云計算對高校綜合改革的推動和影響

竇夏陽

摘要：隨著信息化技術的快速發展，以信息化技術為手段來加快推進高校綜合改革成為必經之路，這其中云計算技術則可以解決當前高校發展中遇到的諸多問題。文中通過引用國家層面文件中對教育綜合改革的解釋，以及通過對云計算定義、特點和基本架構的介紹，闡釋了云計算在高校綜合改革中所帶來的諸如降低高校信息化建設成本、提高硬件資源利用率、豐富高校教育信息資源庫、實現優質教育資源共享、改變傳統教與學觀念、實現數據互聯互通、促進科研發展和人才培養，以及簡化管理維護工作等方面的優勢。因此，構建更靈活、更可靠、更便捷的云計算平臺，滿足師生的實際需求，服務于教學、科研和管理工作，已經成為高校在推動綜合改革工作中至關重要的一部分。

關鍵詞：高校；綜合改革；云計算；推動；研究

中圖分類號：TP 393 文獻標識碼：A 文章編號：1672—7312（2017）04—0442—05

0引言

2010年，國家頒布了《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020）》，著重強調了教育領域的綜合改革，高校綜合改革以人才培養模式改革為核心，包括大學制度改革、學科科研管理機制改革、資源配置改革等方面。而隨著以大數據為表征的信息化浪潮撲面而來，高校迫切需要以信息化方式推進綜合改革。這其中包括大力開發形式多樣的數字化學習資源、建設高校教育信息資源庫、實現高校優質教育資源的免費共享和均等化、為學生提供形式更加多樣、更加個性化的學習方式、改變傳統教學觀念、有效整合資源并提高資源利用率、簡化運維和管理等方面。文中將通過分析云計算技術的相關概念，探討如何將云計算技術應用于高校綜合改革，大力推動人才培養和機制改革。

1文獻綜述

從1983年，Sun Microsystems提出“The Network is the Computer”，到2006年3月，Amazon率先推出彈性計算云（Elastic Compute Cloud；EC2）服務，隨著國外很多企業，如Amazon，Google，IBM，微軟的加入，云計算取得了突飛猛進的發展。

Goolge是最早推出云計算的公司之一，基于其海量的數據處理能力和先進的數據采集系統，Google擁有一系列云計算應用。同時，Google同IBM合作，開始在美國大學校園，包括卡內基梅隆大學、麻省理工學院、加州伯克利分校等，推廣云計算的計劃，這項計劃希望能降低分布式計算技術在學術研究方面的成本，并為這些大學提供相關的軟硬件設備及技術支持（包括數百臺個人電腦及Blade-Center與System x服務器，這些計算平臺將提供1600個處理器，支持包括Linux，Xen，Hadoop等開放源代碼平臺）。而學生則可以通過網絡開發各項以大規模計算為基礎的研究計劃。清華大學也隨后加入此計劃，在校內開設“大規模數據處理”課程。在此課程中，Google為教授提供資料、實驗設備并協助搭建環境。

在教育領域，除了走在隊伍前列的美國，英國也在2011年投入1250萬英鎊為英國大學教育和科研提供云計算服務。韓國政府于2011年在中小學推廣電子課本，旨在取代一部分紙質教材。2013年馬來西亞有將近1萬所學校開始部署Google云計算教育應用程序以及Chromebook設備。

我國自2008年引入云計算技術以來，經過多年的發展建設，已經有了長足的進步。國家“十二五”規劃把云計算作為新一代IT業研發與應用的重要領域之一。許多教育機構已經建設了自己的教育云，將云計算技術應用于高校教學、科研和管理工作，整合各類教育資源，建立和完善優質資源共享體系，并減少重復投資，提高資源利用率，為教育和教學提供有效支撐。

2云計算簡介

2.1云計算定義

按照美國國家標準與技術研究院（NIST）定義：云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池（資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務等），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。

