云計算對高校綜合改革的推動和影響

竇夏陽

摘要：隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，以信息化技術(shù)為手段來加快推進高校綜合改革成為必經(jīng)之路，這其中云計算技術(shù)則可以解決當前高校發(fā)展中遇到的諸多問題。文中通過引用國家層面文件中對教育綜合改革的解釋，以及通過對云計算定義、特點和基本架構(gòu)的介紹，闡釋了云計算在高校綜合改革中所帶來的諸如降低高校信息化建設(shè)成本、提高硬件資源利用率、豐富高校教育信息資源庫、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源共享、改變傳統(tǒng)教與學(xué)觀念、實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、促進科研發(fā)展和人才培養(yǎng)，以及簡化管理維護工作等方面的優(yōu)勢。因此，構(gòu)建更靈活、更可靠、更便捷的云計算平臺，滿足師生的實際需求，服務(wù)于教學(xué)、科研和管理工作，已經(jīng)成為高校在推動綜合改革工作中至關(guān)重要的一部分。

關(guān)鍵詞：高校；綜合改革；云計算；推動；研究

中圖分類號：TP 393 文獻標識碼：A 文章編號：1672—7312（2017）04—0442—05

0引言

2010年，國家頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》，著重強調(diào)了教育領(lǐng)域的綜合改革，高校綜合改革以人才培養(yǎng)模式改革為核心，包括大學(xué)制度改革、學(xué)科科研管理機制改革、資源配置改革等方面。而隨著以大數(shù)據(jù)為表征的信息化浪潮撲面而來，高校迫切需要以信息化方式推進綜合改革。這其中包括大力開發(fā)形式多樣的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源、建設(shè)高校教育信息資源庫、實現(xiàn)高校優(yōu)質(zhì)教育資源的免費共享和均等化、為學(xué)生提供形式更加多樣、更加個性化的學(xué)習(xí)方式、改變傳統(tǒng)教學(xué)觀念、有效整合資源并提高資源利用率、簡化運維和管理等方面。文中將通過分析云計算技術(shù)的相關(guān)概念，探討如何將云計算技術(shù)應(yīng)用于高校綜合改革，大力推動人才培養(yǎng)和機制改革。

1文獻綜述

從1983年，Sun Microsystems提出“The Network is the Computer”，到2006年3月，Amazon率先推出彈性計算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服務(wù)，隨著國外很多企業(yè)，如Amazon，Google，IBM，微軟的加入，云計算取得了突飛猛進的發(fā)展。

Goolge是最早推出云計算的公司之一，基于其海量的數(shù)據(jù)處理能力和先進的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，Google擁有一系列云計算應(yīng)用。同時，Google同IBM合作，開始在美國大學(xué)校園，包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州伯克利分校等，推廣云計算的計劃，這項計劃希望能降低分布式計算技術(shù)在學(xué)術(shù)研究方面的成本，并為這些大學(xué)提供相關(guān)的軟硬件設(shè)備及技術(shù)支持（包括數(shù)百臺個人電腦及Blade-Center與System x服務(wù)器，這些計算平臺將提供1600個處理器，支持包括Linux，Xen，Hadoop等開放源代碼平臺）。而學(xué)生則可以通過網(wǎng)絡(luò)開發(fā)各項以大規(guī)模計算為基礎(chǔ)的研究計劃。清華大學(xué)也隨后加入此計劃，在校內(nèi)開設(shè)“大規(guī)模數(shù)據(jù)處理”課程。在此課程中，Google為教授提供資料、實驗設(shè)備并協(xié)助搭建環(huán)境。

在教育領(lǐng)域，除了走在隊伍前列的美國，英國也在2011年投入1250萬英鎊為英國大學(xué)教育和科研提供云計算服務(wù)。韓國政府于2011年在中小學(xué)推廣電子課本，旨在取代一部分紙質(zhì)教材。2013年馬來西亞有將近1萬所學(xué)校開始部署Google云計算教育應(yīng)用程序以及Chromebook設(shè)備。

