基于OpenStack的地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺構建

王 焱, 吳青林

(1. 漢江師范學院 教育系, 湖北 十堰 442000; 2. 漢江師范學院 計算機科學系, 湖北 十堰 442000)

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)是國家前進的基本動力,它可以改變人們的生活、學習和工作的方式,提升生活質量。2015年5月國務院辦公廳下發(fā)了《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》,提出將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入人才培養(yǎng)體系,進一步明確了高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培養(yǎng)的任務和途徑。構建地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺是實現地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要途徑,有利于加強地方高校對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的管理,提升地方高校學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

1 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺建設存在的問題

(1) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺定位不準。部分地方高校在建設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺時沒有準確把握平臺的功能定位,存在建設盲目性,缺乏系統的功能規(guī)劃,部分高校甚至混淆了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺與教學資源平臺的功能,與教學資源平臺的資源內容出現重復,導致創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺無法充分發(fā)揮功能。另外部分地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺面向的對象局限在少部分優(yōu)秀學生,難以在平臺上滿足大部分學生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求,不能充分發(fā)揮創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓平臺全面提升學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的功能。

(2) 信息易形成數據孤島。數據孤島主要體現在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目數據孤立和個人數據孤立兩個方面。當前地方高校進行的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目在數量上呈現逐年增多的趨勢,但項目之間的聯系和差異性難以在平臺中體現,學生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實踐中缺乏對全校項目的整體把握,導致項目部分相似,重復建設,不利于團隊之間相互合作。同時學生的個人數據也分別保存在不同的信息管理系統中,使得學生難以對自己的知識結構和能力水平進行整體把握。數據孤島現象,不利于發(fā)揮學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)才智,創(chuàng)新項目難以在學生群體中進行持續(xù)深入研究。

(3) 難以提供在線基礎設施服務。當前大多數創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺主要以展示創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視頻課程資源為主,而對學生提供的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需要的計算資源、存儲資源等基礎設施服務資源提供較少,這樣對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目開展的支持力度有限。“互聯網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中大多數項目都需要云主機、云桌面、云數據庫等基礎云資源,而傳統的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺難以滿足創(chuàng)業(yè)者對這類資源的需求,學生只有借助公共云資源進行實踐創(chuàng)新,這樣導致費用較高,增加了經濟負擔,不利于學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。

2 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺概念

云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式,用戶通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需計算、存儲和網絡帶寬等資源和服務[1-2]。按云計算提供的資源和服務類型可以將云計算架構分為IaaS(基礎設施即服務)、PaaS(平臺即服務)和SaaS(軟件即服務)三個層次,包括虛擬化技術、分布式數據存儲技術以及大規(guī)模數據管理等技術,具有良好的伸縮性和靈活性等特點。云計算可以動態(tài)地根據用戶的不同需求完成軟硬件資源配置,提供不同的服務,充分實現資源共享,使資源利用率達到最優(yōu)化。

地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺是基于“互聯網+”,以云計算技術為基礎,將地方高校與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作相關的資源進行整合,并且充分發(fā)揮大數據分析的優(yōu)勢,對地方高校學生的創(chuàng)業(yè)行為數據進行分析,為學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供個性化的服務。地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺主要目標是將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目管理、團隊管理、訓練體系、大賽管理、實踐資源等各類資源整合在一起,從真實創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中采集數據建構虛擬學習情景,模擬創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程,為地方高校學生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動的虛擬實踐場所。

3 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺的構建

3.1 可行性分析

2016年2月,教育部《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出利用云計算、大數據等新技術,創(chuàng)新資源平臺、管理平臺建設的發(fā)展方向,為地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺提供了良好的機遇。高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺實際上是云計算在教育領域的遷移應用,隨著“互聯網+”戰(zhàn)略、云計算技術和大數據技術的發(fā)展,云理念逐步深入教育領域,在教學、科研、管理等方面都發(fā)揮著一定的作用。當前,大部分高校已建立了云計算辦公系統,使用云終端代替原有PC機,為建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺奠定了一定的技術基礎和物質基礎,并提供了寶貴的建設和管理經驗。另外,當前學生對網絡平臺具有很強的依賴性,建設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺符合學生的思維和行為方式,有利于發(fā)揮“互聯網+”的平臺優(yōu)勢,引導學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè),確保創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源的高效管理和靈活調度,能夠更好地滿足地方高校大學生對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求。

