基于云計(jì)算的數(shù)字校園的實(shí)現(xiàn)

摘 要：對(duì)云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行了研究，以武警警官學(xué)院數(shù)字校園建設(shè)為切入點(diǎn)，提出了將云計(jì)算應(yīng)用于數(shù)字校園的構(gòu)建計(jì)劃，并以云存儲(chǔ)技術(shù)為支撐提出了策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)字校園；云計(jì)算；云存儲(chǔ)

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化校園建設(shè)已經(jīng)成為高校核心競(jìng)爭(zhēng)力的顯著標(biāo)志。大部分高校已經(jīng)投入巨資開始了數(shù)字化校園的建設(shè)，并建成了以高速運(yùn)行的校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的各種信息和應(yīng)用系統(tǒng)，高校教育信息化建設(shè)也經(jīng)歷了從以硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和系統(tǒng)建設(shè)為主的階段，并逐漸過渡到各應(yīng)用系統(tǒng)整合，優(yōu)化結(jié)構(gòu)配置，提供更靈活服務(wù)的階段。

1 云計(jì)算概述

云計(jì)算是由規(guī)模經(jīng)濟(jì)拖動(dòng)，為互聯(lián)網(wǎng)上的外部用戶供一組抽象的、虛擬化的、動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的、可管理的計(jì)算資源能力、存儲(chǔ)能力、平臺(tái)和服務(wù)的一種大規(guī)模分布式計(jì)算的聚合體[1]。

云計(jì)算其主要特點(diǎn)如下[2]：

（1）規(guī)模超大。云計(jì)算是一種分布式計(jì)算模式，并且是有規(guī)模經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算模式，因此，通常情況下，“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，只有如此才能實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的各種優(yōu)勢(shì)，尤其是服務(wù)的能力和對(duì)應(yīng)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

（2）虛擬化技術(shù)。云計(jì)算為用戶所提供的不同類型不同層次的服務(wù)是借助于虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)各功能的抽象封裝是其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。普通用戶可以隨時(shí)隨地獲取服務(wù)商所提供的應(yīng)用或者服務(wù)，而根本不用知道具體的服務(wù)器在何處、具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是怎樣的。

（3）高可靠性。為保證應(yīng)用與服務(wù)的質(zhì)量，可靠性是必不可少的，這一點(diǎn)通常借助于商用服務(wù)器機(jī)群，并使用數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算結(jié)點(diǎn)同構(gòu)等方法來保證。

2 數(shù)字校園云平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

武警警官學(xué)院數(shù)字化校園的以刀片服務(wù)器和SAN 存儲(chǔ)連接方式為基礎(chǔ)，采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，每個(gè)刀片運(yùn)行單一核心應(yīng)用，通過多個(gè)刀片來實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用的部署方式，主要運(yùn)行教務(wù)系統(tǒng)、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一信息門戶平臺(tái)、人力資源管理系統(tǒng)、學(xué)工管理系統(tǒng)及協(xié)同辦公系統(tǒng)等。隨著項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃，云計(jì)算技術(shù)熱點(diǎn)的出現(xiàn)及其給數(shù)據(jù)中心帶來的巨大優(yōu)勢(shì)、與資源靈活應(yīng)用與整合的特點(diǎn)日益明顯，越來越多的數(shù)據(jù)中心都在向云計(jì)算方向改造和發(fā)展，我們?cè)陧?xiàng)目規(guī)劃和建設(shè)階段中，充分調(diào)研并通過對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用分析與統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，也提出了向云計(jì)算平臺(tái)發(fā)展的總體建設(shè)思路。

