基于云計算的校園數據中心建設方案研究

［張武平］

1 引言

隨著現代信息技術的飛速發展，校園信息化建設已成為學?，F代化建設的核心內容，是學校教學、科研、管理以及服務等方面的重要技術支撐，并逐步成為學校綜合實力和現代化水平的重要標志之一。目前，學校數據中心以各種型號的計算機為主，隨著學校信息化的不斷發展，信息化建設范圍的不斷擴大，信息數據量的不斷增多，成本也在不斷上升，多套獨立業務系統增加了網絡基礎建設的整體建設和維護成本，各自獨立的軟硬件導致計算、網絡、存儲的利用率低下，各部門信息系統之間無法進行有效的信息交互和資源共享，形成了信息孤島，出現了數據更新不及時、數據不兼容等問題。

為了解決這些問題，可利用云計算技術建立數據中心，實現系統間的資源共享，統一學校內各個應用系統的數據，提供集中的數據交換，減少數據冗余，提高數據的利用率，更有效的提高學校教學、管理效率。

2 云計算概念和關鍵技術

2.1 云計算的概念

廣義地將云計算解釋為一切能夠通過互聯網提供的服務，一種基于互聯網的計算，在其中共享的資源、軟件和信息以一種按需的方式提供給計算機和設備。

狹義云計算指IT 基礎設施的交付和使用模式，指通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需資源，并且可以隨時獲取，按需使用，隨時擴展。

云計算是以網絡為中心的，用戶可以方便快速的參與，可隨時隨地用任何網絡設備訪問，云計算提供自助化的資源服務，很多用戶共同使用資源池，降低了用戶對于IT 專業知識的依賴，減少用戶終端的處理負擔。云計算根據需求動態劃分或釋放不同的物理和虛擬資源，實現資源的快速彈性提供。

2.2 云計算的主要服務形式

目前云計算的主要服務形式有基礎設施即服務（Infrastructure as a Service,IaaS）、平臺即服務（Platform as a Service,PaaS）和軟件即服務（Software as a Service，SaaS），云計算服務形式詳細內容如圖1 所示。

圖1 云計算服務形式

（1）基礎設施即服務（IaaS）

基礎設施即服務是指以服務的形式交付計算機基礎設施?；A設施即服務提供了計算功能和基本存儲作為網絡上的標準服務。網絡中包含了服務器、存儲系統、交換機、路由器以及其他系統并可用于處理工作負載。

（2）平臺即服務（PaaS）

平臺即服務是一個虛擬化的平臺，它包括一個或多個服務器、操作系統和特定應用程序。在某些情況下，可以提供一個包含所有必需的特定于用戶的應用程序的映像。平臺即服務包含一個軟件層并將其作為服務提供，這個服務可用于構建更高級的服務。

（3）軟件即服務（SaaS）

軟件即服務是指以服務的形式通過互聯網訪問軟件的能力。以服務形式按需提供完整的應用程序。軟件的一個實例在云中運行并為多個終端用戶或客戶組織提供服務。

2.3 云計算的關鍵技術

虛擬化：虛擬化技術是在一臺物理機上運行多個不同的操作系統，多個操作系統共享物理機資源，主要實現了對底層物理資源的抽象，使其成為可以被靈活生成、調度、管理的基礎資源單位。而要將這些資源進行有效的整合，從而生成一個可以統一管理、靈活分配、動態遷移的基礎服務設施資源池，并提供自動化基礎設施即服務。提高了服務器的硬件資源利用率，充分利用了硬件所提供的并行性和高性能，是云計算技術的基礎。

動態資源分配：云計算可以將資源池動態分配給應用程序，每個應用程序與一個虛擬化應用程序堆棧捆綁，而且應用程序堆棧配有應用程序需要的應用服務器、數據庫和服務器操作系統配置。

3 云計算在校園中的應用與研究

3.1 校園云計算數據中心需求

目前各學校缺乏統一的信息系統，不同系統之間互相獨立，信息無法共享，在對教學信息的整理、分類、查詢、統計及課堂教學、作業檢查，考核測評等方面，系統功能不完善或尚未完整建立。在信息化建設的不斷發展過程中，隨著校園中業務不斷增加，對服務器數量需求不斷增加，同時各部門單獨申購服務器，將會導致建設成本高，維護難度大等一系列問題。

因此，急需建立一個將各種信息打通的信息系統，而云計算可利用服務器虛擬化技術、存儲虛擬化技術和網絡虛擬化技術等建設集中統一的數據中心，利用高性能云計算服務器組成虛擬化集群，為各部門和各業務系統提供彈性可擴展、快速可恢復、安全可靠的服務器基礎架構，同時為舊業務的遷移、新業務的部署提供快速、安全、自動化的業務部署模式。通過云計算建設數據中心，可以使學校內各種資源虛擬的構建起來，實現資源有效的共享，進一步提高教學效率、管理效率。

3.2 基于云計算數據中心建設方案

3.2.1 云計算數據中心的優勢

第一，云計算通過集中管理和集中使用解決數據中心的能耗問題。通過云計算使IT 資源集中管理和共享使用，克服了傳統IT的重復、低水平建設，大大降低了IT能源消耗。

第二，云計算通過虛擬化方式降低數據中心的應用成本。在信息化時代，低成本的IT 服務需求尤為迫切。云計算通過虛擬化、可擴展的方式滿足這一需求，從而直接減少購買昂貴設備所需要的成本。