在高校應用場景下，云計算作為一種以虛擬技術為核心的新的服務模式，將底層硬件設施資源作為支撐，按照教師和學生的需求為其提供經過虛擬化的、自動化的、可擴展的應用服務。

2.2云計算特點

2.2.1虛擬化

云計算支持用戶在任意位置、使用任意終端來獲取服務，用戶所請求的資源來源于“云”，而不是某一臺物理設備。用戶無需擔心或了解應用的實際運行位置。

2.2.2支持異構基礎資源

云計算可以構建在不同的基礎平臺之上，兼容不同類型的硬件和軟件基礎資源。硬件資源包括服務器、存儲和網絡設備等，軟件資源包括操作系統、數據庫等。

2.2.3高可擴展性

云計算可以添加、刪除和修改任一資源節點，根據實際需求，“云”的規模可以進行調整和動態伸縮，以便滿足應用和用戶的需求。

2.2.4支持海量信息處理

云計算，在底層需要面對各類眾多的基礎軟硬件資源；在上層需要能夠支撐眾多業務順利運行，并且需要面對大量的用戶。因此，云計算能夠高效、穩定地處理海量數據。

2.2.5高可靠性

云計算技術使用了數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，使得云計算比本地服務更加安全。

2.2.6自動化

在云計算環境中，無論是資源、應用還是服務，以及軟硬件管理，都是主要通過自動化的方式進行部署和管理，從而降低了日常維護管理工作。

2.3云計算架構

2.3.1云服務層

在云服務層中，云計算主要通過3種方式來提供服務。

1）IaaS（Infrastructure-as-a-Service）。IaaS是將服務器、存儲和網絡資源整合提供給用戶，所以IaaS提供的服務是硬件設備等基礎資源。用戶無需自己購買設備、建設機房，可在提供的基礎設施平臺上，獲取到CPU、內存、存儲、網絡等資源來部署和運行任意系統和應用程序。

2）PaaS（Platform-as-a-Service）。PaaS是基礎IaaS的基礎上，還提供了業務系統運行的環境，PaaS把環境通過云平臺來作為一種服務來提供給用戶。用戶可以使用平臺上提供的軟件、中問件和其他工具來部署自己新的應用，或者擴展已有的應用。PaaS主要目的是為用戶提供基礎平臺。

3）SaaS（Software-as-a-Service）。SaaS是把軟件資源部署在平臺上，面向對象是軟件的最終使用用戶，而不是PaaS中的開發人員。SaaS的目標是將一切業務運行的后臺環境放人云端，直接向用戶提供服務，本地無需維護任何基礎架構或軟件運行環境。這種成熟的模式具有高度靈活性，能夠提供高可靠性、高擴展性的服務，并且能夠大大降低用戶的維護成本和投入。

2.3.2云管理層

云管理層主要提供基礎資源管理、自動化云服務和管理與監控3方面的功能。

1）基礎資源管理。云管理層能夠屏蔽不同虛擬化層的差異，如VMware，KVM，XEN，Hyper-V等，實現統一虛擬化管理接口；在創建虛擬機資源時，無需指定具體的物理服務器，可以根據自定義的策略自動創建虛擬機到最合適的物理機上；能夠同時管理集中式存儲和基于x86服務器的分布式存儲，提高舊設備的利用率；能夠從服務器、存儲、網絡、操作系統、數據庫等方面顯示物理、虛擬資源的運行情況，支持按照虛擬機、端口、業務、物理資源、虛擬資源或用戶自定義分組查看運行狀況，并提供多種維度下的資源報表，顯示云平臺中資源的使用情況。

2）自動化云服務。云管理層能夠提供常見資源的創建、管理和回收，如虛擬機資源、存儲卷資源、固定IP地址資源、負載均衡資源、VLAN資源等；提供彈性負載均衡，可根據預定義的負載均衡策略，自動分配計算資源、存儲資源和網絡資源；用戶可在系統上線前，自助選擇所需要的各類軟件，如通用數據庫、中問件、開發工具、辦公軟件、操作系統等，云平臺可以自動創建虛擬機并安裝這些軟件，直接交付用戶使用。