2.2 云平臺(tái)的構(gòu)建

2.2.1 云計(jì)算平臺(tái)核心組成

云計(jì)算服務(wù)器系統(tǒng)云（核心應(yīng)用系統(tǒng)）：是云計(jì)算平臺(tái)中主要運(yùn)行虛擬機(jī)及應(yīng)用的核心計(jì)算資源的組成，它是刀片服務(wù)器組成，形成統(tǒng)一的資源池，包括cpu、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)資源池，配合存儲(chǔ)云系統(tǒng)部分的存儲(chǔ)池，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的可分配置的資源池，規(guī)劃中的核心十幾個(gè)應(yīng)用及未來的應(yīng)用都會(huì)從資源池中獲得資源分配并運(yùn)行在其上，通過其高級(jí)的功能資源平衡調(diào)度、虛擬機(jī)高可用性、虛擬機(jī)的在線遷移、電源節(jié)省等可以更有效地、靈活地分配和調(diào)整應(yīng)用的資源，實(shí)現(xiàn)高效、可靠、穩(wěn)定、靈活、快速、方便、易擴(kuò)展等的特點(diǎn)[3]。

云計(jì)算存儲(chǔ)云：是云計(jì)算平臺(tái)中主要應(yīng)用數(shù)據(jù)和虛擬機(jī)存儲(chǔ)池統(tǒng)稱，是實(shí)現(xiàn)服務(wù)器云的核心數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)，在二期規(guī)劃中，存儲(chǔ)云從功能上來分主要被分為兩大部分，一部分用于云計(jì)算平臺(tái)的存儲(chǔ)池（虛擬機(jī)映像區(qū)、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)區(qū)、應(yīng)用模板區(qū)），另一部分用于外部數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（共享數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，RAC 配置）。

云計(jì)算平臺(tái)管理中心：實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)云計(jì)算平臺(tái)的管理，主要完成數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)、虛擬主機(jī)及集群管理、計(jì)算資源管理、虛擬機(jī)分配、資源調(diào)度、高可用性集群管理、虛擬機(jī)在線遷移、虛擬主機(jī)維護(hù)、存儲(chǔ)池管理、電源管理等高級(jí)特性，云計(jì)算平臺(tái)功能核心管理中心同時(shí)還包括用戶自主服務(wù)門戶系統(tǒng)，完成不同用戶的資源使用監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表與云資源申請(qǐng)等功能，建議采用機(jī)架式服務(wù)器作為平臺(tái)管理服務(wù)器。

2.2.2 負(fù)載均衡器子系統(tǒng)

由兩個(gè)專門的硬件負(fù)載均衡器構(gòu)成應(yīng)用的負(fù)載均衡配置，結(jié)合云計(jì)算平臺(tái)監(jiān)測(cè)腳本可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用負(fù)載的自動(dòng)啟動(dòng)/停止擴(kuò)展應(yīng)用節(jié)點(diǎn)功能，充分滿足不同負(fù)載下資源的合理分配，同時(shí)又滿足SLA應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量QoS的需求。

2.2.3 VPN服務(wù)器子系統(tǒng)

由專門的VPN服務(wù)器設(shè)備構(gòu)成，同時(shí)Red Hat云計(jì)算軟件支持與其無縫連接，同步云計(jì)算臺(tái)中用戶身份信息與VPN服務(wù)器用戶身份信息，主要實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)外用戶對(duì)云計(jì)算和應(yīng)用的訪問。

2.3 云平臺(tái)物理架構(gòu)

根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求劃分了若干個(gè)功能區(qū)，另構(gòu)建了服務(wù)器云與存儲(chǔ)云，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了虛擬化業(yè)務(wù)應(yīng)用集群。而數(shù)據(jù)備份則使用磁帶機(jī)進(jìn)行定時(shí)備份，在業(yè)務(wù)負(fù)載分擔(dān)方面采用了F5硬件設(shè)備來完成，同時(shí)還使用了防火墻、VPN、IDS、IPS 及審計(jì)設(shè)備保證整個(gè)數(shù)據(jù)中心的信息安全。圖1給出了云平臺(tái)的物理部署圖。

