云計算信息處理系統在網絡教育中的應用

云南大學滇池學院 徐海清

一、引言

當前科技教育的重要性不言而喻，世界各國都把技術和教育作為國家的重中之重。隨著互聯網的普及，基于計算機網絡的現代教育逐漸受到政府和業界的重視。在信息技術和知識經濟高速發展的今天，如何有效利用網絡教育已成為各國政府關心的重大課題之一，各種專項規劃也相繼制定并實施。發達國家利用自身固有的經濟優勢，在信息教育領域已經迅速發展起來。

云計算是繼PC和互聯網之后的第三次IT行業創新浪潮，自2008年以來發展迅速。國外云計算產業起步比較早，技術發展比較成熟。業界聚集了許多著名的云計算服務提供商，包括亞馬遜、谷歌、微軟、VMware和Racespace。其中，亞馬遜作為云計算行業的頂級服務提供商，占據全球云計算市場份額的41%-43%，其產品主要包括彈性計算云和簡單存儲服務（S3）。EC2為用戶提供Web服務訪問云服務器的平臺，用戶可在EC2上安裝和運行所需的任何軟件應用，EC2為用戶提供了可調整的云計算能力。AmazonS3是Amazon提供的在線存儲服務，用戶可以通過S3服務在云服務器上輕松存儲文檔、視頻和圖像等數字數據。谷歌是云計算技術的最大應用方，在全球擁有30多個數據中心，服務器總數超過100萬臺。此外，它還推出了許多云計算服務，包括Google App Engine、Google云存儲、Google Docs、Gmail等。其核心技術GFS、Map Reduce和Big Table被稱為分布式計算技術的三駕馬車。此外，微軟還推出了大型企業云平臺Azure，為用戶提供網絡應用、SQL應用、SharePoint、Dynamics CRM和Live應用等云計算服務。此后，VMware、Racespace、IBM、Citrix等公司也紛紛加入云計算技術的開發和推廣中，推動了云計算市場的繁榮和發展。

中國的云計算產業在近幾年也發展迅速，產業布局已經逐漸明朗化，但總體形勢仍處于起步階段。目前，中國已形成四大云計算戰略發展基地，即“中國云谷”“長江三角洲云計算產業圈”“珠三角云計算產業圈”和“中西部云計算產業圈”。同時，與國外公司如亞馬遜、微軟、IBM、SAP等合作都有力地促進了中國的云計算產業發展。阿里巴巴、盛大、新浪、騰訊等國內IT服務商也紛紛加入研發云計算，并推出了一系列的云服務產品，如阿里巴巴云彈性計算、盛大云主機、新浪應用程序引擎等。

本文研究的主要目標是基于MVC模式的遠程教育系統的設計與實現，主要是基于現實教育模式的基礎上，運用高科技手段為學生提供更好、更便捷的學習模式。

二、云計算信息處理系統的設計和架構

（一）云平臺的主要架構

整個平臺主要包含虛擬化層和資源庫層兩大部分。虛擬化層主要是通過使用開源基礎設施云服務管理軟件Eucalyptus進行設計。這一層級需要選擇正確的節點，因為它是整個平臺中的關鍵層。資源庫層從收集的資源層中選擇資源，并根據用戶或服務的需要對資源進行打包，形成不同大小的計算資源，從而得到我們最熟悉的虛擬機[8]。

系統在虛擬化層，使用了用于管理基礎設施云服務平臺的開源軟件Eucalyptus，并在其上安裝了Eucalyptus的節點控制組件，這些組件可以執行關閉、檢查、啟動和清理任務。為了訪問底層虛擬化層和虛擬資源，需要部署在管理層的兩臺服務器上安裝相應的組件。此外，操作系統最終會把來自服務層的相應請求轉換為對虛擬資源的訪問。在安裝部署服務器的問題上，一臺服務器安裝云控制器組件，另一臺服務器安裝群集控制器組件和存儲控制組件，其中的節點連接服務層和虛擬化層。

基于上述原理和框架，希望設計一個資源池層，所需資源較少、體量較輕，虛擬化層配置和管理操作更簡單，有利于在網絡環境下構建私有云服務平臺，這樣自主設計的鏡像文件就可以放在基礎設施云服務平臺上實現運行。

（二）網絡教育平臺的總體設計框架和思路

在云計算的基礎之上，構建了云教育系統的研究方案，并在現有的谷歌云計算平臺上使用谷歌App Engine開發了統一開放的云教育系統。同時，也根據云計算、Google App Engine的核心架構、提供的接口服務技術等相關理論進行了研究和分析，此外，還對傳統的分散式在線學習平臺構建模式進行了詳細地分析。針對其不足結合云計算的優勢，提出了基于云計算構建教育學習平臺的研究方案，并對整個云學習平臺的體系結構和功能需求進行了分析和設計。最后，我們還利用Google App Engine開發平臺、Eclipse集成環境和Javaweb技術開發教育云系統的主要功能模塊，并對系統功能接口、業務邏輯、數據持久性和系統安全性的具體實現進行了深入分析和闡述。

