北京科技大學：校園云按需租用資源

文/楊揚

北京科技大學：校園云按需租用資源

文/楊揚

利用云計算等技術，通過虛擬化IT資源，對現有的硬件資源進行動態的分配和管理，以租賃的方式將IT資源提供給用戶。

目前，我國高校信息化建設面臨的主要問題有：

1.公共資源重復購置，利用率低；2.資源分散管理、投資回報低；3.重復進行軟件安裝、升級和防病毒工作；4.無法彈性擴展，無統一接口；5.無法支撐決策分析，缺少辦公化集中管理；6.獨自進行科研工作，無法有效協作，成果無法共享；7.無法為科學計算提供有效支撐。

為了解決這些問題，人們不斷進行理念的改革和技術的創新。北京科技大學利用云計算等技術開發了校園云解決方案。校園云可以將分散的異構資源整合為資源池，提高資源利用率，并對資源進行統一規劃和管理，提高現有設備的利用率，降低購置成本，節省能源消耗等。同時，平臺提供的虛擬機和相關應用的租用還可以節省用戶的大量時間，用戶只需要登錄平臺制定自己所需的虛擬機即可。

提高IT資源利用率

云計算是從2007年開始興起的商業計算模型，通過虛擬化IT資源，對現有的硬件資源進行動態的分配和管理，以租賃的方式將IT資源提供給用戶，可以提高資源的利用率，同時可以降低IT建設的投入，實現節能減排，低碳環保。

充分利用閑置且分散的機房資源

由于學校有計算機中心，每個學院也有自己的實驗室機房，而有些課程（包括公共基礎課和實驗課）都是在計算機上實現的，如果把這些機房的資源都放到云平臺上，既可以整合和充分利用資源，也可以節省場地和學生配置等諸多問題，還可以大大降低對計算機維護的工作量。

共享科技文獻與科研成果服務

每位科研人員的手里都有大量科研文獻和研究成果，但缺乏有效的管理和利用。利用云存儲，可將科研人員在不同科研方向所整理的科技文獻等資料集中、分類管理，實現資料的共享，并且實現與已有的科技文獻庫（例如高校圖書館科技文獻庫資源）集成管理。此外，我們可以以校園科研云為基礎，為科研人員提供科研成果共享平臺，提供二次開發基礎，包括科研環境和平臺共享，可以根據用戶科研項目不同，支持不同科研環境的搭建，提供虛擬開發、測試、部署、運行環境的提供（包括虛擬網絡環境），并為團隊共享及協作提供支持。

辦公化集中管理

學校行政處室系統分散，且每個部門都有自己的網站，管理不集中，會導致人員和資源的浪費與不均衡。如果我們把相應的辦公軟件都部署到云平臺上，那么就能實現節省成本，節能減排的目的。因此，開發可靠的高性能校園云來解決高校面臨的實際問題，是一項有意義的工作。

提供新型資源租用服務

云計算使按需服務成為可能

云計算本質是眾多新技術發展的必然趨勢，是社會需求的推動（資源，成本，能源）結果，是由需求引導的網絡環境下的各個要素構成的有機體。它提供了一種新的以按需租用資源的業務模式。

個人和單個設備的能力有限，但在“云”的另一端，由成千上萬臺的服務器組成的集群為人們使用網絡提供幾乎無限多的可能。

云計算的特征是：

1.超大規模：前所未有的計算能力；2.虛擬化：任意獲取相應服務；

3.高可靠性：數據多副本，計算節點同構可互換等措施；

4.通用性：不針對特定應用；

5.高可擴展性：動態伸縮，滿足規模增長需要；

6.按需服務：提供龐大的資源池，用戶可按需購買；

7.廉價：自動化集中式管理。

總之，云計算為人們提供了可靠、安全的數據存儲中心，用戶不用再擔心數據丟失、病毒入侵等麻煩。云計算對用戶端的設備要求最低，使用起來也很方便。而且，云計算為我們使用網絡提供了諸多可能。

離開了云計算，僅僅使用個人計算機或手機上的客戶端應用，我們是無法享受這些便捷的。個人計算機或其他電子設備不可能提供無限量的存儲空間和計算能力，但在“云”的另一端，由數千臺、數萬臺甚至更多服務器組成的龐大的集群卻可以輕易地做到這一點。個人和單個設備的能力是有限的，但云計算的潛力卻幾乎是無限的。

云計算集中資源支持分散應用

網格計算和云計算有相似之處，特別是計算的并行與合作的特點，但彼此的區別也是明顯的。主要有以下幾點：

首先，網格計算的思路是資源發現、資源共享和支持QoS服務，通過支持各種設備的接口獲取分布在不同地點的資源，這些資源主要包括軟件和硬件資源以及網絡資源，通過管理和調度算法實現對網絡中各種資源的動態共享；而云計算除了將資源集中進行管理外，更強調的是服務，以高質量服務的可租賃方式提供給用戶。

其次，在對待異構性方面，二者理念上有所不同。網格計算用中間件屏蔽異構系統，力圖使用戶面向同樣的環境，把困難留在中間件，讓中間件完成任務。而云計算實際上承認異構，用鏡像執行或者提供服務的機制來解決異構性的問題。當然不同的云計算系統并不相同，比如Google一般用專用的內部平臺來支持。

最后，網格計算更多地面向科研應用，商業模型不清晰。而云計算從誕生開始就是針對企業商業應用，商業模型比較清晰。

總之，云計算是以相對集中的資源，運行分散的應用（大量分散的應用在若干大的中心執行）；而網格計算則是聚合分散的資源，支持大型集中式應用（一個大的應用分到多處執行）。網格計算作為一種面向特殊應用的解決方案將會繼續在某些領域存在，而云計算作為一場IT變革，則會深刻影響整個IT產業和人類社會。