我國自2008年引入云計算技術(shù)以來，經(jīng)過多年的發(fā)展建設(shè)，已經(jīng)有了長足的進步。國家“十二五”規(guī)劃把云計算作為新一代IT業(yè)研發(fā)與應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。許多教育機構(gòu)已經(jīng)建設(shè)了自己的教育云，將云計算技術(shù)應(yīng)用于高校教學(xué)、科研和管理工作，整合各類教育資源，建立和完善優(yōu)質(zhì)資源共享體系，并減少重復(fù)投資，提高資源利用率，為教育和教學(xué)提供有效支撐。

2云計算簡介

2.1云計算定義

按照美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件、服務(wù)等），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進行很少的交互。

在高校應(yīng)用場景下，云計算作為一種以虛擬技術(shù)為核心的新的服務(wù)模式，將底層硬件設(shè)施資源作為支撐，按照教師和學(xué)生的需求為其提供經(jīng)過虛擬化的、自動化的、可擴展的應(yīng)用服務(wù)。

2.2云計算特點

2.2.1虛擬化

云計算支持用戶在任意位置、使用任意終端來獲取服務(wù)，用戶所請求的資源來源于“云”，而不是某一臺物理設(shè)備。用戶無需擔(dān)心或了解應(yīng)用的實際運行位置。

2.2.2支持異構(gòu)基礎(chǔ)資源

云計算可以構(gòu)建在不同的基礎(chǔ)平臺之上，兼容不同類型的硬件和軟件基礎(chǔ)資源。硬件資源包括服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，軟件資源包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等。

2.2.3高可擴展性

云計算可以添加、刪除和修改任一資源節(jié)點，根據(jù)實際需求，“云”的規(guī)?？梢赃M行調(diào)整和動態(tài)伸縮，以便滿足應(yīng)用和用戶的需求。

2.2.4支持海量信息處理

云計算，在底層需要面對各類眾多的基礎(chǔ)軟硬件資源；在上層需要能夠支撐眾多業(yè)務(wù)順利運行，并且需要面對大量的用戶。因此，云計算能夠高效、穩(wěn)定地處理海量數(shù)據(jù)。

2.2.5高可靠性

云計算技術(shù)使用了數(shù)據(jù)多副本容錯、計算節(jié)點同構(gòu)可互換等措施來保障服務(wù)的高可靠性，使得云計算比本地服務(wù)更加安全。

2.2.6自動化

在云計算環(huán)境中，無論是資源、應(yīng)用還是服務(wù)，以及軟硬件管理，都是主要通過自動化的方式進行部署和管理，從而降低了日常維護管理工作。

2.3云計算架構(gòu)

2.3.1云服務(wù)層

在云服務(wù)層中，云計算主要通過3種方式來提供服務(wù)。

1）IaaS（Infrastructure-as-a-Service）。IaaS是將服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源整合提供給用戶，所以IaaS提供的服務(wù)是硬件設(shè)備等基礎(chǔ)資源。用戶無需自己購買設(shè)備、建設(shè)機房，可在提供的基礎(chǔ)設(shè)施平臺上，獲取到CPU、內(nèi)存、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源來部署和運行任意系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

2）PaaS（Platform-as-a-Service）。PaaS是基礎(chǔ)IaaS的基礎(chǔ)上，還提供了業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行的環(huán)境，PaaS把環(huán)境通過云平臺來作為一種服務(wù)來提供給用戶。用戶可以使用平臺上提供的軟件、中問件和其他工具來部署自己新的應(yīng)用，或者擴展已有的應(yīng)用。PaaS主要目的是為用戶提供基礎(chǔ)平臺。