（三）云計算信息系統的測試評估

云服務流程包括：待審批、待分配、正常、異常、停止、注銷等。在接收到資源請求后，基礎結構服務將生成一個資源服務項并將其標記為掛起狀態。管理員批準后，將其標記為要分配的狀態，等待資源分配和主機配置完成。云主機配置生效后，資源服務項目標記為正常，服務可以交付給用戶。如果資源分配異常，如資源不足、用戶級別不足，則標記為異常，需要管理員進行處理。當資源服務過期時，服務狀態自動標記為已停止，并請求資源配置引擎模塊取消相關資源的訪問權限，原始資源分配將生成一段時間的虛擬機映像。用戶注銷后，相關服務項的狀態標記為注銷，并釋放所有資源。

整個系統功能的實現需要以下步驟：第一步，設計系統的總體框架；第二步，根據系統需求編寫相應的代碼；第三步，對程序進行調試；第四步，對系統進行總結。其中最重要的是編寫代碼和調試程序兩個步驟。在這個設計中，最能出現不同情況的是系統的調試。在調試過程中，出現了很多問題，但通過不斷核對和查找資料、再經過技術調試和不斷討論之后，問題逐一得到了解決。

云計算平臺將使用多個服務器管理的系統管理模塊正常運行，這些模塊是IT體系結構中非常重要的一部分。此外，作為支撐整個業務平臺和應用平臺的基礎，要保證其順利運行，必須獲得更可靠、更連續的運行維護。

教育客戶有多個應用系統，每個用戶可以訪問一個或多個應用系統，這要求每個用戶在多個應用系統中管理和維護多組帳戶。通常，這些應用程序會使用各種產品、供應商、體系結構、后端數據庫等，并被歸類為異構系統。此外，各個帳戶信息通常在不同的目錄、數據庫或其他IT網絡基礎設施中是離散的。由于這些應用程序無法同步，因此會導致大量此類信息冗余、不一致或無用，這不可避免地增加了沖突的風險。此外，管理這些信息的難度相當大，需要高昂的投資，而且可能存在潛在的安全漏洞。

隨著教育客戶信息技術的不斷深入，應用系統也逐漸增多，這種情況也會越來越復雜。同時，還存在一些缺點和弊端，管理員需要手工記錄大量的身份信息，工作量很大，另外也不可避免地存在一些風險，通常只有當出現故障時，才能發現某個信息已被更改，或者該信息已變得不同步，并且出現多個版本。

三、云平臺在網絡教育中的應用

近年來，云平臺在教育資源方面的應用尤為顯著，特別是在網絡教育方面，一方面其使用起來快捷、便利；另一方面還大大節約了成本和資源。在云平臺中，所有的產品都是以虛擬數據的狀態進行儲存的，因此，在網絡教育中，不僅需要對所有知識進行整理歸類，還需要根據學生的需求來集存和使用。同時，還需要優化有利的云平臺，將云計算技術與網絡教育資源管理進行有效地結合應用。

可見，將云平臺信息系統應用于網絡教育資源，從很大程度上為使用者或者是學習者把過程簡單化、快捷化，讓曾經復雜、繁重的學習變得輕松起來，高效、有利地提高了學習效率。因此，把云平臺技術應用于網絡教育的意義和前景都較為深遠，為了實現網絡教育的更好效果，充分利用有效資源，一方面需要不斷優化云計算技術，并將其運用到教學中；另一方面，也需要配合云計算技術，不斷調整教學方式和方法。

四、結論

綜上所述，本文在研究了云計算理論、云計算架構和云計算架構模型的基礎上，分析了基礎設施云服務的抽象模型和總體技術架構，設計并構建了基礎設施云服務平臺，最終構建了一個基于云的高校網絡教育平臺。同時，從硬件環境、軟件環境和網絡環境三個方面構建了設計方案，實現了從IT的分散資源到最終以服務的形式匯集和呈現的過程。另外，還實現并測試了基于云計算的網絡教育平臺及其模塊。而且，所有的應用和數據源都是統一提供的，提供信息的方式完全可以滿足不同用戶的獨特需求。總而言之，所采用的方法降低了系統應用的復雜性，促進了云計算平臺在網絡教育中的使用，以及教育資源的再利用，提高了教育管理的水平和效率，有效地降低了總體擁有成本，減少了投資重復。同時，也有力證明了云平臺技術是整個網絡信息資源管理系統中非常有力的支撐和途徑，其也成為了教育發展的必然趨勢，體現了教育資源的功能最大化效益，有利于推動現代教育資源的發展。