基于云計算的數字校園的實現

摘 要：對云計算技術進行了研究，以武警警官學院數字校園建設為切入點，提出了將云計算應用于數字校園的構建計劃，并以云存儲技術為支撐提出了策略。

關鍵詞：數字校園；云計算；云存儲

目前，隨著計算機技術的發展，數字化校園建設已經成為高校核心競爭力的顯著標志。大部分高校已經投入巨資開始了數字化校園的建設，并建成了以高速運行的校園網絡為基礎的各種信息和應用系統，高校教育信息化建設也經歷了從以硬件基礎設施建設和系統建設為主的階段，并逐漸過渡到各應用系統整合，優化結構配置，提供更靈活服務的階段。

1 云計算概述

云計算是由規模經濟拖動，為互聯網上的外部用戶供一組抽象的、虛擬化的、動態可擴展的、可管理的計算資源能力、存儲能力、平臺和服務的一種大規模分布式計算的聚合體[1]。

云計算其主要特點如下[2]：

（1）規模超大。云計算是一種分布式計算模式，并且是有規模經濟驅動的計算模式，因此，通常情況下，“云”具有相當的規模，只有如此才能實現云計算的各種優勢，尤其是服務的能力和對應的規模經濟。

（2）虛擬化技術。云計算為用戶所提供的不同類型不同層次的服務是借助于虛擬化技術實現的，對各功能的抽象封裝是其實現的關鍵。普通用戶可以隨時隨地獲取服務商所提供的應用或者服務，而根本不用知道具體的服務器在何處、具體的實現細節是怎樣的。

（3）高可靠性。為保證應用與服務的質量，可靠性是必不可少的，這一點通常借助于商用服務器機群，并使用數據多副本容錯、計算結點同構等方法來保證。

2 數字校園云平臺的設計

2.1 設計目標

武警警官學院數字化校園的以刀片服務器和SAN 存儲連接方式為基礎，采用傳統的網絡和規劃設計思路，每個刀片運行單一核心應用，通過多個刀片來實現多個應用的部署方式，主要運行教務系統、統一身份認證、統一信息門戶平臺、人力資源管理系統、學工管理系統及協同辦公系統等。隨著項目建設計劃，云計算技術熱點的出現及其給數據中心帶來的巨大優勢、與資源靈活應用與整合的特點日益明顯，越來越多的數據中心都在向云計算方向改造和發展，我們在項目規劃和建設階段中，充分調研并通過對現有應用分析與統計的基礎上，也提出了向云計算平臺發展的總體建設思路。

2.2 云平臺的構建

2.2.1 云計算平臺核心組成

云計算服務器系統云（核心應用系統）：是云計算平臺中主要運行虛擬機及應用的核心計算資源的組成，它是刀片服務器組成，形成統一的資源池，包括cpu、內存、網絡資源池，配合存儲云系統部分的存儲池，構成一個統一的可分配置的資源池，規劃中的核心十幾個應用及未來的應用都會從資源池中獲得資源分配并運行在其上，通過其高級的功能資源平衡調度、虛擬機高可用性、虛擬機的在線遷移、電源節省等可以更有效地、靈活地分配和調整應用的資源，實現高效、可靠、穩定、靈活、快速、方便、易擴展等的特點[3]。

云計算存儲云：是云計算平臺中主要應用數據和虛擬機存儲池統稱，是實現服務器云的核心數據支撐系統，在二期規劃中，存儲云從功能上來分主要被分為兩大部分，一部分用于云計算平臺的存儲池（虛擬機映像區、應用程序數據區、應用模板區），另一部分用于外部數據庫系統的數據存儲（共享數據庫系統，RAC 配置）。

云計算平臺管理中心：實現對整個云計算平臺的管理，主要完成數據中心、網絡、虛擬主機及集群管理、計算資源管理、虛擬機分配、資源調度、高可用性集群管理、虛擬機在線遷移、虛擬主機維護、存儲池管理、電源管理等高級特性，云計算平臺功能核心管理中心同時還包括用戶自主服務門戶系統，完成不同用戶的資源使用監控、統計、報表與云資源申請等功能，建議采用機架式服務器作為平臺管理服務器。