3）管理與監控。云管理層需要為管理員提供全局的管理界面，可以總體觀察到資源使用情況、虛擬機運行情況，也可以查看相關特定業務系統、虛擬機的運行情況；支持多角色管理，如管理員可以管理所有虛擬機和物理資源、部門管理員可以管理該部門擁有的資源，用戶則可以申請資源和使用資源；向管理員提供實時的資源使用報告，如果發生一些特殊情況，如虛擬機宕機、資源使用已經達到臨界值等情況，能夠向管理員報警；提供基本的安全配置，如支持安全密鑰，用戶可通過密鑰作為認證工具對虛擬機進行管理，支持存儲自動加密，支持虛擬機之問的隔離保護，定期對虛擬機進行快照備份，保證數據不丟失，實現數據的冗余及高可靠性。

3云計算在高校綜合改革中的應用

3.1改革傳統教育模式，構建個性化學習環境

云計算帶來的新的學習理念有助于將教師從繁重的技術使用負擔中解放出來，從而將更多精力投入到有效的學習設計以及和學生進行交流互動上。學生不再受傳統課堂的時間地點束縛，可以根據自己的時間和精力合理分配學習工作。通過自己的移動終端，在學習平臺上，學生可以獲取到海量資源、隨時隨地學習、參加討論，以及和老師進行互動。以學習者為中心，以資源為核心的模式可以構建個性化學習環境以便支撐教師的有效教學和學生的主動學習。

3.2促進科研發展，優化人才培養模式

高校的科研工作，如課題研究、畢業設計等，存在很多以下的需求如：大數據分析、高性能計算、制圖軟件、仿真環境等等。在傳統模式中，用戶只能夠通過自行購買建設來滿足需求。但存在一些問題，如自身實驗設備和條件不足以滿足實際需求、資金不足、缺乏專人維護管理等，這些問題將直接影響和阻礙科研成果的產生。

在云計算環境下，有相關需求的教師和學生可以便捷地獲取到他們所需要的硬件資源和軟件資源，而一站式的交付資源模式使得師生不需操心購買、維護、更新和安裝等問題。利用平臺共享的資源，可以更好地促進本校科研發展以及人才培養。

3.3實現高質量教育資源共享

對于高校而言，越著名的高校往往有著更加豐富和優質的資源，而對于大部分地方高校，則存在著資源共享程度低、教育資源分配不均等問題。通過構建云資源平臺，可以將大量的教育資源，如國內外公開課、校內精品課程、圖書文獻、備課素材、試題庫等資源上傳并存儲在云端服務器中，教職工和學生可以輕易地通過互聯網終端設備獲取到所需的資源，有效地解決傳統模式中教育資源不充足、質量不高、更新速度慢等問題。其次，高校資源可以向社會公眾開放，讓資源更廣泛更有效地服務于社會，服務于終身學習。在我國教育事業建設需要大量資金，而供給相對不足的條件下，用有限的經費投入追求最大的教育產出是一個基本原則，利用現有的學校教育資源，盡可能多地為廣大社會成員提供學習機會。

3.4降低高校成本投入，提高資源利用率

信息化建設初期，由于缺乏統一頂層規劃設計，學校投入了大量資金購買硬件產品（服務器、存儲、交換機等），鋪設網絡（光纖、網線）。這種模式投資十分巨大，并且由于設備的更新換代，需要持續不斷的投入。而對于部門業務系統，對于其中一些階段性應用很強的系統，如教務選課系統、迎新離校系統等，其硬件設備在大部分時間處于閑置狀態，造成資源浪費。但在特定時問，卻又出現負載過重，無法正常為用戶提供服務的問題。這些問題同時造成機房能耗增加等問題。