云計(jì)算管理平臺(tái)提供所有的管理功能，包括用戶管理接口工具C3M和云計(jì)算平臺(tái)管理RHEV-M，云計(jì)算平運(yùn)行系統(tǒng)軟件的管理Ret Hat Network Satellite Server和應(yīng)用服務(wù)器監(jiān)控管理JBoss ON。云計(jì)算運(yùn)維中心系統(tǒng)管理員也可以通過C3M管理工具通過WEB方式訪問云計(jì)算平臺(tái)。除了可以進(jìn)行普通用可以進(jìn)行的特征操作外，同時(shí)包括：對(duì)云計(jì)算平臺(tái)中所有用戶的管理、對(duì)云計(jì)算平臺(tái)中所有硬件資源的管理和分配、查看所有用戶對(duì)資源的使用情況，并結(jié)合未來的帳單系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的云計(jì)算資源的收費(fèi)統(tǒng)計(jì)、云計(jì)算平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)管理，如IP地址的分配與劃分、功能服務(wù)器模板管理。

3 云存儲(chǔ)技術(shù)

存儲(chǔ)云位于云計(jì)算中心的最底層，屬于云計(jì)算中心的子系統(tǒng)，主要提供整個(gè)云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理，由通用的SAN存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。存儲(chǔ)云支持FCP、GFS/NFS、iSCSI等方式連接到服務(wù)器云計(jì)算子系統(tǒng)，提供靈活的可擴(kuò)展的存儲(chǔ)空間，由于采用開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議方式連接，具有無線可擴(kuò)展性，支持按需在線增加存儲(chǔ)設(shè)備，按需在線增加到存儲(chǔ)云子系統(tǒng)，方便于未來云計(jì)算平臺(tái)的容量擴(kuò)展。在云計(jì)算平臺(tái)中，可以把整個(gè)存儲(chǔ)云子系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)存儲(chǔ)子系統(tǒng)加入到一個(gè)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

整個(gè)存儲(chǔ)云是為云計(jì)算平臺(tái)提供數(shù)據(jù)可靠性服務(wù)的，所以其合理性劃分及可靠性至關(guān)重要，所以在存儲(chǔ)云的劃分上可以采用多種措施實(shí)現(xiàn)其可靠性要求。首先是磁盤的劃分，可以采用性能最好的RAID5+1的方式進(jìn)行劃分，保證其中任意一塊磁盤的損壞都不會(huì)影響整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)行及數(shù)據(jù)丟失，同時(shí)RAID5又保證數(shù)據(jù)在讀寫的時(shí)候以并行方式進(jìn)行存取，從而保證最高性能。其次是鏈路備分，最可靠的方法是采用雙鏈路方式進(jìn)行連接，配備兩個(gè)光纖存儲(chǔ)交換機(jī)，通過服務(wù)器的兩塊HBA卡分別連接不同的交換機(jī)，同時(shí)通過Red Hat Enterprise Linux Server系統(tǒng)設(shè)置MultiPath多路徑方式，每個(gè)鏈路的失效，也不會(huì)中斷通訊，從而保證了存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)的可靠性。

在云計(jì)算平臺(tái)中，存儲(chǔ)云的加入是由云平臺(tái)維護(hù)系統(tǒng)管理員進(jìn)行的，完成對(duì)云計(jì)算平臺(tái)中的數(shù)據(jù)中心劃分后，通過Red Hat公司云計(jì)算管理平臺(tái)就可以加入存儲(chǔ)云子系統(tǒng)到云計(jì)算平臺(tái)中，選擇標(biāo)準(zhǔn)的連接協(xié)議后，Red Hat云計(jì)算平臺(tái)會(huì)自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)存儲(chǔ)，系統(tǒng)管理員選擇自己需要的存儲(chǔ)區(qū)域（已完成基本分區(qū)及文件系統(tǒng)的劃分與格式化），加入到數(shù)據(jù)中心就變成云計(jì)算平臺(tái)可用的存儲(chǔ)云系統(tǒng)。

總之，隨著教育信息化的逐步發(fā)展、國(guó)家政策的推進(jìn)，數(shù)字校園的建設(shè)將越來越有助于提升學(xué)校的科研、管理和生活等各個(gè)方面，云計(jì)算在計(jì)算和存儲(chǔ)方面的優(yōu)勢(shì)將充分應(yīng)用到高校的數(shù)字校園建設(shè)中。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]葉小波.云技術(shù)與數(shù)字化校園建設(shè)[J].信息與電腦（理論版）， 2011（05）.

[3]朱光磊.云存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011（11）.