3）SaaS（Software-as-a-Service）。SaaS是把軟件資源部署在平臺上，面向?qū)ο笫擒浖淖罱K使用用戶，而不是PaaS中的開發(fā)人員。SaaS的目標是將一切業(yè)務(wù)運行的后臺環(huán)境放人云端，直接向用戶提供服務(wù)，本地?zé)o需維護任何基礎(chǔ)架構(gòu)或軟件運行環(huán)境。這種成熟的模式具有高度靈活性，能夠提供高可靠性、高擴展性的服務(wù)，并且能夠大大降低用戶的維護成本和投入。

2.3.2云管理層

云管理層主要提供基礎(chǔ)資源管理、自動化云服務(wù)和管理與監(jiān)控3方面的功能。

1）基礎(chǔ)資源管理。云管理層能夠屏蔽不同虛擬化層的差異，如VMware，KVM，XEN，Hyper-V等，實現(xiàn)統(tǒng)一虛擬化管理接口；在創(chuàng)建虛擬機資源時，無需指定具體的物理服務(wù)器，可以根據(jù)自定義的策略自動創(chuàng)建虛擬機到最合適的物理機上；能夠同時管理集中式存儲和基于x86服務(wù)器的分布式存儲，提高舊設(shè)備的利用率；能夠從服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等方面顯示物理、虛擬資源的運行情況，支持按照虛擬機、端口、業(yè)務(wù)、物理資源、虛擬資源或用戶自定義分組查看運行狀況，并提供多種維度下的資源報表，顯示云平臺中資源的使用情況。

2）自動化云服務(wù)。云管理層能夠提供常見資源的創(chuàng)建、管理和回收，如虛擬機資源、存儲卷資源、固定IP地址資源、負載均衡資源、VLAN資源等；提供彈性負載均衡，可根據(jù)預(yù)定義的負載均衡策略，自動分配計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源；用戶可在系統(tǒng)上線前，自助選擇所需要的各類軟件，如通用數(shù)據(jù)庫、中問件、開發(fā)工具、辦公軟件、操作系統(tǒng)等，云平臺可以自動創(chuàng)建虛擬機并安裝這些軟件，直接交付用戶使用。

3）管理與監(jiān)控。云管理層需要為管理員提供全局的管理界面，可以總體觀察到資源使用情況、虛擬機運行情況，也可以查看相關(guān)特定業(yè)務(wù)系統(tǒng)、虛擬機的運行情況；支持多角色管理，如管理員可以管理所有虛擬機和物理資源、部門管理員可以管理該部門擁有的資源，用戶則可以申請資源和使用資源；向管理員提供實時的資源使用報告，如果發(fā)生一些特殊情況，如虛擬機宕機、資源使用已經(jīng)達到臨界值等情況，能夠向管理員報警；提供基本的安全配置，如支持安全密鑰，用戶可通過密鑰作為認證工具對虛擬機進行管理，支持存儲自動加密，支持虛擬機之問的隔離保護，定期對虛擬機進行快照備份，保證數(shù)據(jù)不丟失，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余及高可靠性。

3云計算在高校綜合改革中的應(yīng)用

3.1改革傳統(tǒng)教育模式，構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)環(huán)境

云計算帶來的新的學(xué)習(xí)理念有助于將教師從繁重的技術(shù)使用負擔(dān)中解放出來，從而將更多精力投入到有效的學(xué)習(xí)設(shè)計以及和學(xué)生進行交流互動上。學(xué)生不再受傳統(tǒng)課堂的時間地點束縛，可以根據(jù)自己的時間和精力合理分配學(xué)習(xí)工作。通過自己的移動終端，在學(xué)習(xí)平臺上，學(xué)生可以獲取到海量資源、隨時隨地學(xué)習(xí)、參加討論，以及和老師進行互動。以學(xué)習(xí)者為中心，以資源為核心的模式可以構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)環(huán)境以便支撐教師的有效教學(xué)和學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。

