教育云存儲平臺的構建研究

摘 要：云存儲已經成為21世紀新興技術領域熱度最高的名詞之一。現在教育過程中數據管理還存在一些問題。云存儲在教育中的構建方式有三，即私有云存儲、公有云存儲、混合云存儲。在具體構建過程中，高校的云存儲平臺體系結構可分成基礎設施層、邏輯層、支撐層和訪問層。

關鍵詞：云存儲;教育云;教育云存儲平臺構建

中圖分類號：G647 " 文獻標志碼：A " 文章編號：1002-2589（2015）08-0216-02

云存儲是指通過集群應用、網格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網絡中大量不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數據存儲和業(yè)務訪問功能的系統(tǒng)[1]。云存儲作為一種云計算應用形式，改變了傳統(tǒng)存儲的運作和使用過程，以更安全可靠的技術手段，滿足不同數量的數據存儲需求和業(yè)務發(fā)展需求，降低數據管理的復雜性與管理成本，廣泛地應用在許多行業(yè)。

一、現有教育過程中數據管理存在的問題

高等院校作為教學和科研的重地，存在著大量的數據。現有的數據管理過程在數據采集、數據組織、數據共享和數據安全等方面都存在著不同的難度，造成現有高校在數據存儲和管理過程中存在的不少的問題。

1.資源共享困難。目前我國高校都已經建立了比較完善的教學資源體系，但是這些體系主要是依據專業(yè)和行政部門進行建立，許多教學資源都自成一體，難以形成有效對接，導致教學資源的共享性差、協(xié)作困難。云存儲技術在教育數據管理中的使用，有助于進行信息資源共享，達到有效教學資源的整合，方便用戶在任何時間、任何地點獲取，提高教學資源的利用率。

2.維護管理成本高昂。傳統(tǒng)的數據管理過程，使用單一服務器來存儲教學資源，隨著教育機構的不斷發(fā)展和教學資源的累積，往往需要不斷進行服務器的購置，服務器的數量不斷增加，但是服務器的利用率卻無法有效提升[2]。另外，服務器等硬件的分散，降低了數據管理硬件的穩(wěn)定性和安全性，進一步加大現在教育領域數據管理的維護管理成本。

3.數據存儲面臨大量潛在風險。隨著數據量的不斷增加，數據類型的日益復雜，及業(yè)務存儲過于分散，數據的安全性和可靠性需要得到保證[3]。關鍵的重要數據內容是否能夠保證已經得到備份，防止各種人為或者是自然原因可能造成的資料丟失問題。

4.數據使用不便，無法適合現有移動終端的發(fā)展需求。目前以學生為代表的許多數據使用者越來越傾向于使用手機、平板電腦等移動終端設備進行數據的訪問和使用，而現有的高校數據存儲無法很好地支持這些移動終端，使得現有的數據使用效率不高。

二、云存儲在教育中的應用構思

云存儲通過建設一個大型的存儲中心，實現了數據的集中統(tǒng)一管理，提升了設備利用率，減少了重復投資與存儲空間浪費。云存儲的數據備份和容災技術保證數據不會丟失，數據加密技術保證了數據不會被未授權的用戶進行訪問，大大提高數據的安全性和可靠性。云存儲方便共享的特點可實現公文、課件、資料等的快捷推送，直接顯示在每個用戶的存儲空間之中，便于高校管理指令的上傳下達和教學科研資料的共享調用。云存儲在教育中可有多種不同的應用（如表1）。

三、面向教育的云存儲平臺的構建方式

云存儲主要有3種構建方式：私有云存儲，公有云存儲，混合云存儲。

1.私有云存儲

私有云是為一個用戶單獨使用而構建的，因而提供對數據、安全性和服務質量的最有效控制，該用戶擁有基礎設施，并可以控制在此基礎設施上部署應用程序的方式[4]。學校的安全防火墻內可用于私有云的構建，外部的主機托管場所也可構建私有云。戴爾、IBM、微軟、華為和聯(lián)想等公司都推出了私有云存儲的解決方案。

以聯(lián)想公司為例，其為教育、政府和企業(yè)等客戶提供數據存儲、管理和業(yè)務協(xié)同的解決方案，可滿足教務管理、課件管理、遠程教學、作業(yè)收發(fā)、個人空間等各種不同類型的數據服務，已在廈門大學、中國石油大學、中央廣播電視大學等高校進行應用。

2.公共云存儲

公有云通常指由第三方提供商向用戶提供的能夠使用的云存儲的服務，公有云一般通過因特網使用，可能是免費或成本低廉的[5]。公共云存儲以低廉的價格優(yōu)勢，提供優(yōu)質的服務給終端用戶，并整合上下游（包括各類SP和最終用戶）的業(yè)務，創(chuàng)造出新的價值，完善了全新的公共云生態(tài)系統(tǒng)。百度、亞馬遜、谷歌等企業(yè)均推出了公共云存儲服務的產品，以谷歌為例，2012年發(fā)布了GoogleDrive谷歌云存儲服務，該云存儲服務可為用戶提供5G的免費存儲空間，用戶可付費獲得空間的擴充，谷歌的云存儲服務支付文件協(xié)作、文件存儲和云端搜索等功能，截至2014年10月，該云存儲服務的活躍用戶已達到2.4億人，此外，谷歌也在2014年10月份宣布為學校和學生免費提供無限量的云存儲服務，并將云存儲與GoogleAPPs辦公服務應用實現了聯(lián)結，方便用戶的使用。

