資源的集中，以利于資源管理和利用。云計算強調(diào)的是一種服務(wù)，而不是技術(shù)，最終用戶不必具有云基礎(chǔ)設(shè)施的專業(yè)知識，也不用直接進(jìn)行控制，只要關(guān)注自己所需的資源，通過網(wǎng)絡(luò)來得到相應(yīng)的服務(wù)。

云計算有五個基本特征：按需自助服務(wù)，便捷的網(wǎng)絡(luò)訪問，資源池，快速的彈性服務(wù)，可度量的服務(wù)。云計算有三種服務(wù)模型：軟件即服務(wù)（SaaS），平臺即服務(wù)（PaaS），基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）；并且有四個部署模型：公共云，私有云，社區(qū)云，混合云。

公有云的服務(wù)對象沒有特定限制，是為外部客戶提供服務(wù)的云，如亞馬遜的AWS、微軟的Microsoft Azure等。私有云則是組織機構(gòu)建設(shè)的專供自己使用的云平臺。社區(qū)云既不屬于一個機構(gòu)內(nèi)部，也不完全公開服務(wù)，其用戶是一個特定的范圍，比如一個產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的企業(yè)、某個企業(yè)的合作伙伴等?；旌显剖侵赣脩敉瑫r使用公有云、私有云或社區(qū)云的情形，用戶數(shù)據(jù)和應(yīng)用可以在不同的云平臺之間遷移。

3 學(xué)校云計算平臺的選擇

對于學(xué)校而言，最終需要的是通過信息化建設(shè)來促進(jìn)教育教學(xué)效果的最優(yōu)化，而不是單純地追求技術(shù)、建設(shè)底層的IT基礎(chǔ)設(shè)施。選擇哪一種平臺來實施云計算，需要從以下幾個方面來考慮。

1）IT基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和管理：高校大多建有自己的中心機房，有的還建設(shè)了數(shù)據(jù)中心，并自己的技術(shù)管理團(tuán)隊，因此可以選擇構(gòu)建自己的私有云平臺。如果采用公有云，IT基礎(chǔ)設(shè)施位于供應(yīng)商的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，則不需要學(xué)校自行建設(shè)和管理。

2）基礎(chǔ)設(shè)施的差異：很多高校經(jīng)過了多年的信息化建設(shè)，往往存在異構(gòu)的技術(shù)平臺。而公有云的供應(yīng)商一般以標(biāo)準(zhǔn)化的方式構(gòu)建平臺，為用戶提供大眾化、需求最多的服務(wù)，這與自建的IT環(huán)境不同。

3）業(yè)務(wù)模式：學(xué)校自建系統(tǒng)，必然有大量的前期投入。如果使用公有云服務(wù)，則是按月或按使用量付費，不需要一次性的投資購買軟硬件，但會體現(xiàn)為持續(xù)的運營成本。

4）控制程度：采用公有云的同時，學(xué)校對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的定制能力也下降了。如果使用私有云，學(xué)校可以獨立控制IT系統(tǒng)，按需部署、開發(fā)。

多數(shù)高校擁有自己的技術(shù)團(tuán)隊，對數(shù)據(jù)安全、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等較為敏感，綜合技術(shù)、安全、成本、規(guī)模等因素，選擇建設(shè)私有云來改造現(xiàn)有IT環(huán)境是較好的選擇。而對于中小學(xué)，人員、技術(shù)、資金等方面相對較弱，可以更多地考慮使用公有云服務(wù)。如果教育行政部門能投入資金建設(shè)教育社區(qū)云，提供給轄區(qū)內(nèi)的學(xué)校使用，則是更為恰當(dāng)?shù)倪x擇。endprint

4 System Center的基本架構(gòu)

微軟的System Center是由多個組件構(gòu)成的服務(wù)器產(chǎn)品，可以提供跨本地、服務(wù)提供商和 Microsoft Azure 環(huán)境的統(tǒng)一管理，從而為微軟云操作系統(tǒng)提供支持。

在System Center 2012 R2中，包含了以下組件：

Virtual Machine Manager（VMM）：VMM可配置、管理虛擬機，對存儲、網(wǎng)絡(luò)、群集等進(jìn)行統(tǒng)一部署，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的虛擬化。VMM不僅能管理微軟的Hyper-V虛擬機，還支持VMware vSphere和Citrix XenServer的虛擬機管理。

