云計算在高校信息化建設中的應用研究

[摘 要]從支撐技術和IT服務模式兩方面介紹云計算，并闡述云計算在高校信息化建設中所帶來的節約投資成本、提供安全數據存儲、提高資源共享水平、改善軟件使用方式和為高校帶來豐富應用等5種優勢;認為高校應采用專用云與公用云相結合的混合云應用模式;并提出由基礎設施層、基礎設施服務層、平臺服務層和應用服務層組成的高校專用云結構模型。

[關鍵詞]云計算;高校;信息化

DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.08.046

[中圖分類號]G350 [文獻標識碼]B [文章編號]1008-0821(2010)08-0167-04

The Application Research of Cloud Computing

in University Information ConstructionCao Taifeng Li Duanming

(Institute of Economics and Management，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China)

[Abstract]Based on supporting technology and IT service pattern，this paper introduced cloud computing，and elaborated 5 advantages of cloud computing in university information construction，such as saving investment cost，providing secure data storage，improving software usage，raising the level of resource sharing and bringing rich applications.Finally，This paper suggested that university should utilize mixed cloud to build campus information，and use hierarchical model to build private cloud university.

[Keywords]cloud computing;university;informationization

近兩年，IT界出現了一個新的詞匯——云計算，它的出現震撼了整個IT界，成為當今最為熱門的詞匯之一。從Amazon的S3和EC2到IBM的藍云計劃，再到Google的Google AppEngine，這一切都證明云計算正逐步走入我們的生活。云計算將計算和存儲集中到網絡中，讓本地應用程序和客戶端簡單到只有一個支持腳本的瀏覽器，使個人計算機的性能最小化，功能最大化。而這種對資源進行分配的方式正是高校教學資源整合所需要的[1]。因此，本文將云計算的概念引入到高校信息化建設中來，以期達到提高高校信息化水平，進而推動我國高校事業發展。

1 云計算

到目前為止，云計算還沒有一個統一的定義。按Gartner專家的定義，云計算是一種新興的、極具延展能力的運算方式，它能將包括計算、儲存及視頻等以服務的形式透過網絡方式提供給用戶[2]。也就是說云計算是基于互聯網的超級計算模式，它將各種IT資源集中在一起形成巨大的資源中心，用戶可以通過互聯網按需租用資源。這就好比是從古老的單臺發電機模式轉向了電廠集中供電的模式，它意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費用低廉，最大的不同在于，它是通過互聯網進行傳輸的[3]。我們可以從支撐技術和服務模式兩方面來解釋云計算:

1.1 云計算建立在虛擬化技術、分布式計算和并行計算等技術基礎之上的，是這些技術的繼承和發展虛擬技術將網絡中的服務器、存儲和網絡虛擬成一個資源池，統一靈活調配;而分布式計算和并行計算可以透過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經計算分析之后將處理結果回傳給用戶[4]。

1.2 云計算指服務的交付和使用模式，用戶通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的服務這些服務不僅僅包括傳統網絡所提供網頁瀏覽、即時通訊等應用，還包括計算能力、存儲能力、應用平臺等一切IT所能提供的應用。這一模式解放了人們對單一終端的配置需求，手機、移動終端、個人電腦可以隨時隨地通過互聯網享受包括超級計算在內的各種服務和應用。云計算使人們從傳統的一個以個人桌面系統為中心的應用模式向新的以網絡為中心的應用模式轉變。

2 云計算在高校信息化建設中的應用

2.1 云計算對高校信息化建設的影響

傳媒學家麥克盧漢說過“任何技術都傾向于創造一個新的人類環境”，那么集現代計算機技術于一身的云計算也必將帶給我們一個全新的世界。而將云計算運用于教育領域，用其進行改善高校信息化建設，必將有效提高我國高校信息資源開發利用水平，進而推動我國高校教育的發展。將云計算運用于高校信息化建設具有以下優勢:

