云技術在高校數(shù)字化校園建設中的應用論文
作為2006-2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的重點，教育科研信息化越來越受到重視。近年來，高校數(shù)字化校園建設不斷推進，取得快速發(fā)展，但也遇到諸多問題和面臨著多種挑戰(zhàn):①基礎設備資源分散、調配困難、重復購置嚴重、利用率低，硬件成本高昂;②系統(tǒng)平臺、管理工具等異構、分散，運維成本高;③校內資源標準不一，共享度差;④高校數(shù)據(jù)中心新業(yè)務部署速度慢，缺乏統(tǒng)一管理的基礎架構�；诟咝�(shù)字化校園建設的迫切需要，研究在高校數(shù)據(jù)中心利用云技術建設云計算管理平臺，實現(xiàn)高校教學科研數(shù)據(jù)快速、安全地管理與應用。
1云技術概述
云技術是信息技術行業(yè)中最近發(fā)展起來的綜合技術，根據(jù)所需的功能和性能，有機地將多種技術和資源進行整合利用。如利用云技術可將網絡基礎設備、存儲設備、服務器以及應用和服務組成網絡、計算、存儲等資源池，可快捷、安全地對這些資源進行管理和調配。
利用云技術來實現(xiàn)的云計算被視為信息技術的第二次工業(yè)革命。云計算通過多種技術，如可靠的系統(tǒng)技術、可擴展的并行計算技術、海量數(shù)據(jù)的挖掘技術和數(shù)據(jù)安全技術，把可配置的計算資源進行統(tǒng)一調度，在經過大量計算、搜尋、分析處理工作之后回傳給用戶處理結果。云計算的優(yōu)勢是在很短的時間內，處理海量信息，使其具備強大的計算效能。因此未來大數(shù)據(jù)處理和加工過程必然依托在云上。
2高校數(shù)字化校園建設中云技術的主要組成
2.1虛擬化技術提高了資源利用率，減少了運維成本
虛擬化技術實現(xiàn)了IT資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示，在大規(guī)模數(shù)據(jù)管理方面發(fā)揮著巨大的作用，是支撐云計算的重要基石。虛擬化包括了多種工作形態(tài)，其中有單資源的多邏輯表示模式(如虛擬機)，多資源的單邏輯表示模式(如存儲的虛擬化)和多資源間提供單邏輯表示模式等。在云計算平臺中，利用虛擬化技術將數(shù)據(jù)中心的軟、硬件資源虛擬成一個大的“資源水池”，以簡化對其管理。這些虛擬資源池包括:計算資源池、網絡資源池、存儲資源池、安全和應用交付池等。由于資源的虛擬池化，離散硬件和異構軟件的管理工作變得簡單和高效。
2.2集群技術實現(xiàn)了對資源起到了動態(tài)管理、提高利用率，減少了單點故障
集群技術是一種較新的計算機技術，使用特定的連接方式，將相互獨立的多個計算機組合起來，構建成高性能計算系統(tǒng)，此計算機系統(tǒng)具有低成本、高性能以及良好的可擴展性等特點。在云平臺中常用的集群類型有:故障轉移集群、并行處理集群，負載均衡集群。集群技術的應用，實現(xiàn)了云平臺中硬件資源的按需分配、動態(tài)調整和自動回收等功能。所以，集群技術的應用對云計算起到了很好的深化和保障作用，其又和虛擬化技術起到了相輔相成的作用，極大地提高了云計算基礎架構的穩(wěn)定性和可靠性。
2.2.1故障轉移集群
故障轉移集群隸屬于集群分類中的.高可用群。系統(tǒng)的可用性較為重要，集群技術的目的就是為了保障系統(tǒng)的可用性。集群中各節(jié)點服務器通過內網高速相連，當一臺服務器節(jié)點出現(xiàn)軟、硬件故障，經心跳檢查，集群管理軟件判斷并調度另外一個可用的節(jié)點服務器立刻接管故障節(jié)點上運行的應用系統(tǒng)，這就是云計算管理平臺中看到的“漂移”。故障轉移集群需要共享存儲作為數(shù)據(jù)的存儲設備，集群管理軟件對其進行管理。故障轉移集群技術的應用，使各類應用系統(tǒng)不必再關心硬件資源的分配和運行情況。
