云計算信息處理系統(tǒng)在網(wǎng)絡教育中的應用

云南大學滇池學院 徐海清

一、引言

當前科技教育的重要性不言而喻，世界各國都把技術和教育作為國家的重中之重。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，基于計算機網(wǎng)絡的現(xiàn)代教育逐漸受到政府和業(yè)界的重視。在信息技術和知識經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，如何有效利用網(wǎng)絡教育已成為各國政府關心的重大課題之一，各種專項規(guī)劃也相繼制定并實施。發(fā)達國家利用自身固有的經(jīng)濟優(yōu)勢，在信息教育領域已經(jīng)迅速發(fā)展起來。

云計算是繼PC和互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次IT行業(yè)創(chuàng)新浪潮，自2008年以來發(fā)展迅速。國外云計算產(chǎn)業(yè)起步比較早，技術發(fā)展比較成熟。業(yè)界聚集了許多著名的云計算服務提供商，包括亞馬遜、谷歌、微軟、VMware和Racespace。其中，亞馬遜作為云計算行業(yè)的頂級服務提供商，占據(jù)全球云計算市場份額的41%-43%，其產(chǎn)品主要包括彈性計算云和簡單存儲服務（S3）。EC2為用戶提供Web服務訪問云服務器的平臺，用戶可在EC2上安裝和運行所需的任何軟件應用，EC2為用戶提供了可調整的云計算能力。AmazonS3是Amazon提供的在線存儲服務，用戶可以通過S3服務在云服務器上輕松存儲文檔、視頻和圖像等數(shù)字數(shù)據(jù)。谷歌是云計算技術的最大應用方，在全球擁有30多個數(shù)據(jù)中心，服務器總數(shù)超過100萬臺。此外，它還推出了許多云計算服務，包括Google App Engine、Google云存儲、Google Docs、Gmail等。其核心技術GFS、Map Reduce和Big Table被稱為分布式計算技術的三駕馬車。此外，微軟還推出了大型企業(yè)云平臺Azure，為用戶提供網(wǎng)絡應用、SQL應用、SharePoint、Dynamics CRM和Live應用等云計算服務。此后，VMware、Racespace、IBM、Citrix等公司也紛紛加入云計算技術的開發(fā)和推廣中，推動了云計算市場的繁榮和發(fā)展。

中國的云計算產(chǎn)業(yè)在近幾年也發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)逐漸明朗化，但總體形勢仍處于起步階段。目前，中國已形成四大云計算戰(zhàn)略發(fā)展基地，即“中國云谷”“長江三角洲云計算產(chǎn)業(yè)圈”“珠三角云計算產(chǎn)業(yè)圈”和“中西部云計算產(chǎn)業(yè)圈”。同時，與國外公司如亞馬遜、微軟、IBM、SAP等合作都有力地促進了中國的云計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。阿里巴巴、盛大、新浪、騰訊等國內IT服務商也紛紛加入研發(fā)云計算，并推出了一系列的云服務產(chǎn)品，如阿里巴巴云彈性計算、盛大云主機、新浪應用程序引擎等。

本文研究的主要目標是基于MVC模式的遠程教育系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，主要是基于現(xiàn)實教育模式的基礎上，運用高科技手段為學生提供更好、更便捷的學習模式。

二、云計算信息處理系統(tǒng)的設計和架構

（一）云平臺的主要架構

整個平臺主要包含虛擬化層和資源庫層兩大部分。虛擬化層主要是通過使用開源基礎設施云服務管理軟件Eucalyptus進行設計。這一層級需要選擇正確的節(jié)點，因為它是整個平臺中的關鍵層。資源庫層從收集的資源層中選擇資源，并根據(jù)用戶或服務的需要對資源進行打包，形成不同大小的計算資源，從而得到我們最熟悉的虛擬機[8]。

系統(tǒng)在虛擬化層，使用了用于管理基礎設施云服務平臺的開源軟件Eucalyptus，并在其上安裝了Eucalyptus的節(jié)點控制組件，這些組件可以執(zhí)行關閉、檢查、啟動和清理任務。為了訪問底層虛擬化層和虛擬資源，需要部署在管理層的兩臺服務器上安裝相應的組件。此外，操作系統(tǒng)最終會把來自服務層的相應請求轉換為對虛擬資源的訪問。在安裝部署服務器的問題上，一臺服務器安裝云控制器組件，另一臺服務器安裝群集控制器組件和存儲控制組件，其中的節(jié)點連接服務層和虛擬化層。

基于上述原理和框架，希望設計一個資源池層，所需資源較少、體量較輕，虛擬化層配置和管理操作更簡單，有利于在網(wǎng)絡環(huán)境下構建私有云服務平臺，這樣自主設計的鏡像文件就可以放在基礎設施云服務平臺上實現(xiàn)運行。

（二）網(wǎng)絡教育平臺的總體設計框架和思路

在云計算的基礎之上，構建了云教育系統(tǒng)的研究方案，并在現(xiàn)有的谷歌云計算平臺上使用谷歌App Engine開發(fā)了統(tǒng)一開放的云教育系統(tǒng)。同時，也根據(jù)云計算、Google App Engine的核心架構、提供的接口服務技術等相關理論進行了研究和分析，此外，還對傳統(tǒng)的分散式在線學習平臺構建模式進行了詳細地分析。針對其不足結合云計算的優(yōu)勢，提出了基于云計算構建教育學習平臺的研究方案，并對整個云學習平臺的體系結構和功能需求進行了分析和設計。最后，我們還利用Google App Engine開發(fā)平臺、Eclipse集成環(huán)境和Javaweb技術開發(fā)教育云系統(tǒng)的主要功能模塊，并對系統(tǒng)功能接口、業(yè)務邏輯、數(shù)據(jù)持久性和系統(tǒng)安全性的具體實現(xiàn)進行了深入分析和闡述。