3.2促進科研發(fā)展，優(yōu)化人才培養(yǎng)模式

高校的科研工作，如課題研究、畢業(yè)設(shè)計等，存在很多以下的需求如：大數(shù)據(jù)分析、高性能計算、制圖軟件、仿真環(huán)境等等。在傳統(tǒng)模式中，用戶只能夠通過自行購買建設(shè)來滿足需求。但存在一些問題，如自身實驗設(shè)備和條件不足以滿足實際需求、資金不足、缺乏專人維護管理等，這些問題將直接影響和阻礙科研成果的產(chǎn)生。

在云計算環(huán)境下，有相關(guān)需求的教師和學(xué)生可以便捷地獲取到他們所需要的硬件資源和軟件資源，而一站式的交付資源模式使得師生不需操心購買、維護、更新和安裝等問題。利用平臺共享的資源，可以更好地促進本校科研發(fā)展以及人才培養(yǎng)。

3.3實現(xiàn)高質(zhì)量教育資源共享

對于高校而言，越著名的高校往往有著更加豐富和優(yōu)質(zhì)的資源，而對于大部分地方高校，則存在著資源共享程度低、教育資源分配不均等問題。通過構(gòu)建云資源平臺，可以將大量的教育資源，如國內(nèi)外公開課、校內(nèi)精品課程、圖書文獻、備課素材、試題庫等資源上傳并存儲在云端服務(wù)器中，教職工和學(xué)生可以輕易地通過互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備獲取到所需的資源，有效地解決傳統(tǒng)模式中教育資源不充足、質(zhì)量不高、更新速度慢等問題。其次，高校資源可以向社會公眾開放，讓資源更廣泛更有效地服務(wù)于社會，服務(wù)于終身學(xué)習(xí)。在我國教育事業(yè)建設(shè)需要大量資金，而供給相對不足的條件下，用有限的經(jīng)費投入追求最大的教育產(chǎn)出是一個基本原則，利用現(xiàn)有的學(xué)校教育資源，盡可能多地為廣大社會成員提供學(xué)習(xí)機會。

3.4降低高校成本投入，提高資源利用率

信息化建設(shè)初期，由于缺乏統(tǒng)一頂層規(guī)劃設(shè)計，學(xué)校投入了大量資金購買硬件產(chǎn)品（服務(wù)器、存儲、交換機等），鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)（光纖、網(wǎng)線）。這種模式投資十分巨大，并且由于設(shè)備的更新?lián)Q代，需要持續(xù)不斷的投入。而對于部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對于其中一些階段性應(yīng)用很強的系統(tǒng)，如教務(wù)選課系統(tǒng)、迎新離校系統(tǒng)等，其硬件設(shè)備在大部分時間處于閑置狀態(tài)，造成資源浪費。但在特定時問，卻又出現(xiàn)負載過重，無法正常為用戶提供服務(wù)的問題。這些問題同時造成機房能耗增加等問題。

云計算則能對計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源進行統(tǒng)一控制、調(diào)度、靈活擴展，按需動態(tài)分配，當某個應(yīng)用系統(tǒng)需要更多資源時，系統(tǒng)自動分配資源給該應(yīng)用，使用完畢后，系統(tǒng)可收回資源，以便再提供給其他系統(tǒng)使用。這種統(tǒng)一管理調(diào)配的方式，提高了資源利用率，幫助高校減少信息化建設(shè)成本，從傳統(tǒng)的高成本模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈统杀竟蚕鞩T資源模式。

3.5消除數(shù)據(jù)孤島，加強部門互連互通

所謂數(shù)據(jù)孤島，是指相對獨立的不同類型的資源信息系統(tǒng)，由于各系統(tǒng)間相互封閉、無法進行順暢的信息交流，形成一個個分散、獨立的島嶼。對于高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其產(chǎn)生的原因主要是在建設(shè)初期，沒有頂層設(shè)計和考慮，各部門分散建設(shè)發(fā)展，每個部門都有自己的數(shù)據(jù)規(guī)范，對數(shù)據(jù)有著不同的理解和定義，其次，在技術(shù)上注重硬件建設(shè)大過軟件資源的建設(shè)。數(shù)據(jù)孤島不僅導(dǎo)致了不同系統(tǒng)因獨立管理而產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)，而且由于系統(tǒng)與系統(tǒng)之間無法進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，特別在大數(shù)據(jù)時代無法對數(shù)據(jù)進行有效的科學(xué)分析，嚴重影響到學(xué)校的管理和決策。