3.2 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺整體架構

地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺整合了各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源,對學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程和實踐資源進行統一管理,根據學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的特點,按需為學生提供個性化資源。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺整體架構見圖1。

圖1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺整體架構

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺的設計應達到如下目標:

(1) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練體系:構建“本地實驗+虛擬仿真實驗+在線實驗”相結合的平臺化實驗模式,為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供各類虛擬實踐資源,完成從虛擬創(chuàng)業(yè)到實際創(chuàng)業(yè)的過渡。

(2) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目管理:構建項目產生、項目申報、項目實踐、項目評價、項目孵化、項目實戰(zhàn)等全生命周期的項目管理方式。

(3) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊管理:以創(chuàng)業(yè)為牽引、以指導教師為核心,構建團隊組建、團隊分工、團隊協同的統一管理體系。

(4) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽管理:創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽流程采用網絡形式管理,協調大賽組織步驟。

(5) 大數據分析:構建統一的管理流、數據流和視頻流通道,為大數據分析提供支撐。

3.3 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺設計

地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺主要采用OpenStack技術進行設計[3],OpenStack是由NASA(美國國家航空航天局)和Rackspace合作研發(fā)并發(fā)起的開源云計算管理平臺項目。OpenStack獲得授權許可十分便利,方便進行二次開發(fā),是當前使用率最高的云平臺構建工具。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺包括物理資源層、資源虛擬化層、云服務管理層和服務層四個層次[4-5]。四個層次的關系如圖2所示。

圖2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺層次圖

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺四個層次功能如下:

(1) 物理資源層:包括服務器資源、存儲設備資源和網絡設備資源三部分,主要為云平臺正常運行提供硬件設施的物理保障。地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺的安裝配置和部署分為管理節(jié)點、資源節(jié)點和存儲節(jié)點。管理節(jié)點采用1臺Think Server RD650服務器,用于管理和控制整個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺系統; 資源節(jié)點由7臺Think Server TS560服務器組成; 存儲節(jié)點由3臺存儲型配置的Think Server服務器構成。

(2) 資源虛擬化層:云平臺通過虛擬化技術對計算型服務器資源、存儲型服務器資源和網絡資源進行池化,將各種孤立的計算、存儲、網絡資源整合成為可以統一管理、彈性調度、靈活分配的資源池,各個業(yè)務系統共享云中的資源。采用Linux系統下開源的KVM(kernel-based virtual machine)技術實現計算虛擬化,采用Ceph整合本地存儲服務器的存儲能力實現存儲虛擬化,Ceph的塊設備存儲可以對接OpenStack的Cinder后端存儲、Glance的鏡像存儲和虛擬機的數據存儲,采用萬兆網絡與VLAN相互配合的方式實現網絡虛擬化。

(3) 云資源管理層:主要實現自動管理和動態(tài)分配、部署、配置、重新配置以及回收資源,也可以自動安裝應用。該層是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺的核心,由OpenStack開源軟件實現,主要包括Nova(計算組件)、Keystone(認證服務)、Swift(對象存儲)、Glance(鏡像服務)、Horizon(儀表板)、Clinder(塊存儲)、Neutron(網絡服務)7個組件,其中Keystone組件主要起到身份認證的作用,它是各個組件工作的門戶,經過Keystone組件身份認證后,其他組件才能正常工作,以上組件共同完成對虛擬資源的管理,統一對外提供服務。組件相互關系見圖3。

(4) 服務層:服務層主要實現與平臺用戶的交互,平臺上有管理員用戶和普通云用戶兩種用戶,管理員用戶通過主節(jié)點對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺的后臺進行管理,包括云服務狀態(tài)監(jiān)控、各種虛擬資源的管理以及云端用戶的管理。普通云用戶需要通過Web界面實名注冊,當管理審核通過后,根據實際需求申請?zhí)摂M資源,獲得使用資源的權限,才能實現對云平臺的操作。用戶操作云平臺的具體流程見圖4。

地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺采用Fuel自動化工具進行快速多節(jié)點安裝的方式實現,Fuel 是一個為OpenStack端到端“一鍵部署”設計的工具,具有節(jié)點的自動發(fā)現和預校驗、支持多種操作系統等特點,其配置簡單、快速。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺搭建主要過程為:首先下載Fuel,安裝完成后通過瀏覽器進入Fuel的用戶界面,然后對OpenStack環(huán)境進行搭建,對OpenStack的部署模式、計算、網絡、存儲等屬性進行設置,接下來通過Fuel為云平臺添加控制節(jié)點和計算節(jié)點,最后通過OpenStack界面對應用云平臺的用戶服務。

