探析云計(jì)算技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用

王巖

摘要：在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展和教育教學(xué)改革不斷深化的背景下，數(shù)字化校園成為現(xiàn)代校園建設(shè)的重要目標(biāo)之一。該文對(duì)在數(shù)字化校園建設(shè)中云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，以期對(duì)促進(jìn)數(shù)字化校園建設(shè)有所啟示。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化校園；云計(jì)算；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）18-4344-03

數(shù)字化校園建設(shè)不但為學(xué)校管理、教學(xué)、科研和服務(wù)等提供現(xiàn)代信息技術(shù)的支撐，同時(shí)能夠促進(jìn)教育觀念、教學(xué)模式和內(nèi)部管理朝著高效、創(chuàng)新的方向變革。傳統(tǒng)的校園信息化應(yīng)用系統(tǒng)大多采取以應(yīng)用為中心的方式，各部門獨(dú)立、各系統(tǒng)之間相互隔離，服務(wù)的擴(kuò)展性和交互性比較差、功能單一，普遍存在投入大、管理難度高而資源利用率不高的情況。將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化校園建設(shè)，在提高信息系統(tǒng)可靠性、存儲(chǔ)能力、資源共享等方面中具有諸多優(yōu)勢(shì)，該文就這些方面進(jìn)行分析并提出相應(yīng)建議。

1 云計(jì)算特征

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，通過(guò)這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備。根據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院的定義，云計(jì)算服務(wù)應(yīng)該具備以下幾條特征：隨需應(yīng)變自助服務(wù)，隨時(shí)隨地用任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備訪問(wèn)，多人共享資源池，快速重新部署靈活度，可被監(jiān)控與量測(cè)的服務(wù)，基于虛擬化技術(shù)快速部署資源或獲得服務(wù)，減少用戶終端的處理負(fù)擔(dān)，降低用戶對(duì)于IT專業(yè)知識(shí)的依賴[1]。

2 云計(jì)算技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 降低IT系統(tǒng)建設(shè)和擴(kuò)容成本

在數(shù)字化校園中需要開發(fā)、分類和整合各類信息資源，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息中心需花費(fèi)很多人力、財(cái)力對(duì)包含各類服務(wù)器在內(nèi)的軟硬件資源進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)。云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化校園中的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、平臺(tái)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)，各服務(wù)相互支撐相互聯(lián)系，可在大幅提高系統(tǒng)性能的同時(shí)較大程度的減少系統(tǒng)維護(hù)的工作量，主要體現(xiàn)在云計(jì)算以低成本運(yùn)算單元為主要硬件取代傳統(tǒng)大型IT系統(tǒng)設(shè)備，降低了IT系統(tǒng)建設(shè)和擴(kuò)容成本。另外，云計(jì)算管理平臺(tái)整合了各類資源的管理，可以有效減少維護(hù)人員的人數(shù)和工作強(qiáng)度，進(jìn)而降低相應(yīng)的人力物力成本。

2.2 擴(kuò)展資源共享的范圍

傳統(tǒng)的校園網(wǎng)建設(shè)往往注重校園內(nèi)部的資源共享，缺乏開放性和互聯(lián)性。為了給更多的師生提供更大范圍更多方面的共享服務(wù)，還應(yīng)注重院校之間的信息資源共享，使共享系統(tǒng)能夠融合每一個(gè)參與資源共享的院校的資源，使每一個(gè)參與者均可方便獲得所需的資源，而采用云計(jì)算技術(shù)可以更好地實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。云計(jì)算技術(shù)基于通用的軟硬件架構(gòu)和設(shè)備，能夠?yàn)楦鲬?yīng)用系統(tǒng)提供按需分配的計(jì)算、存儲(chǔ)資源，建立跨系統(tǒng)、跨地域的共享資源池，將數(shù)字化資源共享建立在云計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)之上，可以建立一個(gè)與具體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、服務(wù)器系統(tǒng)以及操作系統(tǒng)無(wú)關(guān)的跨區(qū)域、跨系統(tǒng)的通用校園數(shù)字化教育資源共享平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上以眾多的云服務(wù)器為依托，其強(qiáng)大的計(jì)算功能、海量的網(wǎng)絡(luò)資源，可以極大地?cái)U(kuò)展資源共享的范圍。