2.2.2負載均衡集群
跟并行處理集群有部分類似的功能，負載均衡集群是使負載可以在計算機集群節(jié)點中盡可能實現(xiàn)均衡處理。負載均衡在處理大規(guī)模計算問題時，具有很強的優(yōu)勢，用此集群技術可提高各個節(jié)點的運行速度和效率。負載均衡集群構建主要針對于應用服務器的負載均衡居多，比如利用硬件的網絡負載均衡設備與多臺應用服務器一起來構建一個大的應用服務器負載均衡集群;又如高校內教務管理系統(tǒng)，在每學期學生選課的幾天比較繁忙，此時系統(tǒng)處理能力不足，常規(guī)做法是對其進行擴容，但過了選課時段這些資源大部分屬于閑置狀態(tài)，而利用負載均衡技術，當學生選課時云計算管理平臺可調集其他的云計算節(jié)點來增加教務系統(tǒng)的處理能力，而當系統(tǒng)峰值期結束，自動釋放多余的計算節(jié)點，以用于其他系統(tǒng)。
2.3 SOA與云計算的融合
SOA是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元通過服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。其接口為中立方式，屏蔽了不同的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。SOA準確地說是一種面向服務的架構理念，是一類分布式系統(tǒng)的體系架構，其強調了不同層次的服務，并具有高可重行、靈活性、以及可擴展性。
云計算分為三個層次:IaaS(基礎架構云)、PaaS(平臺云)和SaaS(軟件應用云)�；赟OA的云計算框架主要山三種角色組成:服務提供者、服務消費者和服務代理。服務提供者是網絡上的一個節(jié)點，它為那些軟件服務(執(zhí)行一組具體操作)的接口提供了訪問服務，服務提供者需要有相當強的計算能力，所以可采用云結構來實現(xiàn)�；赟OA的云計算結構中服務提供者可分為四層，其中包括云計算應用接口層，云服務管理層、虛擬機層、物理服務器層等。
3高校數(shù)字化校園云平臺的邏輯架構
從云技術特點及其發(fā)展優(yōu)勢，可以看出利用云技術搭建數(shù)字化校園云平臺可以有效解決校園信息化建設中遇到的瓶頸。基于云服務的3大模式，云架構的數(shù)字化校園也可設計為3個基本層次:
3.1 IaaS層
處于最低層，通過對物理上分散的軟、硬進行整合并屏蔽其差異性，虛擬化之后形成云端所需的資源池。IaaS層面向用戶是高校數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)管理人員，其主要提供資源部署、資源監(jiān)控和安全管理等。
3.2 PaaS層
介于基礎設施層和應用層之間，主要為開發(fā)人員提供軟件開發(fā)環(huán)境和平臺服務，該層為云計算的核心層，可實現(xiàn)用戶的各種實際需求。PaaS層通過組裝和集成各種中間件，向用戶提供統(tǒng)一的開發(fā)平臺。另外，PaaS層可通過云平臺管理軟件對IaaS層資源進行管理和調度。
3.3 SaaS層
位于最頂層，直接向終端用戶提供各種應用服務，可按權限為用戶分配相應的訪問資源，主要包括基礎服務和應用服務�；A服務校園門戶的統(tǒng)一身份認證，校園內各類基礎資源訪問或管理等。應用服務主要包括OA系統(tǒng)，教務系統(tǒng)，圖書館系統(tǒng)、宿舍管理系統(tǒng)，網絡學習、一卡通系統(tǒng)等。目前，很多高校已實現(xiàn)校內各類系統(tǒng)集成，基礎服務門戶統(tǒng)一認證，各類應用系統(tǒng)“一站式”服務。
4高校數(shù)字化校園云平臺的總體構架
