云計算與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)

【摘要】云計算是在網(wǎng)格計算基礎(chǔ)上提出的一種新型計算模型，是下一代網(wǎng)絡(luò)計算平臺的核心技術(shù)，它提供了可靠安全的數(shù)據(jù)存儲、方便快捷的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和強(qiáng)大的計算能力。在教育領(lǐng)域，云計算是未來網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的基本環(huán)境與平臺，將對學(xué)習(xí)者個人學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、學(xué)校資源建設(shè)和教育信息系統(tǒng)開發(fā)等帶來積極影響。

【關(guān)鍵詞】云計算；網(wǎng)格計算；網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)；教育信息系統(tǒng)

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【論文編號】1009-8097（2008）11-0081-04

引言

Web2.0環(huán)境下，互聯(lián)網(wǎng)所需要處理的業(yè)務(wù)量快速增長。除了傳統(tǒng)的門戶網(wǎng)站外，社會媒體網(wǎng)站提供了越來越多的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如視頻在線、圖像共享、社交網(wǎng)站等，這些服務(wù)需要處理大量的數(shù)據(jù)。移動寬帶網(wǎng)絡(luò)和移動智能終端的普及也使越來越多的移動設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，給互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來了更多的負(fù)載。同時，數(shù)據(jù)中心建設(shè)和維護(hù)的成本在不斷上升，如硬件的購買、管理以及能源的消耗等。如何處理海量的數(shù)據(jù)與服務(wù)，有效地為用戶提供方便、快捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，成為互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前發(fā)展面臨的一個問題。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)也面臨著類似的問題，學(xué)習(xí)者對信息獲取和服務(wù)的要求在不斷增長，移動學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)的發(fā)展進(jìn)一步提出了更高的數(shù)據(jù)和服務(wù)要求。同時，學(xué)校和教育機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中心和教育技術(shù)中心的軟硬件建設(shè)和維護(hù)成本在不斷上升。如何在有效的成本投資下最大程度的滿足學(xué)習(xí)對海量數(shù)據(jù)和服務(wù)的要求，成為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中逐漸引起關(guān)注的問題。

在這種背景下，基于分布式計算特別是網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了一種新型服務(wù)計算模型：云計算。云計算是能夠提供動態(tài)資源池、虛擬化和高可用性的下一代計算平臺的核心技術(shù)。它以用戶為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使互聯(lián)網(wǎng)成為每一個用戶的數(shù)據(jù)中心和計算中心，使用戶從以桌面為核心使用各項應(yīng)用轉(zhuǎn)移到以Web為核心進(jìn)行各種活動。在教育領(lǐng)域，云計算為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供了新的思路和解決方案。云計算將是未來網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的基本環(huán)境與平臺，并通過“云服務(wù)”支持并推動網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的發(fā)展。

一 云計算的含義與特點(diǎn)

1 云計算的含義

云計算是在分布式系統(tǒng)、網(wǎng)格計算等發(fā)展的基礎(chǔ)上提出的一種新型計算模型，是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，它面對的是超大規(guī)模的分布式環(huán)境，核心是提供數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

云計算借用了量子物理中的“電子云”（Electron Cloud）思想，強(qiáng)調(diào)說明計算的彌漫性、無所不在的分布性和社會性特征[1]。 “云”是指計算機(jī)群，每一群包括了幾十萬臺、甚至上百萬臺計算機(jī)，是數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用服務(wù)的中心，用來完成存儲和計算的工作，“云”中的計算機(jī)可以隨時更新，并且這種更新是透明的。主要的IT廠商，如谷歌（Google）、微軟（Microsoft）、IBM、雅虎（Yahoo）、亞馬遜（Amazon）等，都已經(jīng)具有并正在建設(shè)“云”。