2.3 提升信息化資源服務(wù)的可靠性

在數(shù)字化校園的各系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，若服務(wù)器出現(xiàn)故障，將會(huì)影響到整個(gè)校園網(wǎng)信息系統(tǒng)的正常運(yùn)行。云計(jì)算技術(shù)可以在數(shù)字化校園中最大程度地降低因服務(wù)器錯(cuò)誤造成的損失，采用虛擬化技術(shù)將應(yīng)用軟件和下方的基礎(chǔ)設(shè)備隔離開來(lái)，用戶只能看到虛擬化層中虛擬出來(lái)的各類設(shè)備，減少了設(shè)備依賴性，這為動(dòng)態(tài)資源配置提供可能。通過(guò)運(yùn)用虛擬化中的動(dòng)態(tài)遷移、分布式資源調(diào)度、高可用性等技術(shù)，確保集群中的虛擬機(jī)能夠動(dòng)態(tài)分配到所需資源，當(dāng)一臺(tái)物理服務(wù)器出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)將部署在上面的虛擬機(jī)自動(dòng)遷移到其他物理機(jī)上，確保了服務(wù)的正常運(yùn)行[2]。即使其中的某一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤，也不會(huì)對(duì)其他服務(wù)器的運(yùn)行工作造成影響，而其他服務(wù)器能夠代替故障服務(wù)器的工作，對(duì)其出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救，并把相關(guān)的數(shù)據(jù)上傳至新服務(wù)器中，從而提升校園網(wǎng)絡(luò)信息化資源服務(wù)的可靠性。

3 云計(jì)算在數(shù)字化校園中的具體應(yīng)用

3.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)的主要思想就是通過(guò)對(duì)底層進(jìn)行抽象，屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，將網(wǎng)絡(luò)的控制管理與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與交換進(jìn)行有效的分離[3]。通過(guò)虛擬化技術(shù)可以對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)和軟件等計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行整合，就是通常所說(shuō)的基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化、系統(tǒng)虛擬化和軟件虛擬化，實(shí)際應(yīng)用中包括服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、桌面虛擬化、應(yīng)用虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化等。

服務(wù)器虛擬化可以使多個(gè)操作系統(tǒng)能夠以虛擬機(jī)方式運(yùn)行在一個(gè)物理服務(wù)器上，每臺(tái)虛擬機(jī)均可訪問(wèn)底層服務(wù)器計(jì)算資源，即具備獨(dú)立的虛擬硬件，如網(wǎng)卡、RAM和CPU等。根據(jù)虛擬化技術(shù)在資源定制中所具有的特性，虛擬機(jī)可進(jìn)行私有服務(wù)器的定制，如RAM容量、CPU數(shù)目和磁盤空間等，即在私有服務(wù)器的作用下可按需分配資源。結(jié)合對(duì)資源共享機(jī)制的應(yīng)用，虛擬機(jī)在虛擬化技術(shù)的封裝下可構(gòu)成適合自身運(yùn)行的環(huán)境，最終達(dá)到共享硬件資源的目的。借助服務(wù)器虛擬化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的加載，促進(jìn)了物理機(jī)應(yīng)用效率的極大提升。根據(jù)VMware提供的數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)服務(wù)器的容量利用率不足15%，VMware提供的服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)以服務(wù)器資源利用率提升80%的成效[4]。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化以軟件方式完整再現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)，能夠虛擬物理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為數(shù)個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，可促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)鏈接數(shù)量的增加?？蓪⒕W(wǎng)卡和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)虛擬化，進(jìn)而將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量減少。而在將分散存儲(chǔ)資源進(jìn)行集中存儲(chǔ)時(shí)，可構(gòu)成一個(gè)容量較大的存儲(chǔ)池，便于統(tǒng)一備份和統(tǒng)一管理，促進(jìn)存儲(chǔ)資源可靠性的提升。虛擬網(wǎng)絡(luò)不僅可以提供與物理網(wǎng)絡(luò)相同的功能特性和保證，而且還具有虛擬化的硬件獨(dú)立性和運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)，包括快速調(diào)配、無(wú)中斷部署、自動(dòng)維護(hù)、支持舊版應(yīng)用和新應(yīng)用等。網(wǎng)絡(luò)虛擬化將邏輯網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備和服務(wù)（邏輯端口、交換機(jī)、路由器、防火墻、負(fù)載平衡器和 VPN 等）提供給已連接的工作負(fù)載。應(yīng)用在虛擬網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行與在物理網(wǎng)絡(luò)上完全相同。endprint

虛擬機(jī)在線遷移技術(shù)在分布式資源調(diào)度中具有重要作用。當(dāng)虛擬機(jī)處于正常的運(yùn)行條件下，可將其從正在運(yùn)行中的物理機(jī)實(shí)時(shí)遷移至另一臺(tái)物理機(jī)，具有零停機(jī)性能，維持了服務(wù)的連續(xù)可用性和完整性，且在用戶眼中具有透明性。若是在運(yùn)行當(dāng)中需對(duì)某個(gè)服務(wù)器進(jìn)行修理或維護(hù)，可應(yīng)用線遷移技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬機(jī)在的服務(wù)器當(dāng)中的相互轉(zhuǎn)換，并且可將虛擬機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行備份。此時(shí)，如果服務(wù)出現(xiàn)異常，可在備份的虛擬機(jī)上完成相應(yīng)的服務(wù)，對(duì)于系統(tǒng)可靠性的提升具有重要的意義。除以上的應(yīng)用之外，通過(guò)在線遷移技術(shù)可均衡服務(wù)器負(fù)載，優(yōu)化相應(yīng)的資源，并可將零散的虛擬機(jī)集中起來(lái)，將空閑的服務(wù)器關(guān)閉，具有較好的節(jié)能效果。