3.混合云存儲

由于私有云在安全和控制方面具有優(yōu)勢，而公共云在成本和擴展性方面則更具特色，故在實際應用過程中，往往把公有云和私有云混合起來綜合使用。混合云存儲指的即是這種公有云和私有云混合使用的方式，云存儲在具體的使用過程中，根據數據的機密性要求，將數據存儲于私有云存儲或公有云存儲之中。此外，混合云存儲還可以方便地實現數據的遷移和備份，且具有良好的存儲擴充能力，可以很好適應用戶的存儲需求和發(fā)展。例如EMC公司推出了彈性云存儲，在實現可訪問性、安全性的同時，減少了9%-28%的總體擁有成本。

四、面向教育的云存儲平臺實現

高校在教學過程，教學管理、教育資源分配、辦公、后勤、對外宣傳等諸多方面都有強烈的需求。為滿足這些需求，不同的軟件公司都也紛紛推出相應的軟件，但受到軟件價格，及軟件對服務器及管理人員的要求等因素的影響，這些軟件在使用過程中往往發(fā)揮不到應有的作用。對高校來說，更需求一種使用方便，不需投入太多維護人員，內容可根據需求靈活定制的個性化信息存儲和服務平臺。

對此，高校在構建云存儲平臺時，應以滿足教學管理的存儲需求和不浪費現有的存儲資源為目標，一方面利用現有的資源私有云存儲服務平臺，另一方面也可充分利用現有成熟且成本不高的公共云存儲服務。在具體的構建過程中，可基于Openstack項目來進行云存儲平臺的構建。Openstack是現有最受關注開源云計算工具，可協(xié)助高校實現高可靠和高彈性的云存儲服務。在具體的構建過程中，高校的云存儲平臺體系結構可分成基礎設施層、邏輯層、支撐層和訪問層等層次（如圖1）。

1.基礎設施層

基礎設施層是最基礎的層，主要包括計算機，存儲器，網絡設備和數據庫等，是整個平臺的硬件基礎，構成整個云存儲平臺的物理資源。在教育云存儲平臺的構建中，首先應以充分利用現有的設備為出發(fā)點，在滿足現有云存儲需求的基礎上，盡可能減少設備的閑置和浪費。其次應做好相關設備的更替計劃，滿足云存儲未來需求的發(fā)展變化。再次需做好無線網絡的接入，方便用戶使用移動終端在不同場合下的訪問。

2.邏輯層

邏輯層是在基礎設施層的基礎上對存儲設備進行虛擬化，實現存儲資源的統(tǒng)一化管理，提高存儲資源的利用率。存儲資源的虛擬化包括基于主機/服務器的虛擬化、基于存儲設備的虛擬化和基于存儲網絡的虛擬化。現有學校在進行存儲資源虛擬化的同時，應綜合考慮學校的實際情況、存儲設備統(tǒng)一管理難度、數據共享要求、數據安全和訪問性能等因素確定虛擬化后的存儲資源使用調度機制和方案，保證具體運作過程中的負載均衡和用戶良好體驗。邏輯層聚集了分散的物理資源再虛擬的資源池中，隱蔽基礎設施層的復雜性和動態(tài)性，降低管理的難度，提高設備資源地的利用率和系統(tǒng)運行效率，從而控制了成本。

3.支撐層

支撐層的作用就是負責具體應用同資源池之間的交互。包括用戶管理、資源管理和安全管理等方面的內容。

用戶管理主要目的在于通過調查了解學院教職員工和學生在云存儲系統(tǒng)方面的需求，來決定提供的服務內容和服務方式。并在此原則下，指揮云存儲的運作方式。資源管理是支撐層的主要核心內容。一方面資源管理可向用戶分配具體的運行資源，并啟動和管理相關的云存儲設備;另一方面，資源管理還可以將資源池上各個計算節(jié)點上的監(jiān)控狀態(tài)虛擬化，向管理員展現出該節(jié)點具體的狀態(tài)。安全管理也是支撐層必不可少的一個部分，主要負責驗證用戶的合法性和使用行為的合規(guī)性。只有合法的用戶，被授權的用戶，才可以在自己的權限內，使用該權限內可以使用的資源，保證系統(tǒng)和數據的安全。

4.訪問層

云存儲平臺的訪問層主要功能為營造一個數據存儲和使用的社區(qū)，一方面方便用戶可以在線上傳、閱讀和下載當前最為主流文檔格式，并提供強大的處理能力：內容分類、編輯審核、文檔轉換、搜索引擎檢索、后臺管理，滿足用戶的日常存儲需求。另一方面云存儲平臺還應該建立一個鼓勵進行數據分享的機制，如積分獎勵模式，鼓勵用戶進行數據和知識的分享，促進云存儲平臺的使用。再者云存儲平臺應積極結合應用軟件的開發(fā)要求，提供相應的數據存儲空間和軟件運作平臺，進一步發(fā)揮教育云存儲平臺的功能。

面對高校的個性化和不斷發(fā)展的存儲需求，基于云計算構建的存儲平臺可以較好地滿足這些需求。在教育云存儲平臺的發(fā)展過程中，以高校師生的需求為出發(fā)點，在應用層面上不斷改進和創(chuàng)新，可更好地實現教育云存儲平臺的發(fā)展，進一步促進高校的教學和科研的發(fā)展。

參考文獻：

[1]張龍立.云存儲技術探討[J].電信科學，2010（8A）：70-72

[2]盧皓.云存儲在教育信息資源平臺建設應用研究[J].計算機光盤軟件與應用，2012（21）：36-37.

[3]劉皓.借力虛擬技術構建校園私有云[N].中國教育網絡，2012-05-07：44-45.

[4]徐成聞.基于私有云計算平臺的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的應用[D].西安：西安科技大學，2011.

[5]黃志剛.如何實現云計算安全遷移[J].城市建設理論研究（電子版），2013（16）.