Operations Manager：IT部門需要及時了解計算環(huán)境中出現(xiàn)了什么問題、原因何在。Operations Manager能從單一控制臺中監(jiān)視內(nèi)核、存儲、網(wǎng)絡(luò)等物理架構(gòu)，也能對各種應(yīng)用程序和服務(wù)實現(xiàn)深層監(jiān)控。

Orchestrator：Orchestrator可通過腳本實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心工作流程的自動化，并且與硬件或平臺無關(guān)。通過這種方式可以自動化IT運營，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的最佳實踐模型，提高效率從而降低成本。

Data Protection Manager（DPM）：數(shù)據(jù)保護(hù)對任何機構(gòu)都是至關(guān)重要的，DPM可進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和還原，提供災(zāi)難恢復(fù)解決方案，為運行Windows的服務(wù)器提供裸機恢復(fù)功能。

Service Manager：Service Manager主要實現(xiàn)服務(wù)目錄、產(chǎn)品、模板的標(biāo)準(zhǔn)化，提供自助服務(wù)、流程自動化、計費等功能。

Configuration Manager：使用Configuration Manager可實現(xiàn)安全且可伸縮的軟件部署、合規(guī)性設(shè)置管理，并可以對服務(wù)器、PC機和移動設(shè)備進(jìn)行全面的資產(chǎn)管理，提供更高效的IT服務(wù)。

App Controller：App Controller為應(yīng)用程序所有者提供了Web界面的自助服務(wù)體驗，用戶能夠在私有云和公有云上配置、部署、管理虛擬機和服務(wù)，確保本地和Microsoft Azure環(huán)境之間的混合IT一致性。

System Center產(chǎn)品提供的功能涵蓋了基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)置、基礎(chǔ)架構(gòu)監(jiān)控、應(yīng)用程序性能監(jiān)控、自助服務(wù)、自動化、IT 服務(wù)管理等多個方面，其管理架構(gòu)如圖1所示。各個組件相互協(xié)作，以應(yīng)用程序為重心，能對.NET和Java應(yīng)用程序深入洞察和診斷，并提供異構(gòu)數(shù)據(jù)中心管理，便于用戶擴展現(xiàn)有的IT環(huán)境。

5 私有云的部署

Windows Server 2012 R2和System Center 2012 R2是微軟云操作系統(tǒng)的核心。微軟從Windows Server 2008開始引入Hyper-V技術(shù)，為用戶提供內(nèi)置的虛擬化功能。在Windows Server 2012 R2中，其服務(wù)器虛擬化性能有了很大提升，支持320個硬件邏輯處理器、4TB物理內(nèi)存，每個主機支持1024個活動虛擬機。而且Windows Server 2012 R2中支持Hyper-V網(wǎng)絡(luò)虛擬化、無共享實時遷移、Hyper-V復(fù)制、虛擬光纖通道、來賓NUMA（非一致內(nèi)存訪問）以及動態(tài)內(nèi)存等技術(shù)，為私有云的構(gòu)建提供了堅實的基礎(chǔ)保障。

但虛擬化并非就是私有云，私有云要能夠?qū)崿F(xiàn)前面提到的云計算的基本特征，做到自動化管理、提供計算資源池、提供自助服務(wù)、可以基于使用量計費。在部署私有云的基礎(chǔ)架構(gòu)時，要設(shè)計成可以處理異構(gòu)虛擬化，能將資源抽象出來統(tǒng)一管理，利用服務(wù)模板實現(xiàn)受控的部署，并能利用數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和外部的云資源。

基于System Center的私有云部署步驟大致如下：

1） 添加虛擬主機或群集

要通過System Center管理私有云，必須先把虛擬主機或群集添加到Virtual Machine Manager中。VMM不僅可以添加Hyper-V主機或Hyper-V群集，也可以添加Citrix XenServer以及VMware ESX的主機和群集。添加Citrix XenServer前，要先在XenServer主機上安裝“Microsoft System Center Integration Pack”補充包。對于VMware ESX的管理，需要通過VMware vCenter服務(wù)器間接調(diào)用，所以在VMM中要先添加vCenter服務(wù)器，再添加ESX主機和群集。

2） 配置構(gòu)造

構(gòu)造主要指服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)這些基礎(chǔ)架構(gòu)的建立和資源的配置。通過System Center的組件可以完成不同的物理和虛擬計算基礎(chǔ)架構(gòu)部署，對于Hyper-V還能自動進(jìn)行裸機部署。VMM能夠發(fā)現(xiàn)、分類和分配存儲基礎(chǔ)架構(gòu)，識別虛擬機、主機、群集使用的存儲，更高效地利用不同的存儲設(shè)備。VMM對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行抽象，通過邏輯網(wǎng)絡(luò)、地址池、負(fù)載平衡器、邏輯交換機等管理組件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬化，對用戶屏蔽復(fù)雜的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息，又為管理員提供簡單、有效的控制，實現(xiàn)軟件定義的網(wǎng)絡(luò)。將基礎(chǔ)架構(gòu)組件整合到一起，創(chuàng)建群集，作為私有云的底層架構(gòu)來使用。