圖2 云計算體系結構

構建“云”網絡

云計算平臺是一個強大的“云”網絡，連接了大量并發的網絡計算和服務，可利用虛擬化技術擴展每一個服務器的能力，將各自的資源通過云計算平臺結合起來，提供超級計算和存儲能力。通用的云計算體系結構如圖2所示。

云用戶端

云用戶端提供云用戶請求服務的交互界面，也是用戶使用云的入口，用戶通過Web瀏覽器可以注冊，登錄及定制服務，配置和管理用戶，打開應用實例與本地操作桌面系統。

服務目錄

云用戶在取得相應權限（付費或其他限制）后可以選擇或定制服務列表，也可以對已有服務進行退訂的操作，在云用戶端界面生成相應的圖標或列表的形式來展示相關的服務。

管理系統和部署工具

管理系統和部署工具提供管理和服務，能管理云用戶，對用戶授權、認證、登錄進行管理，并可以管理可用計算資源和服務，接收用戶發送的請求，根據用戶請求轉發到相應的程序，調度資源，智能地部署資源和應用，動態地部署、配置和回收資源。

資源監控

監控和計量云系統資源的使用情況，以便做出迅速反應，完成節點同步配置、負載均衡配置和資源監控，確保資源能順利地分配給合適的用戶。

服務器集群

服務器集群是虛擬或物理的服務器，由管理系統管理，負責高并發量的用戶請求處理、大運算量計算處理、用戶Web應用服務，存儲云數據時采用相應數據切割算法采用并行方式上傳和下載大容量數據。

用戶可通過云用戶端從列表中選擇所需的服務，其請求通過管理系統調度相應的資源，并通過部署工具分發請求、配置Web應用。

技術積累孕育校園云

北京科技大學云計算平臺源自十多年來對高性能計算和網格計算的積累，整合多種技術發展而形成，提供IaaS（架構即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）能力，是私有云的一體化解決方案。該平臺提供了更好的資源整合與更加智能化的資源分配能力，可以更快地響應業務需求，提供更高的資源利用率和更低的成本。

高效的平臺體系

北京科技大學云平臺（以下簡稱：平臺）提供給用戶架構和軟件級服務，平臺承載虛擬機的租賃使用、用戶自定義應用的部署以及軟件的使用等服務。平臺呈現給用戶良好的操作界面，直觀簡單，使得用戶只要利用最簡捷的操作，就可以完成自己的服務請求。

平臺具有完善的統計分析系統和計費系統、準確有效的分析歷史數據、形象直觀的平臺服務數據分析和統計圖標、完善精確的計費系統，保證用戶最大限度地節約資源，最有效地使用資源。圖3是校園云平臺體系結構圖。

十大技術特色

1.提供完備的架構即服務的支持

支持物理機和多種虛擬機計算環境，不依賴和受限于特定虛擬化技術廠商，可創建一個共享的計算架構。目前支持的虛擬機技術包括：VMWare、Citrix Xen、Red Hat Xen和KVM，提供資源預約和按需分配的調度策略，提供靈活完善的資源感知的分配策略，可根據用戶的資源請求和資源的可用情況動態分配資源。

2.提供快捷的平臺即服務的支持

應用開發者通過所見即所得的應用程序參數表單定制服務界面，通過智能化的向導創建標準的服務，靈活快捷地定制各種應用服務。

3.提供完善的軟件即服務的支持

圖3 校園云平臺體系

支持單用戶、多租戶的體系結構，利用集中化優勢將來自不同服務提供商的軟件綁定在一起，為終端用戶提供功能豐富的體驗。

4.自助式服務

像“購物車”一樣，用戶可以按自己的需要選擇服務的類型、數量和起至時間，系統自動生成服務合同和賬單。

5.基于角色的權限管理

支持用戶角色定義和LDAP，提供細粒度的權限控制，可根據角色的權限，對頁面進行訪問控制。

6.完善的運維監控平臺

提供可視化的流程定義和監控管理，在硬件級上，支持對云狀態的實時監控；在軟件級上，支持統一管理許可證服務（啟動和停止）與錯誤報警和自動恢復。

7.完善的統計分析和報表平臺

通過對校園云中每個物理和虛擬節點的使用率、作業運行時間、計費明細等進行詳細地統計分析，生成各種統計報表，為管理者提供決策依據。

8.良好的可擴展性

云平臺支持動態部署，并可在兩個層面擴充。在單云層面，可以擴充到幾千臺計算機在單一的云中；從整體架構層面，可以支持幾十至上百個云的整合。基于該云平臺的應用程序易于構建和維護，并可根據訪問量和數據存儲等需要的增長輕松擴展。

9.開放的架構和接口

云平臺全生命周期的事件都向第三方開放，包括合同、資源請求和資源可用狀態等。事件處理框架允許通過第三方的系統觸發業務流程，支持如下方式的事件處理：SMTP、SNMP Trap、JMS、命令等。

10.成熟可靠

該平臺基礎架構由可靠、成熟的系統模塊組成。

北京科技大學校園云以“北京科技大學云計算實驗室”為依托，已經建成一個可用的最小實現平臺。該平臺已達到幾大目標：在目前平臺的基礎上，根據新的需求進行研究與開發；能夠針對未來的業務進行擴充；具有學術研究的功能，能對研究的算法進行驗證，并能在平臺上進行研究，提供有價值的研究算法，能為云計算儲備研究與開發力量，云計算實驗室作為和企業合作的典范，能為企業輸送優秀的人才；不僅能為校園網云計算提供實際可行的演示環境，具備快速推廣功能，還應該能為其他行業提供可信的云計算服務演示；具有遠程服務和培訓的功能。

（作者單位為北京科技大學網絡中心）