在云計算中，用戶所處理的數(shù)據(jù)并不存儲在本地，而是保存在互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心，用戶所需的應(yīng)用程序并不運(yùn)行在用戶的個人電腦、手機(jī)等終端設(shè)備上，而是運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上大規(guī)模的服務(wù)器集群中。提供云計算服務(wù)的企業(yè)負(fù)責(zé)管理和維護(hù)這些數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)作，為用戶提供足夠強(qiáng)大的存儲空間和計算能力。用戶只需能夠接入互聯(lián)網(wǎng)，就可以通過電腦、手機(jī)等終端設(shè)備，在任何地點(diǎn)方便快捷的使用數(shù)據(jù)和服務(wù)，而不需關(guān)心存儲或計算發(fā)生在哪朵“云”上，如圖1所示。可見，云計算將改變傳統(tǒng)以個人計算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)模式，Web將成為交往聚合與設(shè)備聚合的中樞，最終改變?nèi)藗儷@取信息、分享內(nèi)容和互相溝通的方式。

2 云計算相關(guān)技術(shù)

云計算由一系列新技術(shù)組合而成，如圖2所示。它由分布式計算、網(wǎng)格計算等技術(shù)發(fā)展而來，并融合了公用計算、虛擬化、Web 2.0等技術(shù)。從本質(zhì)上來講，云計算是服務(wù)器虛擬化技術(shù)和基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)（IaaS，Infrastructure as a Service）兩者的結(jié)合，其核心是將某一或某幾個數(shù)據(jù)中心的計算資源虛擬化之后，向用戶提供以計算資源為形式的服務(wù)。

（1） 云計算與網(wǎng)格計算

云計算技術(shù)是網(wǎng)格技術(shù)的發(fā)展，兩者有許多相似之處，都希望利用大量計算機(jī)，構(gòu)建出強(qiáng)大的計算能力。云計算環(huán)境可通過快速提供運(yùn)行網(wǎng)格應(yīng)用的物理和虛擬服務(wù)器來支持網(wǎng)格計算。同時，云計算也支持非網(wǎng)格環(huán)境，比如標(biāo)準(zhǔn)的三層Web架構(gòu)或Web2.0應(yīng)用。兩者之間的主要區(qū)別在于：從服務(wù)角度來看，網(wǎng)格計算一般更重視異質(zhì)資源整合，而云計算更重視提供基礎(chǔ)服務(wù)；為了方便管理，并充分運(yùn)用服務(wù)器的效能，云計算使用了虛擬化技術(shù)；網(wǎng)格運(yùn)算通常只使用專屬的應(yīng)用協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，而云計算當(dāng)前則存在多種技術(shù)架構(gòu)。

（2） 云計算與虛擬化技術(shù)

虛擬化是云計算最強(qiáng)調(diào)的特點(diǎn)。在計算機(jī)領(lǐng)域，虛擬化通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運(yùn)行，是把物理資源轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬌峡梢怨芾淼馁Y源。虛擬化技術(shù)可以擴(kuò)大硬件的容量，簡化軟件的重新配置過程。在云計算環(huán)境下，虛擬技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)虛擬成一個資源池，統(tǒng)一靈活調(diào)配。每一個應(yīng)用部署的環(huán)境和物理平臺無關(guān)，通過虛擬平臺進(jìn)行管理實現(xiàn)對應(yīng)用的擴(kuò)展、遷移和備份。

（3） 云計算與SaaS

SaaS（Software-as-a-service，軟件即服務(wù)），是通過互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)形式交付和使用軟件的業(yè)務(wù)模式。據(jù)Gartner公司估計，到2011年，25%的軟件將通過服務(wù)模式發(fā)布，SaaS將會逐漸成為軟件行業(yè)主流的應(yīng)用模式。但是隨著SaaS軟件客戶的增長，網(wǎng)絡(luò)存儲和帶寬等基礎(chǔ)資源逐步成為發(fā)展的瓶頸。云計算為SaaS的發(fā)展提供了條件，服務(wù)商可以選擇云計算平臺，使用云計算基礎(chǔ)架構(gòu)，通過低廉的價格為海量的用戶群提供更為穩(wěn)定、快速、安全的應(yīng)用和服務(wù)。

3 云計算的特點(diǎn)

云計算的特點(diǎn)和優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：

（1） 可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲

云計算提供了最為可靠安全的數(shù)據(jù)存儲中心，數(shù)據(jù)（如文檔和媒體）將會自動同步，通過Web可在所有的設(shè)備上使用。這樣避免了用戶將數(shù)據(jù)存放在個人電腦上可能造成的數(shù)據(jù)丟失或病毒等問題。同時，云計算通過嚴(yán)格的權(quán)限管理策略支持?jǐn)?shù)據(jù)的共享。