高校云平臺的建立需要考慮數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的物理資源，更需要考慮如何建設一個面向未來需求和發(fā)展的動態(tài)資源分配管理和服務自動化的平臺。這就需要充分考慮整個云平臺的延展性和可擴充性，從而實現(xiàn)以最小的成本來搭建具有高度伸縮性的平臺。
4.1計算資源池
根據(jù)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)實需求，以及系統(tǒng)不同平臺的要求，可采用多種形態(tài)的服務器作為云平臺中的計算節(jié)點，云平臺管理系統(tǒng)可對其進行調度和管理。云平臺中采用故障轉移和負載均衡等技術需要一個大計算資源池才能實現(xiàn)，故平臺中至少需要一臺管理服務器和2臺以上服務器作為計算節(jié)點。服務器可采用X86體系結構的刀片、SPARC , IA64等，河南農業(yè)大學云平臺計算資源池主要有H3C的FlexServer 8390系列服務器和現(xiàn)有服務器組成，F(xiàn)lexServer 8390系列服務器具有高可靠性和易維護性，構建云平臺時用其中一臺服務器作為管理，其他作為節(jié)點。云平臺中結算節(jié)點可“按需”擴展。
4.2云存儲資源池
實現(xiàn)IaaS的一個重要組成部分是云存儲，一個云計算的基礎設施要服務于多個業(yè)務系統(tǒng)或者應用，云管理平臺通過存儲虛擬化管理，進行存儲的整合及靈活的容量控制。為適應業(yè)務擴展，存儲平臺可采用SAN或NAS等方式來部署。由于河南農業(yè)大學云平臺處于建成初期，運行其上業(yè)務存儲量不大，但要求速度高，故目前僅采用H3C的機架式IP SAN FlexStorage P4500系列，此存儲系列具有良好的擴展性和容災性。由FlexStorage P4500系列組成的存儲組件，實現(xiàn)了任何情況下都可進行自動故障轉移及故障恢復，并針對虛擬化環(huán)境進行了優(yōu)化。
4.3網絡資源池
云技術環(huán)境下的虛擬化大規(guī)模部署，傳統(tǒng)網絡構架面臨著規(guī)格和性能、虛擬機接入與控制以及流量突發(fā)與擁塞等挑戰(zhàn)。由于湖南農業(yè)大學云平臺在試運行階段，網絡基礎平臺較為簡單，各個節(jié)點服務器和網絡存儲設備通過兩臺H3C 5820V2交換機連接，然后匯聚到機房核心交換機，山校內出口路山進入廣域網。
4.4云管理平臺
服務器虛擬化、存儲虛擬化和網絡虛擬化構成了云計算基礎設施的硬件資源池，而對這些云硬件資源和業(yè)務流程的快速部署與維護，還需軟件平臺實現(xiàn)，軟件平臺山三個組件完成:Cloud Virtualization kernel (CVK)、Cloud Virtualization Manager (CVM)和Cloud intelligence enter (CIC)。
其中:CVK虛擬化內核與管理代理，運行在基礎設施層和上層操作系統(tǒng)之間，用于協(xié)調上層操作系統(tǒng)對底層硬件資源的訪問，減少上層軟件對硬件設備和驅動的依賴性;CVM:虛擬化管理軟件包，主要實現(xiàn)對云平臺上數(shù)據(jù)的計算、網絡和存儲等硬件資源的軟件虛擬等，從而為上層應用提供自動化服務;CIC云業(yè)務運營軟件包，由一系列云基礎業(yè)務模塊組成，通過將基礎構架資源(包括計算、存儲和網絡等)及其相關策略整合成虛擬數(shù)據(jù)中心資源池，并允許用戶按需消費這些資源，從而構建安全的多租戶混合云。
5結束語
基于云架構的數(shù)字化校園云平臺能夠對校園各部門甚至校園之間的硬件及應用資源進行全面整合和動態(tài)分配，以此為基礎來建設為全校師生提供優(yōu)質信息服務和教學科研實驗平臺。
目前，云技術運用到數(shù)字化校園建設中還處于起步階段。雖眾多技術難點有待解決(如產品和技術的兼容性和存儲冗余備份等)，但傳統(tǒng)技術建設信息化校園的弊端和云技術的優(yōu)勢，將促使云技術在教育行業(yè)得到廣泛的應用。