2.1.1 云計算降低了高校信息化建設中巨大的硬件成本

對于各大高校來說，無論是日常辦公還是科研和教學都需要一筆巨大的開支來購置硬件資源。由于現代信息技術發展日新月異，致使其硬件設備更新換代周期越來越短，這些設備往往在購置后卻使用不了多長時間就需要更新換代。這樣下來，高校需要不斷補充新的硬件設施，也不斷將往日的投資變成電子垃圾，循環往復，高校的硬件設施投資，成了沒有盡頭的無底洞。如果高校采用云計算所提供的服務，這樣的問題將會得到很好的解決。云計算的優點在于解放了計算能力對終端的限制，即使像手機、移動終端、上網本等低配置的終端設備，也能得到類似超級計算的應用。所以高校完全可以節約初期的投入——本身不必配置高性能的硬件設備，以后也不需要關注設備的更新換代，這樣下來高校在硬件設施上的投入成本將大大的降低。

1.2 云計算為高校提供了安全的數據存儲服務

隨著人們對電腦的逐漸依賴，計算機病毒和木馬也成為了我們生活中的常客，手機、個人電腦、服務器等設備的數據時時都有丟失和損害的威脅。在高校中，由于計算機和移動存儲設備的交叉使用，機房成了大家公認的病毒集散地，導致了計算機病毒在校園網和學校機房的廣泛傳播，甚至連教師上課的所使用的教師機也變成了病毒的樂園。因此，人們必須購買殺毒軟件，以防治病毒。但是，現在并沒有一個殺毒軟件能包治百病，病毒更新的速度遠比殺毒軟件更新的速度快得多。人們往往為了殺病毒，嘗試很多種殺毒軟件，即使有時候僥幸把病毒殺了，系統文件和一些重要的文件也隨之丟失，信息安全問題造成了人們極大的困惑。云計算為人們提供了云存儲服務，云存儲將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協同工作，共同對外提供數據存儲和業務訪問功能。使用了該服務后，老師和學生都可以隨時隨地僅憑密碼方便地存取自己的重要數據，既不用擔心由于自己的存儲設備損壞導致數據丟失，也不用擔心病毒入侵將數據損壞，因為這些工作都是由專業的云存儲服務商來提供，他們有先進的技術和專業的團隊，還有云的強大計算力的支撐[5]。

2.1.3 云計算改善了人們對應用軟件的使用方式

隨著人們對電腦的不斷依賴，無論是個人電腦還是服務器都必須安裝大量的應用軟件才能滿足日益增長的信息需求。高校更是如此，機房里的電腦則提供給不同年級甚至不同專業的人使用，為了滿足不同學生的學習需求必須在機房的計算機里存儲或者安裝大量的應用軟件;公共教室的教師機也是如此，一臺電腦往往需要供多個教師使用，必須安裝每個老師所授課程需要的軟件。這樣就造成了計算機的使用負擔和系統使用效率的低下，更有甚者，隨著應該軟件更新速度的加快，軟件對硬件的需求不斷增高，原有的計算機也不得不面臨不斷被淘汰的命運。這樣的應用軟件使用方式越來越不適應科研、教學的需要。云計算為人們提供了在線使用應用軟件的功能，各種軟件的使用都采用類似于租借的形式，統統來自于SaaS的“云海”中，人們如果需要某種應用軟件只需要提出申請即可，不需要再費時費力的為所有計算機安裝所有課程需要使用的軟件。軟件版本的更新和授權問題也統統丟到“云”里。

2.1.4 云計算提高了資源共享水平

據分析，我國在高校信息化建設中由于未能制定有效的統一規劃和長遠目標，造成了重復建設嚴重、資源獨立分散以及信息平臺難以有效整合等問題的產生[6-7]。這些問題造成了高校之間、高校各部門之間的信息不能有效共享，嚴重影響了業務的順利執行，信息化作用沒有得到有效體現。而云計算的出現恰恰為這些問題的解決帶來了希望。云計算對基礎設施進行了統一的配置和管理，它把CPU、存儲器、網絡等資源整合在一起形成了一個統一的資源池，并且這個巨大的資源池可以通過網絡方便快捷的為人們提供服務。這種集中管理利用資源的方式將有效消除資源獨立分散造成的資源閑置、資源浪費以及基礎設施超負荷現象，使IT基礎設施得到了充分的利用。另外，由于云計算提供了PaaS和平臺虛擬化技術，因此，在開發應用軟件時可以忽略操作平臺和開發平臺的選擇，并且用戶通過瀏覽器就可以組建自己的應用，從而可以以一種統一的信息標準接口開發各類應用程序。這樣就避免了由于接口不一致造成的信息溝通不暢，減少了信息孤島的產生，使得管理層可以對任務進行統一調度，同時也為高校管理層進行數據分析、決策提供了方便[7]。