3.4 關鍵技術

(1) IaaS層虛擬化解決方案。IaaS即“基礎設施即服務”,將虛擬化的物理資源進行分割和包裝,用戶通過互聯網可從完善的計算機基礎設施獲得服務,包括計算機、存儲空間、網絡連接、負載均衡和防火墻等基本計算資源服務,以及存儲、鏡像、身份認證、監(jiān)控等配套服務[6-7]。通過虛擬化可以實現資源的動態(tài)遷移、虛擬機快照、虛擬機克隆、P2V(physical to virtual machine)等功能。OpenStack對當前流行的虛擬化管理程序Xen、KVM、Hyper-V、VMware等都支持,但由于以前OpenStack是基于KVM開發(fā)的,多數情況下在進行云平臺構建時會選擇KVM虛擬化管理程序。

圖3 OpenStack組件的相互關系

圖4 云端用戶使用云平臺操作流程

(2) 云存儲方案。云存儲就是將存儲資源放到云端供用戶訪問存取的一種網絡存儲方案,以數據存儲和管理為核心,將網絡中的各種不同類型的存儲設備通過一定的調度機制進行整合,向云終端用戶提供云存儲服務[8-9]。云存儲改變了傳統的數據存儲在某一臺物理設備的存放模式,通過在邏輯上統一的存儲資源池對云端用戶提供服務,具有良好的可擴展性和安全性。本平臺采用Ceph整合本地存儲服務器的存儲能力實現存儲虛擬化,Ceph是當前非常流行的開源分布式存儲系統,提供塊存儲服務、對象存儲服務以及文件系統存儲服務,是OpenStack的主流后端存儲,為OpenStack提供統一共享存儲服務。

(3) 數據遷移方案。原有平臺數據需要遷移到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺數據中心上,數據遷移應保證原有數據的安全性和完整性,避免因數據遷移造成原有數據的丟失。根據數據庫的引擎類型、數據庫的數據量大小、業(yè)務讀寫數據庫的頻率等因素,遷移數據庫的方法有所不同。主要涉及云平臺數據庫初始化、備份本地全量數據庫、導入全量數據到云平臺數據庫、全量或者增量遷移、數據校驗和訂正、應用和數據庫程序改造等步驟。全量校驗及增量數據要做到實時校驗,快速、準確地驗證遷移數據的一致性[10]，其遷移過程見圖5。

圖5 數據遷移過程

4 地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺特點分析

(1) 高度的靈活性和擴展性。傳統的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺受到物理空間資源、人力資源、財力資源等多方面的局限,難以滿足地方高校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需要。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺利用“互聯網+”理念探索出虛實相結合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺,創(chuàng)業(yè)團隊可以突破時空限制,可以在任何時間和地點利用云平臺的資源。該平臺廣泛采用虛擬化、分布式存儲、分布式計算等先進技術與應用模式,與地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動緊密結合,兼顧了學校、教師、學生以及企業(yè)的不同需求,具有高度的靈活性和擴展性。

(2) 資源集成度高。地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的相關資源融為一體,不同參與方形成利益共同體,都可以從云平臺獲取資源,地方高校、企業(yè)、大學生協同工作更為方便,由松散型合作向深層次緊密合作方向發(fā)展,云平臺會通過大數據分析項目特點和投資者的投資偏好,將項目推薦給具有類似偏好的投資者,實現資源按需分配和利益互惠,提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、業(yè)務水平和經濟效益,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺成為一個沒有圍墻的開放的共享平臺。

(3) 建設與管理成本低。地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源統一集中到服務平臺上,為創(chuàng)業(yè)團隊提供了全方位創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)服務。與傳統創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺相比,云平臺動態(tài)部署和分配,學校無須再為終端購置專門軟件,降低了軟件采購成本,在新的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺中原有的服務設備能夠繼續(xù)利用,與云平臺融為一體,原有硬件的使用周期大為延長。整個云平臺數據采用分布式存儲在云平臺中不同的結點,由云服務管理平臺集中管理和調度,建設和管理成本大為降低。

5 結語

地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺是為地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)搭建的資源共享平臺,解決了傳統創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺對大部分學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)需求無法滿足的實際問題,對培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才具有重要的意義。