云技術(shù)在高校數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)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(shè)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(chǔ)設(shè)備資源分散、調(diào)配困難、重復(fù)購置嚴(yán)重、利用率低，硬件成本高昂;②系統(tǒng)平臺、管理工具等異構(gòu)、分散，運維成本高;③校內(nèi)資源標(biāo)準(zhǔn)不一，共享度差;④高校數(shù)據(jù)中心新業(yè)務(wù)部署速度慢，缺乏統(tǒng)一管理的基礎(chǔ)架構(gòu)�；�于高校數(shù)字化校園建設(shè)的迫切需要，研究在高校數(shù)據(jù)中心利用云技術(shù)建設(shè)云計算管理平臺，實現(xiàn)高校教學(xué)科研數(shù)據(jù)快速、安全地管理與應(yīng)用。

　　1云技術(shù)概述

　　云技術(shù)是信息技術(shù)行業(yè)中最近發(fā)展起來的綜合技術(shù)，根據(jù)所需的功能和性能，有機地將多種技術(shù)和資源進行整合利用。如利用云技術(shù)可將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備、存儲設(shè)備、服務(wù)器以及應(yīng)用和服務(wù)組成網(wǎng)絡(luò)、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(diào)配。

　　利用云技術(shù)來實現(xiàn)的云計算被視為信息技術(shù)的第二次工業(yè)革命。云計算通過多種技術(shù)，如可靠的系統(tǒng)技術(shù)、可擴展的并行計算技術(shù)、海量數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)和數(shù)據(jù)安全技術(shù)，把可配置的計算資源進行統(tǒng)一調(diào)度，在經(jīng)過大量計算、搜尋、分析處理工作之后回傳給用戶處理結(jié)果。云計算的優(yōu)勢是在很短的時間內(nèi)，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(shè)中云技術(shù)的主要組成

　　2.1虛擬化技術(shù)提高了資源利用率，減少了運維成本

　　虛擬化技術(shù)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(shù)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(wǎng)絡(luò)資源池、存儲資源池、安全和應(yīng)用交付池等。由于資源的虛擬池化，離散硬件和異構(gòu)軟件的管理工作變得簡單和高效。

　　2.2集群技術(shù)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(shù)是一種較新的計算機技術(shù)，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(gòu)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(zhuǎn)移集群、并行處理集群，負(fù)載均衡集群。集群技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了云平臺中硬件資源的按需分配、動態(tài)調(diào)整和自動回收等功能。所以，集群技術(shù)的應(yīng)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(shù)起到了相輔相成的作用，極大地提高了云計算基礎(chǔ)架構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　2.2.1故障轉(zhuǎn)移集群

　　故障轉(zhuǎn)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(shù)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(wù)器通過內(nèi)網(wǎng)高速相連，當(dāng)一臺服務(wù)器節(jié)點出現(xiàn)軟、硬件故障，經(jīng)心跳檢查，集群管理軟件判斷并調(diào)度另外一個可用的節(jié)點服務(wù)器立刻接管故障節(jié)點上運行的應(yīng)用系統(tǒng)，這就是云計算管理平臺中看到的“漂移”。故障轉(zhuǎn)移集群需要共享存儲作為數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備，集群管理軟件對其進行管理。故障轉(zhuǎn)移集群技術(shù)的應(yīng)用，使各類應(yīng)用系統(tǒng)不必再關(guān)心硬件資源的分配和運行情況。

　　2.2.2負(fù)載均衡集群

　　跟并行處理集群有部分類似的功能，負(fù)載均衡集群是使負(fù)載可以在計算機集群節(jié)點中盡可能實現(xiàn)均衡處理。負(fù)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(shù)可提高各個節(jié)點的運行速度和效率。負(fù)載均衡集群構(gòu)建主要針對于應(yīng)用服務(wù)器的負(fù)載均衡居多，比如利用硬件的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡設(shè)備與多臺應(yīng)用服務(wù)器一起來構(gòu)建一個大的應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡集群;又如高校內(nèi)教務(wù)管理系統(tǒng)，在每學(xué)期學(xué)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(fù)載均衡技術(shù)，當(dāng)學(xué)生選課時云計算管理平臺可調(diào)集其他的云計算節(jié)點來增加教務(wù)系統(tǒng)的處理能力，而當(dāng)系統(tǒng)峰值期結(jié)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(yīng)用程序的不同功能單元通過服務(wù)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(zhǔn)確地說是一種面向服務(wù)的架構(gòu)理念，是一類分布式系統(tǒng)的體系架構(gòu)，其強調(diào)了不同層次的服務(wù)，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(chǔ)架構(gòu)云)、PaaS(平臺云)和SaaS(軟件應(yīng)用云)�；�于SOA的云計算框架主要山三種角色組成:服務(wù)提供者、服務(wù)消費者和服務(wù)代理。服務(wù)提供者是網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點，它為那些軟件服務(wù)(執(zhí)行一組具體操作)的接口提供了訪問服務(wù)，服務(wù)提供者需要有相當(dāng)強的計算能力，所以可采用云結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)�；�于SOA的云計算結(jié)構(gòu)中服務(wù)提供者可分為四層，其中包括云計算應(yīng)用接口層，云服務(wù)管理層、虛擬機層、物理服務(wù)器層等。