（三）云計算信息系統(tǒng)的測試評估

云服務流程包括：待審批、待分配、正常、異常、停止、注銷等。在接收到資源請求后，基礎結構服務將生成一個資源服務項并將其標記為掛起狀態(tài)。管理員批準后，將其標記為要分配的狀態(tài)，等待資源分配和主機配置完成。云主機配置生效后，資源服務項目標記為正常，服務可以交付給用戶。如果資源分配異常，如資源不足、用戶級別不足，則標記為異常，需要管理員進行處理。當資源服務過期時，服務狀態(tài)自動標記為已停止，并請求資源配置引擎模塊取消相關資源的訪問權限，原始資源分配將生成一段時間的虛擬機映像。用戶注銷后，相關服務項的狀態(tài)標記為注銷，并釋放所有資源。

整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)需要以下步驟：第一步，設計系統(tǒng)的總體框架；第二步，根據(jù)系統(tǒng)需求編寫相應的代碼；第三步，對程序進行調試；第四步，對系統(tǒng)進行總結。其中最重要的是編寫代碼和調試程序兩個步驟。在這個設計中，最能出現(xiàn)不同情況的是系統(tǒng)的調試。在調試過程中，出現(xiàn)了很多問題，但通過不斷核對和查找資料、再經(jīng)過技術調試和不斷討論之后，問題逐一得到了解決。

云計算平臺將使用多個服務器管理的系統(tǒng)管理模塊正常運行，這些模塊是IT體系結構中非常重要的一部分。此外，作為支撐整個業(yè)務平臺和應用平臺的基礎，要保證其順利運行，必須獲得更可靠、更連續(xù)的運行維護。

教育客戶有多個應用系統(tǒng)，每個用戶可以訪問一個或多個應用系統(tǒng)，這要求每個用戶在多個應用系統(tǒng)中管理和維護多組帳戶。通常，這些應用程序會使用各種產(chǎn)品、供應商、體系結構、后端數(shù)據(jù)庫等，并被歸類為異構系統(tǒng)。此外，各個帳戶信息通常在不同的目錄、數(shù)據(jù)庫或其他IT網(wǎng)絡基礎設施中是離散的。由于這些應用程序無法同步，因此會導致大量此類信息冗余、不一致或無用，這不可避免地增加了沖突的風險。此外，管理這些信息的難度相當大，需要高昂的投資，而且可能存在潛在的安全漏洞。

隨著教育客戶信息技術的不斷深入，應用系統(tǒng)也逐漸增多，這種情況也會越來越復雜。同時，還存在一些缺點和弊端，管理員需要手工記錄大量的身份信息，工作量很大，另外也不可避免地存在一些風險，通常只有當出現(xiàn)故障時，才能發(fā)現(xiàn)某個信息已被更改，或者該信息已變得不同步，并且出現(xiàn)多個版本。

三、云平臺在網(wǎng)絡教育中的應用

近年來，云平臺在教育資源方面的應用尤為顯著，特別是在網(wǎng)絡教育方面，一方面其使用起來快捷、便利；另一方面還大大節(jié)約了成本和資源。在云平臺中，所有的產(chǎn)品都是以虛擬數(shù)據(jù)的狀態(tài)進行儲存的，因此，在網(wǎng)絡教育中，不僅需要對所有知識進行整理歸類，還需要根據(jù)學生的需求來集存和使用。同時，還需要優(yōu)化有利的云平臺，將云計算技術與網(wǎng)絡教育資源管理進行有效地結合應用。

可見，將云平臺信息系統(tǒng)應用于網(wǎng)絡教育資源，從很大程度上為使用者或者是學習者把過程簡單化、快捷化，讓曾經(jīng)復雜、繁重的學習變得輕松起來，高效、有利地提高了學習效率。因此，把云平臺技術應用于網(wǎng)絡教育的意義和前景都較為深遠，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡教育的更好效果，充分利用有效資源，一方面需要不斷優(yōu)化云計算技術，并將其運用到教學中；另一方面，也需要配合云計算技術，不斷調整教學方式和方法。

四、結論

綜上所述，本文在研究了云計算理論、云計算架構和云計算架構模型的基礎上，分析了基礎設施云服務的抽象模型和總體技術架構，設計并構建了基礎設施云服務平臺，最終構建了一個基于云的高校網(wǎng)絡教育平臺。同時，從硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡環(huán)境三個方面構建了設計方案，實現(xiàn)了從IT的分散資源到最終以服務的形式匯集和呈現(xiàn)的過程。另外，還實現(xiàn)并測試了基于云計算的網(wǎng)絡教育平臺及其模塊。而且，所有的應用和數(shù)據(jù)源都是統(tǒng)一提供的，提供信息的方式完全可以滿足不同用戶的獨特需求?？偠灾?，所采用的方法降低了系統(tǒng)應用的復雜性，促進了云計算平臺在網(wǎng)絡教育中的使用，以及教育資源的再利用，提高了教育管理的水平和效率，有效地降低了總體擁有成本，減少了投資重復。同時，也有力證明了云平臺技術是整個網(wǎng)絡信息資源管理系統(tǒng)中非常有力的支撐和途徑，其也成為了教育發(fā)展的必然趨勢，體現(xiàn)了教育資源的功能最大化效益，有利于推動現(xiàn)代教育資源的發(fā)展。