（2） 方便、快捷地云服務(wù)

云計算時代，用戶將不需要安裝和升級電腦上的各種應(yīng)用軟件，只需要具有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以方便快捷地使用云計算提供的各種服務(wù)。這將有效地降低技術(shù)應(yīng)用的難度曲線，進(jìn)一步推動Web服務(wù)發(fā)展的廣度和深度。

（3） 強(qiáng)大的計算能力

云計算為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了強(qiáng)大的計算能力，可以為普通用戶提供每秒10萬億次的運(yùn)算能力，完成用戶的各種業(yè)務(wù)要求。這種超級運(yùn)算能力在普通計算環(huán)境下是難以達(dá)到的。

（4） 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)預(yù)計，相對于機(jī)構(gòu)自身運(yùn)營的數(shù)據(jù)中心而言，云計算服務(wù)提供商的存儲成本一般只有其十分之一，而帶寬成本只有二分之一，計算處理能力成本只有三分之一。這將幫助一些機(jī)構(gòu)以比較低廉的架構(gòu)成本進(jìn)行運(yùn)作。

二 云計算研究現(xiàn)狀

云計算已經(jīng)得到包括谷歌（Google）、微軟（Microsoft）、IBM、雅虎（Yahoo）、亞馬遜（Amazon）等軟件廠商的重視，各個軟件廠商都在積極推進(jìn)云計算的研究和應(yīng)用，分別提出了針對云計算的方案和實現(xiàn)。

1 亞馬遜的彈性計算云

亞馬遜（Amazon）公司是最早的云計算實踐者之一。亞馬遜公司在構(gòu)建自身零售平臺時，使用了云計算的方法，將購物平臺構(gòu)建在其基礎(chǔ)之上。Amazon的云計算服務(wù)總稱為Amazon Web Services（AWS，Amazon WEB服務(wù)），它包括四種主要的服務(wù)：Simple Storage Service（S3，一種簡單的存儲服務(wù)）；Elastic Compute Cloud（EC2，彈性可擴(kuò)展的云計算服務(wù)器）；Simple Queuing Service（一種簡單的消息隊列）；以及仍處在測試階段的SimpleDB（簡單的數(shù)據(jù)庫管理）。

2 Google的云計算平臺

Google的云計算平臺主要包括Google針對云計算提出的大規(guī)模分布式計算的基礎(chǔ)架構(gòu)以及Google在此基礎(chǔ)之上構(gòu)造的云計算應(yīng)用服務(wù)程序。2008年4月，Google推出了App Engine云計算平臺[2]。App Engine是一個由Python應(yīng)用服務(wù)器群、BigTable（Google的一個內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）數(shù)據(jù)庫訪問及GFS（Google File System，Google文件系統(tǒng)）數(shù)據(jù)儲存服務(wù)組成的平臺。它能為開發(fā)者提供一體化的主機(jī)服務(wù)器及可自動升級的在線應(yīng)用服務(wù)，由用戶編寫應(yīng)用，Google提供應(yīng)用運(yùn)行及維護(hù)所需要的一切平臺資源。

3 IBM的云計劃

IBM公司在與Google的合作過程中，提出了自己對于云計算的理解以及相應(yīng)的技術(shù)解決方案。IBM公司于2007年11月15日在上海宣布了藍(lán)云“Blue Cloud”計劃[3]，使公司的數(shù)據(jù)中心能夠按照互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)程序的形式進(jìn)行組織，將計算能力分配到分布式全局可以訪問的資源組織中，而不是局限于本地的一些服務(wù)節(jié)點(diǎn)或者固定遠(yuǎn)端的服務(wù)器機(jī)群中。在藍(lán)云中采用了Xen的系統(tǒng)級虛擬化方法，同時提供虛擬化的服務(wù)器以及物理服務(wù)器的計算資源。