云計算技術(shù)能夠解決因為校各部門自建業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫而造成的信息孤島問題，增強了協(xié)同性、資源共享性，使得各部門統(tǒng)一數(shù)據(jù)、互聯(lián)互通、及時傳遞消息、共享學(xué)校資源，實現(xiàn)各部門的均衡發(fā)展。云平臺同時能夠保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，不會出現(xiàn)因為某臺物理機宕機而造成的整個業(yè)務(wù)的中斷。

3.6簡化運維管理，提高故障處理效率

在傳統(tǒng)模式中，由于分散建設(shè)，導(dǎo)致物理資源分布在學(xué)校各處，未進行統(tǒng)一管理維護，如果發(fā)生意外情況，業(yè)務(wù)中斷不能及時報警，管理人員很難準確定位問題所在。而一個統(tǒng)一的云資源管理平臺能夠讓管理人員更加便捷、智能、安全地統(tǒng)一管理計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)3大物理資源。

3.7提供更加安全、可靠、高效的辦公和學(xué)習(xí)條件

通過云計算平臺提供的桌面云，學(xué)校只需要在每個需求點，如辦公室、實驗室、教室、機房等，配備相應(yīng)的終端設(shè)備，節(jié)約了傳統(tǒng)部署方式中的大量硬件設(shè)備投入。對于每個應(yīng)用場景，桌面云可以進行按需定制，意味著不需要再為不同的專業(yè)建設(shè)不同的實驗室、機房，也不需要考慮硬件設(shè)備的更新?lián)Q代問題。教師和學(xué)生不需要再去考慮硬件更新?lián)Q代、軟件安裝升級、電腦查殺病毒等問題，這些都可以由管理員來統(tǒng)一完成。

而云盤則可以幫助用戶更加快捷地管理自己的資料和文件。在傳統(tǒng)模式下，教師和學(xué)生通常將很多常用的資料存儲在個人移動存儲設(shè)備中。但是帶來的問題是，由于用戶缺乏安全意識、設(shè)備未及時更新漏洞，伴隨著頻繁的更新數(shù)據(jù)、拷貝資料等行為，導(dǎo)致木馬和病毒在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)廣泛傳播，最終造成硬件設(shè)備使用不便、重要數(shù)據(jù)丟失、甚至在不知情時個人設(shè)備被不法分子所利用等后果。私有云盤則能夠替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲備份介質(zhì)，每個用戶都有一個自己的賬號，擁有數(shù)十GB甚至更大的存儲空間。用戶只需要將常用的文件上傳到自己的云盤中，當需要使用時，登錄自己的賬號，文件就可以隨時下載使用。云盤也支持多終端的訪問，不論是學(xué)校的共用計算機，還是自己的手機、平板電腦、PC機，都可以快速訪問云盤，得到自己想要的數(shù)據(jù)，對于用戶十分便捷易用。同時數(shù)據(jù)中心的安全機制以及備份機制，用戶不再擔(dān)心數(shù)據(jù)的破壞、盜取以及丟失。

4結(jié)語

綜上所述，隨著國內(nèi)外各大公司的積極研發(fā)投入，云計算逐漸成為了一種發(fā)展迅速的新興服務(wù)模式，如何將其更好地運用于高校綜合改革中，解決實際應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)和問題，成為了急需解決的問題。但是隨著技術(shù)的日趨成熟，云計算技術(shù)必定能夠助力高校綜合改革，大力推動人才培養(yǎng)。