3） 創(chuàng)建云

在VMM的“VM和服務(wù)”工作區(qū)中創(chuàng)建云，選擇要在私有云中提供的基礎(chǔ)構(gòu)造資源，為用戶配置庫路徑，為私有云設(shè)置容量。創(chuàng)建完成后在“庫”工作區(qū)中展開“云庫”，驗證是否有與私有云名稱匹配的私有云庫。然后在云中創(chuàng)建虛擬機或創(chuàng)建服務(wù)，部署到對應(yīng)的私有云中。VMM中的服務(wù)是指一組共同配置和部署并作為單一實體加以管理的虛擬機，例如多層 .NET應(yīng)用程序。已部署的服務(wù)在Operations Manager被看作是分布式應(yīng)用程序，而在Service Manager中被看作是業(yè)務(wù)服務(wù)。

4） 為自服務(wù)用戶委派云

創(chuàng)建私有云之后，要將私有云分配給一個或多個用戶角色。在已創(chuàng)建的私有云上選擇“分配云”，可將私有云分配給現(xiàn)有用戶角色，或者創(chuàng)建新的用戶角色并分配云。對于用戶角色，可以設(shè)置云的配額、使用的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)模板等資源以及使用權(quán)限。endprint

5） 自服務(wù)用戶在云中創(chuàng)建虛擬機或服務(wù)

App Controller為用戶提供了自助服務(wù)門戶，用戶在私有云中選擇已有的模板并根據(jù)提示要求進(jìn)行設(shè)置后，就能自動生成用戶自己的虛擬機。

微軟還提供了Windows Azure Pack（WAP），與現(xiàn)有的System Center和Windows Server環(huán)境進(jìn)行集成，提供一系列Microsoft Azure技術(shù)集合，幫助用戶創(chuàng)建與Microsoft Azure一致的、可自定義的自助服務(wù)門戶。WAP也有供管理員使用的門戶，用于配置和管理資源云、用戶帳戶、租戶產(chǎn)品、配額和定價；為ASP.NET、PHP和Node.js等Web應(yīng)用程序提供高密度、可擴展的共享Web承載平臺；為Windows和Linux虛擬機提供IaaS的功能。

此外，System Center之上的云服務(wù)流程包（System Center Cloud Services Process Pack）提供了一個服務(wù)解決方案，以自動部署私有云和公有云基礎(chǔ)架構(gòu)。云服務(wù)流程包中包含了很多服務(wù)請求模板、服務(wù)目錄內(nèi)容，使用新的Orchestrator Runbook和Service Manager工作流自動執(zhí)行請求服務(wù)，提供自助服務(wù)體驗，以便應(yīng)用程序所有者和最終用戶隨著業(yè)務(wù)需求的增長靈活地請求增加私有云容量。

6 結(jié)束語

私有云技術(shù)有效地提高了服務(wù)器利用率，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性，通過自服務(wù)門戶降低了管理員的工作量。另一方面，私有云的應(yīng)用也可以降低供電、制冷、機架空間等需求，實現(xiàn)低碳環(huán)保的綠色數(shù)據(jù)中心。

云計算為教育信息化建設(shè)提供了以需求為導(dǎo)向的解決方案，使項目建設(shè)更靈活，更有效地控制IT運營成本，從而提高師生的滿意度。當(dāng)然，在私有云平臺建設(shè)過程中，要做好規(guī)劃、試點推廣、逐步過渡，并有效地利用公有云、社區(qū)云，提高效率、推動教育教學(xué)工作的創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 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.

[2] Peter Mell，Timothy Grance. The NIST Definition of Cloud Computing[S].National Institute of Standards and Technology Special Publication，2011.

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[5] System Center Cloud Services Process Pack[EB/OL].（2012-05）[2014-05-12].http：//technet.microsoft.com/zh-cn/library/hh562067.aspx.