4 微軟的“云-端”策略

微軟的云計算戰(zhàn)略是“云-端”的共存與互動[4]，并提出了“軟件+服務(wù)”（S+S：Software + Service)業(yè)務(wù)模式，希望通過整合最優(yōu)秀的軟件和實時更新的服務(wù)，充分發(fā)揮技術(shù)在選擇性、適應(yīng)性和功能性方面的價值。Software主要指前端展現(xiàn)層，包括桌面客戶端（如：Vista、Office等）和智能/移動終端（如Windows Mobile等）；Services主要是指后端數(shù)據(jù)模塊，包括云計算服務(wù)（如：Windows Live）和企業(yè)后端（如Biztalk等)。微軟的Live Mesh是云計算及其Live戰(zhàn)略的最重要一步，目前正處于測試階段，已推出多個Beta版。Live Mesh可以稱為“互聯(lián)網(wǎng)上的Windows”，它以“軟件+服務(wù)”的方式將計算機(jī)、手機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)整合起來，允許用戶同步訪問、共享或存儲文件。

三 云計算對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的影響

在教育領(lǐng)域，2007年10月，Google和IBM聯(lián)合宣布推廣“云計算”的計劃，包括卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校在內(nèi)的多所高校都參加了該項計劃，我國的清華大學(xué)也于2008年3月加入了此項計劃。通過這項計劃，高校的研究者能夠更方便地利用Google和IBM的云計算資源，搭建出各種創(chuàng)新性的應(yīng)用。

傳媒學(xué)家麥克盧漢認(rèn)為“任何技術(shù)都傾向于創(chuàng)造一個新的人類環(huán)境”。云計算模式將為教育領(lǐng)域拓展出一個嶄新的學(xué)習(xí)空間，也為信息共享、信息協(xié)作和學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一個全新的環(huán)境。隨著云計算模式的逐漸發(fā)展和普及，學(xué)校、教育機(jī)構(gòu)和個人的信息處理會逐漸遷移到“云”上，這將對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)帶來積極的影響。一方面，學(xué)習(xí)者可以通過云計算提供的服務(wù)，自由地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式，更好地利用信息資源和服務(wù)。另一方面，教育管理機(jī)構(gòu)和教育科研工作者能更好地管理教學(xué)資源、開展教學(xué)設(shè)計、優(yōu)化教學(xué)過程。對于我們教育技術(shù)工作者來說，掌握云計算技術(shù)的思想和應(yīng)用模式，并在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)中進(jìn)行應(yīng)用，將對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)帶來新的推動。

1 學(xué)習(xí)者

云計算是學(xué)習(xí)者方便快速地構(gòu)建個人學(xué)習(xí)環(huán)境的有效手段，將支持并推動個人學(xué)習(xí)環(huán)境和非正式學(xué)習(xí)的發(fā)展。

（1） 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境

Web2.0環(huán)境下，以學(xué)習(xí)者為中心的個人學(xué)習(xí)環(huán)境將是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢，非正式學(xué)習(xí)將在學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動中占據(jù)越來越大的比重。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)已不再被局限在學(xué)校機(jī)構(gòu)的范圍中，而是更廣泛的、學(xué)習(xí)者可自行創(chuàng)建和管理的空間，學(xué)習(xí)活動也更多地由學(xué)習(xí)者自己而不是學(xué)校機(jī)構(gòu)來控制。學(xué)習(xí)者控制和管理個人學(xué)習(xí)，選擇所需要的學(xué)習(xí)資源和服務(wù)，不同的學(xué)習(xí)者會選擇不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容和工具來創(chuàng)建其個人學(xué)習(xí)環(huán)境。在云計算支持下，個人學(xué)習(xí)環(huán)境的基本要素如文本、音視頻、培訓(xùn)等都可以由云服務(wù)實現(xiàn)控制和管理。學(xué)習(xí)者只需要通過瀏覽器即可獲取構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境所需的數(shù)據(jù)和服務(wù)，而不需再掌握復(fù)雜的軟件操作，這樣極大降低了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的門檻。

（2） 提高學(xué)習(xí)生產(chǎn)力

云計算增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的靈活性和敏捷性，能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)工具的“按需而用、即需即用、快速聚合”，降低Web學(xué)習(xí)資源與服務(wù)的成本與難度，創(chuàng)建靈活敏捷的學(xué)習(xí)方式，創(chuàng)設(shè)豐富的學(xué)習(xí)情境，從而有助于提高學(xué)習(xí)生產(chǎn)力，最終提高學(xué)習(xí)效果。