云計算則能對計算資源、存儲資源、網絡資源進行統一控制、調度、靈活擴展，按需動態分配，當某個應用系統需要更多資源時，系統自動分配資源給該應用，使用完畢后，系統可收回資源，以便再提供給其他系統使用。這種統一管理調配的方式，提高了資源利用率，幫助高校減少信息化建設成本，從傳統的高成本模式轉變為低成本共享IT資源模式。

3.5消除數據孤島，加強部門互連互通

所謂數據孤島，是指相對獨立的不同類型的資源信息系統，由于各系統間相互封閉、無法進行順暢的信息交流，形成一個個分散、獨立的島嶼。對于高校業務系統，其產生的原因主要是在建設初期，沒有頂層設計和考慮，各部門分散建設發展，每個部門都有自己的數據規范，對數據有著不同的理解和定義，其次，在技術上注重硬件建設大過軟件資源的建設。數據孤島不僅導致了不同系統因獨立管理而產生大量冗余數據，而且由于系統與系統之間無法進行數據關聯，特別在大數據時代無法對數據進行有效的科學分析，嚴重影響到學校的管理和決策。

云計算技術能夠解決因為校各部門自建業務系統數據庫而造成的信息孤島問題，增強了協同性、資源共享性，使得各部門統一數據、互聯互通、及時傳遞消息、共享學校資源，實現各部門的均衡發展。云平臺同時能夠保證業務系統的穩定性和可靠性，不會出現因為某臺物理機宕機而造成的整個業務的中斷。

3.6簡化運維管理，提高故障處理效率

在傳統模式中，由于分散建設，導致物理資源分布在學校各處，未進行統一管理維護，如果發生意外情況，業務中斷不能及時報警，管理人員很難準確定位問題所在。而一個統一的云資源管理平臺能夠讓管理人員更加便捷、智能、安全地統一管理計算、存儲和網絡3大物理資源。

3.7提供更加安全、可靠、高效的辦公和學習條件

通過云計算平臺提供的桌面云，學校只需要在每個需求點，如辦公室、實驗室、教室、機房等，配備相應的終端設備，節約了傳統部署方式中的大量硬件設備投入。對于每個應用場景，桌面云可以進行按需定制，意味著不需要再為不同的專業建設不同的實驗室、機房，也不需要考慮硬件設備的更新換代問題。教師和學生不需要再去考慮硬件更新換代、軟件安裝升級、電腦查殺病毒等問題，這些都可以由管理員來統一完成。

而云盤則可以幫助用戶更加快捷地管理自己的資料和文件。在傳統模式下，教師和學生通常將很多常用的資料存儲在個人移動存儲設備中。但是帶來的問題是，由于用戶缺乏安全意識、設備未及時更新漏洞，伴隨著頻繁的更新數據、拷貝資料等行為，導致木馬和病毒在內部網絡廣泛傳播，最終造成硬件設備使用不便、重要數據丟失、甚至在不知情時個人設備被不法分子所利用等后果。私有云盤則能夠替代傳統數據存儲備份介質，每個用戶都有一個自己的賬號，擁有數十GB甚至更大的存儲空間。用戶只需要將常用的文件上傳到自己的云盤中，當需要使用時，登錄自己的賬號，文件就可以隨時下載使用。云盤也支持多終端的訪問，不論是學校的共用計算機，還是自己的手機、平板電腦、PC機，都可以快速訪問云盤，得到自己想要的數據，對于用戶十分便捷易用。同時數據中心的安全機制以及備份機制，用戶不再擔心數據的破壞、盜取以及丟失。

4結語

綜上所述，隨著國內外各大公司的積極研發投入，云計算逐漸成為了一種發展迅速的新興服務模式，如何將其更好地運用于高校綜合改革中，解決實際應用中所面臨的挑戰和問題，成為了急需解決的問題。但是隨著技術的日趨成熟，云計算技術必定能夠助力高校綜合改革，大力推動人才培養。