　　3高校數(shù)字化校園云平臺的邏輯架構(gòu)

　　從云技術(shù)特點及其發(fā)展優(yōu)勢，可以看出利用云技術(shù)搭建數(shù)字化校園云平臺可以有效解決校園信息化建設(shè)中遇到的瓶頸。基于云服務(wù)的3大模式，云架構(gòu)的數(shù)字化校園也可設(shè)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(chǔ)設(shè)施層和應(yīng)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(wù)，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(diào)度。

　　3.3 SaaS層

　　位于最頂層，直接向終端用戶提供各種應(yīng)用服務(wù)，可按權(quán)限為用戶分配相應(yīng)的訪問資源，主要包括基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)�；�礎(chǔ)服務(wù)校園門戶的統(tǒng)一身份認(rèn)證，校園內(nèi)各類基礎(chǔ)資源訪問或管理等。應(yīng)用服務(wù)主要包括OA系統(tǒng)，教務(wù)系統(tǒng)，圖書館系統(tǒng)、宿舍管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、一卡通系統(tǒng)等。目前，很多高校已實現(xiàn)校內(nèi)各類系統(tǒng)集成，基礎(chǔ)服務(wù)門戶統(tǒng)一認(rèn)證，各類應(yīng)用系統(tǒng)“一站式”服務(wù)。

　　4高校數(shù)字化校園云平臺的總體構(gòu)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(shè)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(wù)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(wù)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(diào)度和管理。云平臺中采用故障轉(zhuǎn)移和負(fù)載均衡等技術(shù)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(wù)器和2臺以上服務(wù)器作為計算節(jié)點。服務(wù)器可采用X86體系結(jié)構(gòu)的刀片、SPARC , IA64等，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺計算資源池主要有H3C的FlexServer 8390系列服務(wù)器和現(xiàn)有服務(wù)器組成，F(xiàn)lexServer 8390系列服務(wù)器具有高可靠性和易維護性，構(gòu)建云平臺時用其中一臺服務(wù)器作為管理，其他作為節(jié)點。云平臺中結(jié)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(chǔ)設(shè)施要服務(wù)于多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)或者應(yīng)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(yīng)業(yè)務(wù)擴展，存儲平臺可采用SAN或NAS等方式來部署。由于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺處于建成初期，運行其上業(yè)務(wù)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(zāi)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(zhuǎn)移及故障恢復(fù)，并針對虛擬化環(huán)境進行了優(yōu)化。

　　4.3網(wǎng)絡(luò)資源池

　　云技術(shù)環(huán)境下的虛擬化大規(guī)模部署，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(nóng)業(yè)大學(xué)云平臺在試運行階段，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺較為簡單，各個節(jié)點服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)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(nèi)出口路山進入廣域網(wǎng)。

　　4.4云管理平臺

　　服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化構(gòu)成了云計算基礎(chǔ)設(shè)施的硬件資源池，而對這些云硬件資源和業(yè)務(wù)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(nèi)核與管理代理，運行在基礎(chǔ)設(shè)施層和上層操作系統(tǒng)之間，用于協(xié)調(diào)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(shè)備和驅(qū)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(wǎng)絡(luò)和存儲等硬件資源的軟件虛擬等，從而為上層應(yīng)用提供自動化服務(wù);CIC云業(yè)務(wù)運營軟件包，由一系列云基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊組成，通過將基礎(chǔ)構(gòu)架資源(包括計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等)及其相關(guān)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(gòu)建安全的多租戶混合云。

　　5結(jié)束語

　　基于云架構(gòu)的數(shù)字化校園云平臺能夠?qū)π�園各部門甚至校園之間的硬件及應(yīng)用資源進行全面整合和動態(tài)分配，以此為基礎(chǔ)來建設(shè)為全校師生提供優(yōu)質(zhì)信息服務(wù)和教學(xué)科研實驗平臺。

　　目前，云技術(shù)運用到數(shù)字化校園建設(shè)中還處于起步階段。雖眾多技術(shù)難點有待解決(如產(chǎn)品和技術(shù)的兼容性和存儲冗余備份等)，但傳統(tǒng)技術(shù)建設(shè)信息化校園的弊端和云技術(shù)的優(yōu)勢，將促使云技術(shù)在教育行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

【云技術(shù)在高校數(shù)字化校園建設(shè)中的應(yīng)用論文】相關(guān)文章：

云計算技術(shù)對智慧校園的應(yīng)用論文03-16

信息化技術(shù)在高校校園文化建設(shè)中的應(yīng)用研究03-01

數(shù)字化測繪技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用論文01-06

電網(wǎng)建設(shè)中電力工程技術(shù)應(yīng)用論文03-17

關(guān)于校園應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的論文03-17

信息技術(shù)在檔案觀代化建設(shè)中的應(yīng)用論文03-16

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的應(yīng)用論文12-01

云存儲技術(shù)在干部培訓(xùn)中的應(yīng)用研究論文03-16

現(xiàn)代教育技術(shù)在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用的論文05-30

基于MBD的數(shù)字化仿真技術(shù)在航天制造企業(yè)應(yīng)用論文11-09