[6] 付向東，孫寧.基于云計算的校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2013，（1）：110-112.endprint

5） 自服務(wù)用戶在云中創(chuàng)建虛擬機或服務(wù)

App Controller為用戶提供了自助服務(wù)門戶，用戶在私有云中選擇已有的模板并根據(jù)提示要求進(jìn)行設(shè)置后，就能自動生成用戶自己的虛擬機。

微軟還提供了Windows Azure Pack（WAP），與現(xiàn)有的System Center和Windows Server環(huán)境進(jìn)行集成，提供一系列Microsoft Azure技術(shù)集合，幫助用戶創(chuàng)建與Microsoft Azure一致的、可自定義的自助服務(wù)門戶。WAP也有供管理員使用的門戶，用于配置和管理資源云、用戶帳戶、租戶產(chǎn)品、配額和定價；為ASP.NET、PHP和Node.js等Web應(yīng)用程序提供高密度、可擴展的共享Web承載平臺；為Windows和Linux虛擬機提供IaaS的功能。

此外，System Center之上的云服務(wù)流程包（System Center Cloud Services Process Pack）提供了一個服務(wù)解決方案，以自動部署私有云和公有云基礎(chǔ)架構(gòu)。云服務(wù)流程包中包含了很多服務(wù)請求模板、服務(wù)目錄內(nèi)容，使用新的Orchestrator Runbook和Service Manager工作流自動執(zhí)行請求服務(wù)，提供自助服務(wù)體驗，以便應(yīng)用程序所有者和最終用戶隨著業(yè)務(wù)需求的增長靈活地請求增加私有云容量。

6 結(jié)束語

私有云技術(shù)有效地提高了服務(wù)器利用率，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性，通過自服務(wù)門戶降低了管理員的工作量。另一方面，私有云的應(yīng)用也可以降低供電、制冷、機架空間等需求，實現(xiàn)低碳環(huán)保的綠色數(shù)據(jù)中心。

云計算為教育信息化建設(shè)提供了以需求為導(dǎo)向的解決方案，使項目建設(shè)更靈活，更有效地控制IT運營成本，從而提高師生的滿意度。當(dāng)然，在私有云平臺建設(shè)過程中，要做好規(guī)劃、試點推廣、逐步過渡，并有效地利用公有云、社區(qū)云，提高效率、推動教育教學(xué)工作的創(chuàng)新。

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[6] 付向東，孫寧.基于云計算的校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2013，（1）：110-112.endprint

5） 自服務(wù)用戶在云中創(chuàng)建虛擬機或服務(wù)

App Controller為用戶提供了自助服務(wù)門戶，用戶在私有云中選擇已有的模板并根據(jù)提示要求進(jìn)行設(shè)置后，就能自動生成用戶自己的虛擬機。

微軟還提供了Windows Azure Pack（WAP），與現(xiàn)有的System Center和Windows Server環(huán)境進(jìn)行集成，提供一系列Microsoft Azure技術(shù)集合，幫助用戶創(chuàng)建與Microsoft Azure一致的、可自定義的自助服務(wù)門戶。WAP也有供管理員使用的門戶，用于配置和管理資源云、用戶帳戶、租戶產(chǎn)品、配額和定價；為ASP.NET、PHP和Node.js等Web應(yīng)用程序提供高密度、可擴展的共享Web承載平臺；為Windows和Linux虛擬機提供IaaS的功能。

此外，System Center之上的云服務(wù)流程包（System Center Cloud Services Process Pack）提供了一個服務(wù)解決方案，以自動部署私有云和公有云基礎(chǔ)架構(gòu)。云服務(wù)流程包中包含了很多服務(wù)請求模板、服務(wù)目錄內(nèi)容，使用新的Orchestrator Runbook和Service Manager工作流自動執(zhí)行請求服務(wù)，提供自助服務(wù)體驗，以便應(yīng)用程序所有者和最終用戶隨著業(yè)務(wù)需求的增長靈活地請求增加私有云容量。

6 結(jié)束語

私有云技術(shù)有效地提高了服務(wù)器利用率，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高可用性，通過自服務(wù)門戶降低了管理員的工作量。另一方面，私有云的應(yīng)用也可以降低供電、制冷、機架空間等需求，實現(xiàn)低碳環(huán)保的綠色數(shù)據(jù)中心。

云計算為教育信息化建設(shè)提供了以需求為導(dǎo)向的解決方案，使項目建設(shè)更靈活，更有效地控制IT運營成本，從而提高師生的滿意度。當(dāng)然，在私有云平臺建設(shè)過程中，要做好規(guī)劃、試點推廣、逐步過渡，并有效地利用公有云、社區(qū)云，提高效率、推動教育教學(xué)工作的創(chuàng)新。

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