第三，云計算通過靈活可擴展的方式實現資源共享，提升運行效率。云計算可以實現各個業務系統之間的資源相互調度，實現資源擴展，通過擴展資源使用率提升運行效率。

3.2.2 云計算數據中心的建設目標

（1）構建安全有彈性、可靈活擴展、可方便管理、面向應用、低能耗、持續可用的服務運維環境，為集中管理各種應用服務提供硬件基礎。

（2）構建安全、高效的數據資源集中存儲體系，保證數據實時更新和高度一致，并建立完備的存儲策略和重要數據的備份容災機制。

（3）構建安全、高速、穩定的數據中心網絡體系，有良好的監測機制，防止單點故障，保證業務系統不間斷的持續運行，為各項應用服務提供網絡保證。

3.2.3 云計算數據中心的架構

云計算數據中心總體架構建設遵循面向業務需求的思路，基于模塊化的方法，實現數據中心IT 基礎架構模塊與業務模塊松耦合，保證數據中心業務動態擴展和新業務快速上線。提供簡單可靠、易于部署和管理、便于擴展和升級的IT 基礎架構，滿足學校數據中心建設以及數據中心的可視化統一管控的需求。

數據中心建設的總體架構如圖2 所示。

圖2 數據中心總體架構

整體架構自下向上為基礎設施層、云計算基礎架構層、業務應用層、服務對象層，以及數據中心的安全保障和數據中心統一管理。

基礎設施層：基于業務需求的模塊化數據中心的設計與實現。

云計算基礎架構層：主要包括基礎資源層與容災備份層。

基礎資源層：也可叫云服務層，包括服務器設備、存儲設備、網絡設備、安全設備、虛擬化軟件，以及通過虛擬化平臺構建的虛擬化資源池，還有物理資源池，可以通過智能資源調度與管理平臺對虛擬資源池與物理資源池統一管理，并對上層應用系統提供IT 服務，云服務層是校園信息化的基礎架構。云服務層還包括高性能計算解決方案、大數據平臺方案等。

（l）計算：為用戶提供高計算密度、高資源利用率、以業務為導向的易管理的計算系統。根據實際業務需求，結合安全和管理需求，除數據庫服務器和管理服務器不需虛擬化外，其他服務器將充分采用虛擬化技術。虛擬化軟件對多臺服務器虛擬化后，連接到共享存儲，構建成虛擬化資源池，通過網絡按需為用戶提供計算資源服務。同一個資源池內的虛擬機可以共享資源池內物理服務器的CPU、內存、存儲、網絡等資源，并可在資源池內的物理服務器上動態漂移，實現資源動態調配。

（2）存儲:存儲虛擬化技術可以將底層存儲設備進行抽象化統一管理，向服務器層屏蔽存儲設備硬件的特殊性，而只保留其統一的邏輯特性，從而實現存儲系統的集中、統一和便捷管理。虛擬化存儲提供分布式、高安全性和高擴展的存儲能力，滿足高速數據處理、海量存儲和海量分析需求，提供靈活的災備空間調整能力。

（3）虛擬資源池：采用虛擬化技術實現IT 基礎設施的資源池化，為上層業務提供IT 資源彈性供給，更好地實現IT 資源共享，提高利用率，快速響應業務需求。

（4）物理資源池：重點是X86 物理資源池，包括數據庫物理機部署以及物理機集群等。

（5）智能資源調度與管理：同時提供物理資源和虛擬資源的統一監控管理，進而提供全生命周期資源服務。即對計算、存儲、網絡資源的池化管理構建虛擬數據中心。

容災備份層：提供容災和備份的解決方案?？紤]業務的連續性，按照容災等級可以提供應用容災和數據容災，主要考慮核心業務如管理平臺與資源平臺的數據的安全性與業務的連續性。

（1）構建本地備份系統，實現基礎數據庫系統備份與虛擬機系統備份，實現數據庫數據與業務運行環境保護。

（2）建設雙活災備系統，首先實現數據庫存儲級數據雙活容災，再實現業務級雙活容災。

業務應用層：包括學校的核心業務，如一卡通系統、教務系統、教學系統、科研系統、辦公系統、郵件系統等，以及包括支撐校內主要業務、共享數據和交互數據等內容的核心數據管理，是學校各機構整體信息化的基礎數據環境。

服務對象層：涉及到業務應用層的使用者，可以通過統一門戶平臺獲取到相關的服務。

數據中心安全保障：一體化安全保障系統從物理設施安全、網絡安全、主機安全、虛擬化安全、數據安全、應用安全、用戶接入安全、安全管理等多層次為系統運行提供全方位安全保障。

數據中心統一運維管理：數據中心運維管理采用開放的管理架構和模塊化的設計思路，根據數據中心管理需求配置運維管理模塊。主要管理模塊包括服務管理、統一管理門戶、服務流程管理、綜合監控管理以及云計算平臺管理。

4 結束語

基于云計算的校園數據中心通過云計算提供各種資源系統和服務，提供一個互聯互通、信息共享以及服務教學、科研和管理的數據中心，以解決其業務眾多，分布異構，處理復雜，硬件更新頻繁，軟件安裝繁瑣和數據安全凸顯等問題，不但可以整合教學信息資源、提高資源的利用率、提升教學水平，而且可以大幅降低學校信息化建設成本，進而加快校園信息化建設步伐。