2.1.5 云計算為高校帶來了更加豐富的應用

很多高校在信息化建設上急功近利，對能夠在短時間即見成效的硬件設施建設上力度比較大，而對費時又費錢的教育信息資源建設比較疲軟，出現了信息高速公路上有路無車、有車無貨現象。這種現象造成廣大師生對信息設施的使用僅限于一般的信息瀏覽、發送郵件和聊天等一些最基本的應用，遠不能滿足其在教育教學過程中對信息資源使用的需求[8]。云計算將對這種現象帶來很大的改觀，它具有三大基本應用形式:軟件即服務(Software-as-a-Service，簡稱SaaS)、平臺即服務(Platform-as-a-Service，簡稱PaaS)和基礎設施即服務(Infrastructure-as-a-Service，簡稱IaaS)，這使得人們可以通過Internet按需取得應用軟件、開發平臺以及基礎設施，最大限度的為自己的信息資源開發與利用提供服務。

SaaS將所有應用軟件和數據資源集中在云端為高校科研教學提供了一個巨大的資源庫，它擴大了高校師生選擇信息資源的范圍，使資源的使用由有限趨向無限;PaaS則可以為高校及其師生提供軟件應用與開發的平臺，在該平臺上不僅可以運行高校的信息系統和日常應用軟件，還為軟件開發專業的學生提供了極大的方便，使他們在進行軟件開發時不再受終端性能的限制，而開發出具有強大功能的軟件;IaaS將服務器、存儲系統、交換機、路由器連接在了一起、集中使用，通過網絡為用戶提供基本存儲和計算能力，這意味著虛擬計算機不僅具有快速的處理能力，而且擁有穩定的存儲能力，并為Internet訪問預留了帶寬。通過使用該服務，學生可以獲得超級計算能力，進行人類基因組學的研究、天文學問題研究、數學難題研究以及其他的科學問題研究。當然，這只是云計算帶來了最基本的應用，由此還可以衍生出更多更豐富的應用，比如管理服務提供商應用、商業服務平臺應用以及互聯網整合應用等等。

2.2 基于云計算的高校信息化建設

2.2.1 高校混合云模式

SUN在其云計算解決方案白皮書《云計算架構介紹》把云分為專用云、公用云和混合云。SUN認為專用云是為一個客戶單獨使用而構建的，因而提供對數據、安全性和服務質量的最有效控制;公用云是由第三方運行的，而不同客戶提供的應用程序可能會在云的服務器、存儲系統和網絡上混合在一起;混合云則把公用云與專用云結合在了一起[9]。

我國高校在信息化過程中對IT基礎設施建設進行了大量的投入，不僅購置了大量的硬件設施，而且網絡建設也形成了一定的規模:國內很多高校擁有1000兆主干帶寬，一些綜合類院校甚至已經升級到了萬兆校園網。由此可知，我國高校具有建立專用云的基礎。但是，在建設高校云的時候，不能盲目追趕潮流，既要發揮云計算的優勢又要符合高校自身的實際情況。

(1)高校云建設要有明確的目的性和針對性。高校的主要任務是教學和科研，因此高校信息化的核心就是為科研教學提供豐富的資源和便捷的應用平臺。因此，在建設高校云時，應該緊緊圍繞這個核心，有針對性的開展高校信息化建設工作。高校云針對學校的師生用戶，而不是面向廣大社會群體;高校云應該以提供科研教學資源為主，而不應該試圖提供商業應用以獲取巨大利益。