3.2 虛擬化資源池的應(yīng)用

資源池化就是將計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源通過(guò)虛擬化技術(shù)，將構(gòu)成相應(yīng)資源的眾多物理設(shè)備組合成一個(gè)整體，形成相應(yīng)的計(jì)算資源池、存儲(chǔ)資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池，提供給上層應(yīng)用軟件。即利用虛擬化技術(shù)整合校園網(wǎng)中的資源，包括高性能服務(wù)器、小型服務(wù)器、刀片式服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、磁盤陣列、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、路由器、防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)、軟件等，最終構(gòu)成大型的數(shù)字化校園虛擬化資源池。

可以運(yùn)用SMP、計(jì)算集群、負(fù)載均衡、主機(jī)虛擬化等技術(shù)形成計(jì)算資源池。例如整合服務(wù)器資源，首先把全校分散的服務(wù)器集中起來(lái)，統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器資源網(wǎng)絡(luò)共享，然后，通過(guò)全虛擬化產(chǎn)品（ 如V m ware）的虛擬化技術(shù)把CPU 虛擬化、內(nèi)存虛擬化和I/O 設(shè)備虛擬化，形成多個(gè)獨(dú)立的虛擬機(jī)[5]?？梢赃\(yùn)用存儲(chǔ)分區(qū)、RAID技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)形成存儲(chǔ)資源池。運(yùn)用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）、交換機(jī)堆疊、端口匯聚、VSS（Virtual Switch System，虛擬交換系統(tǒng)）等技術(shù)形成網(wǎng)絡(luò)資源池。

3.3 動(dòng)態(tài)資源調(diào)度

數(shù)字化校園的云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在云數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，以往的數(shù)據(jù)中心的IT基礎(chǔ)架構(gòu)采用固態(tài)配置，靈活性很差，當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)展超出預(yù)期時(shí)，無(wú)法及時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)需求調(diào)整資源供給。云數(shù)據(jù)中心必須實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的資源調(diào)度，使業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源配備按需調(diào)整，結(jié)合管理系統(tǒng)的資源監(jiān)控，根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)載等情況，調(diào)整業(yè)務(wù)資源配給。

首先通過(guò)對(duì)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行優(yōu)化配給，提高資源能力的耦合性。然后智能化地根據(jù)用戶需要封裝、分配資源，形成虛擬應(yīng)用平臺(tái)，用戶在簡(jiǎn)單地部署自己的應(yīng)用或數(shù)據(jù)后，應(yīng)用系統(tǒng)即可投入使用。運(yùn)維系統(tǒng)只需基于虛擬應(yīng)用平臺(tái)對(duì)物理資源的使用分析，即可動(dòng)態(tài)地對(duì)其所用物理資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以提高用戶應(yīng)用的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。

4 校園云數(shù)據(jù)中心邏輯架構(gòu)

云計(jì)算技術(shù)依靠標(biāo)準(zhǔn)化虛擬化的方式有機(jī)地整合了云中的硬軟件資源并以服務(wù)的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提交給用戶[6]。根據(jù)數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用狀況，本著整合各種應(yīng)用平臺(tái)，優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)配置，提供更方便靈活的用戶服務(wù)的原則，通過(guò)統(tǒng)一的運(yùn)維管理體系和安全防范體系，構(gòu)建整體的云平臺(tái)。建設(shè)云數(shù)據(jù)中心是數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)，圖1是校園云數(shù)據(jù)中心的邏輯架構(gòu)。

云數(shù)據(jù)中心基于多層體系架構(gòu)的應(yīng)用平臺(tái)，用于對(duì)外提供各種服務(wù)的多種類型的虛擬主機(jī)節(jié)點(diǎn)的集合構(gòu)成了計(jì)算“資源池”，其不僅實(shí)現(xiàn)了基于服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、磁盤、I/O等硬件的虛擬化實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，同時(shí)還可以在各類型虛擬主機(jī)所在的物理服務(wù)器之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)的遷移和變更資源。將存儲(chǔ)資源通過(guò)基于磁盤陣列的存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)，完成存儲(chǔ)資源池建設(shè)。此外對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，通過(guò)多虛一和一虛多技術(shù)，完成網(wǎng)絡(luò)資源池建設(shè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化校園建設(shè)具有諸多的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于改進(jìn)傳統(tǒng)校園網(wǎng)應(yīng)用和運(yùn)維模式，改進(jìn)教學(xué)模式提高教學(xué)質(zhì)量具有推動(dòng)作用。統(tǒng)籌兼顧、統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施建設(shè)校園云數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)校園云計(jì)算的重點(diǎn)，在不斷探索的同時(shí)，大力開發(fā)基于云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)是下一步大力推動(dòng)的工作。

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