2 學(xué)校管理機(jī)構(gòu)

云計算模式能極大地降低教育信息系統(tǒng)建設(shè)的成本。對于學(xué)校來講，通過投資建立計算中心成本較大，并且難以與教育信息系統(tǒng)的快速成長和服務(wù)多元化要求相匹配。云計算模式為學(xué)校提供了合適的借鑒方案，教育機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)中心的相關(guān)任務(wù)將可以選用云計算服務(wù)來完成，通過云計算提供的IT基礎(chǔ)架構(gòu)，可以節(jié)約成本，不用再投資購買昂貴的硬件設(shè)備，負(fù)擔(dān)頻繁的維護(hù)與升級。同時，云計算也將有效地消除教育信息系統(tǒng)中的“孤島”現(xiàn)象。網(wǎng)格技術(shù)給出了消除信息孤島的解決方案，作為網(wǎng)格運(yùn)算模式的發(fā)展和改進(jìn)，云計算提供了更強(qiáng)的管理機(jī)制、自動化部署和高層次的虛擬化，將實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的最大化資源共享和協(xié)同工作。

Gartner研究機(jī)構(gòu)的分析家稱，盡管云計算的全面實際應(yīng)用依然有一定距離，但是需要及早進(jìn)行規(guī)劃。在教育領(lǐng)域，學(xué)校管理機(jī)構(gòu)在現(xiàn)階段進(jìn)行信息系統(tǒng)建設(shè)和資源建設(shè)時應(yīng)該考慮到這一因素，一方面避免將來采用云計算時造成的硬件和軟件建設(shè)浪費(fèi)，另一方面，能使現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和資源能將來更好的與云計算環(huán)境縫合。

3 教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)人員

在云計算環(huán)境下，需要構(gòu)建支持網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的“云”服務(wù)，云服務(wù)的設(shè)計與開發(fā)是將來教學(xué)信息系統(tǒng)開發(fā)者要掌握的技術(shù)。圖3是e-Learn云的構(gòu)架，這里，基本云服務(wù)由服務(wù)商提供，e-Learn云服務(wù)和數(shù)據(jù)將由教學(xué)設(shè)計者和系統(tǒng)開發(fā)者共同研究、設(shè)計和開發(fā)。在云服務(wù)開發(fā)中，開發(fā)人員可以利用“松散耦合模式開發(fā)各個組成部分”[5]，使用相關(guān)的語言和框架開發(fā)出能夠在聯(lián)系松散的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)之間無縫使用的各種應(yīng)用。學(xué)習(xí)者通過Web瀏覽器或手機(jī)等移動設(shè)備，獲得互動性、體驗性、移動性和存儲服務(wù)。e-Learn服務(wù)和數(shù)據(jù)可以在最大范圍內(nèi)共享，避免了教育信息系統(tǒng)的重復(fù)開發(fā)。

四 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)的精神實質(zhì)是自由、平等和分享。作為一種最能體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)精神的計算模型，云計算必將在不遠(yuǎn)的將來展示出強(qiáng)大的生命力，并將從多個方面改變我們的學(xué)習(xí)、工作和生活。教育新技術(shù)研究的最終目的是為了將技術(shù)更好地應(yīng)用于教學(xué)，如何做到這一點(diǎn)，需要在對新技術(shù)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計開發(fā)其在教學(xué)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮新技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，通過技術(shù)在教育中的應(yīng)用體現(xiàn)和提升其價值。對云計算技術(shù)的研究，將有助于對網(wǎng)絡(luò)教育軟件未來方向的把握，促進(jìn)我們對相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步的廣泛深入研究，為技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的科學(xué)合理應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Ammon. 云計算簡介[EB/OL].

[2] Paul McDonald. Introducing Google App Engine.

[3] IBM. IBM Introduces Ready-to-Use Cloud Computing[EB/OL].

[4] 祁金華.云計算:網(wǎng)格計算的2.0. [EB/OL].

[5] Ray Ozzie.微軟首席架構(gòu)師Ray Ozzie發(fā)表關(guān)于微軟服務(wù)戰(zhàn)略的備忘錄[EB/OL].