(2)高校云的建設應該立足本校實際情況，充分利用共享資源。我國高校存在著資源分配不均衡的狀況:有的高校有充足的資金進行自己的信息化建設，因此可以購置大量的軟硬件資源，而有的學校，比如民辦高校，由于沒有充足的資金來源，他們僅僅在某一部分實施了信息化;有的高校重視某個學科的發展，因此在購置教學資源時也存在著厚此薄彼的現象。由于云計算能帶來信息資源、軟件資源甚至包括計算資源、存儲資源的快捷方便的共享，所以在云計算建設中，應該立足本校資源，充分利用外部資源:有實力的高校可以單獨建設自己的專用云，實力較弱的高校可以采用校校聯合的方式建設，實力更小的學校可以直接采用公用云的服務。另外，一個地區甚至整個國家可以對高校專用云進行統一管理，建立起較大的區域云或者教育領域云，以達到各高校IT資源的有效共享和應用。

(3)混合云應用模式。根據以上分析，本文建議采用如圖1所示的高校混合云模式進行高校信息化建設。在該模式里，各高校專用云結合形成全國的教育云集，各公司的公用云形成外部云集，這些云集共同為高校用戶服務。高校用戶可以通過PC、筆記本電腦、手機和PDA等各種終端獲取云計算所提供的服務，當本校的專用云不足以滿足需求時，高校專用云自動向全國教育云集里的其他高校請求幫助，如果高校云集里沒有足夠的資源協助時，高校專用云向外部云提出資源申請。

圖1 高校混合云應用模式

值得指出的是，高校專用云之間、高校專用云與外部公用云之間應該采取統一的資源共享協議和標準，只有這樣才能達到各云的無縫集成和共享。

2.2.2 高校專用云的架構

高校信息化建設的最終目的是為高校的信息資源開發與利用提供有效、快捷的服務，而云計算為用戶提供了3個層次的基本應用服務。因此，本文建議根據三大基本形式的云計算服務對高校專用云進行分層架構。

如圖2所示，由下至上，可以將高校專用云分為基礎設施層、基礎設施服務層、平臺服務層以及應用服務層4個層次，下層為其上一層提供服務支持。其中，基礎設施層又分為物理層和虛擬設施層，物理層由服務器、存儲器和路由器等硬件設施組成，虛擬設施層采用虛擬化技術將物理層的設備虛擬成一個巨大的基礎設施資源池，該層作為整個云的基礎平臺直接為基礎設施管理層服務。基礎設施管理層負責對基礎設施進行統一配置，統一管理，并實時監測工作負載需求，自動分配基礎設施資源。基礎設施管理層主要為其上層平臺管理層提供服務，除此之外還可以通過互聯網直接滿足用戶的基礎設施需求。平臺管理層建立在基礎設施管理層之上，它除了為應用層提供軟件的支撐平臺外，還可以通過互聯網向用戶直接提供軟件開發平臺。高校專用云的最上層是應用層，它提供最為接近用戶的服務——應用程序，并允許從Internet系統環境中部署軟件，使之在多租戶運營平臺下運行。

圖2 高校專用云棧結構模型

高校專用云計算平臺采用層次結構具有如下優點:各層之間是獨立的，結構較清楚，靈活性較好;結構上可分割開，易于實現和維護;接口開放，標準規范，便于組建和管理[10]。

3 結論與展望

綜上所述，云計算是一個新興的、革命性的概念。它使人們從個人終端解脫出來，使人們從傳統的一個以個人桌面系統為中心的應用模式走向了新的以網絡為中心的應用模式。在這種模式里，人們可以像使用水電一樣使用IT資源;人們也可以像存取錢一樣存取自己的數據。這種模式可以使最小化性能的計算機獲得最大化的功能，它將改變我們的生活方式，最終改變我們的世界。

理所當然，云計算也能改變我們的高校教育事業。將云計算運用于高校信息化建設將能節約高校的信息化投資、提高高校信息資源共享水平，還能為高校的科研、教學提供更為豐富的應用與服務。然而，云計算終究還是個新事物。作為新興的概念，云計算迄今還沒有統一的標準和實現方式，將云計算機運用于高校信息化建設更是任重而道遠。我們還需要從很多方面進行努力，比如云間互通的協議、云數據的標準、接入Internet的網絡帶寬、高校專用云間的資源分配方式等等。成功的路上往往布滿了荊棘，我們完全有理由相信云計算對高校信息化的變革會很快到來。

參考文獻

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