2.2.2 負載均衡器子系統

由兩個專門的硬件負載均衡器構成應用的負載均衡配置，結合云計算平臺監測腳本可以實現應用負載的自動啟動/停止擴展應用節點功能，充分滿足不同負載下資源的合理分配，同時又滿足SLA應用服務質量QoS的需求。

2.2.3 VPN服務器子系統

由專門的VPN服務器設備構成，同時Red Hat云計算軟件支持與其無縫連接，同步云計算臺中用戶身份信息與VPN服務器用戶身份信息，主要實現校園網外用戶對云計算和應用的訪問。

2.3 云平臺物理架構

根據不同的業務需求劃分了若干個功能區，另構建了服務器云與存儲云，并以此為基礎構建了虛擬化業務應用集群。而數據備份則使用磁帶機進行定時備份，在業務負載分擔方面采用了F5硬件設備來完成，同時還使用了防火墻、VPN、IDS、IPS 及審計設備保證整個數據中心的信息安全。圖1給出了云平臺的物理部署圖。

云計算管理平臺提供所有的管理功能，包括用戶管理接口工具C3M和云計算平臺管理RHEV-M，云計算平運行系統軟件的管理Ret Hat Network Satellite Server和應用服務器監控管理JBoss ON。云計算運維中心系統管理員也可以通過C3M管理工具通過WEB方式訪問云計算平臺。除了可以進行普通用可以進行的特征操作外，同時包括：對云計算平臺中所有用戶的管理、對云計算平臺中所有硬件資源的管理和分配、查看所有用戶對資源的使用情況，并結合未來的帳單系統實現對用戶的云計算資源的收費統計、云計算平臺網絡管理，如IP地址的分配與劃分、功能服務器模板管理。

3 云存儲技術

存儲云位于云計算中心的最底層，屬于云計算中心的子系統，主要提供整個云計算平臺的數據存儲及處理，由通用的SAN存儲設備構成。存儲云支持FCP、GFS/NFS、iSCSI等方式連接到服務器云計算子系統，提供靈活的可擴展的存儲空間，由于采用開放標準協議方式連接，具有無線可擴展性，支持按需在線增加存儲設備，按需在線增加到存儲云子系統，方便于未來云計算平臺的容量擴展。在云計算平臺中，可以把整個存儲云子系統當作一個存儲子系統加入到一個云計算數據中心。

整個存儲云是為云計算平臺提供數據可靠性服務的，所以其合理性劃分及可靠性至關重要，所以在存儲云的劃分上可以采用多種措施實現其可靠性要求。首先是磁盤的劃分，可以采用性能最好的RAID5+1的方式進行劃分，保證其中任意一塊磁盤的損壞都不會影響整個平臺的運行及數據丟失，同時RAID5又保證數據在讀寫的時候以并行方式進行存取，從而保證最高性能。其次是鏈路備分，最可靠的方法是采用雙鏈路方式進行連接，配備兩個光纖存儲交換機，通過服務器的兩塊HBA卡分別連接不同的交換機，同時通過Red Hat Enterprise Linux Server系統設置MultiPath多路徑方式，每個鏈路的失效，也不會中斷通訊，從而保證了存儲及數據的可靠性。

在云計算平臺中，存儲云的加入是由云平臺維護系統管理員進行的，完成對云計算平臺中的數據中心劃分后，通過Red Hat公司云計算管理平臺就可以加入存儲云子系統到云計算平臺中，選擇標準的連接協議后，Red Hat云計算平臺會自動地發現存儲，系統管理員選擇自己需要的存儲區域（已完成基本分區及文件系統的劃分與格式化），加入到數據中心就變成云計算平臺可用的存儲云系統。

總之，隨著教育信息化的逐步發展、國家政策的推進，數字校園的建設將越來越有助于提升學校的科研、管理和生活等各個方面，云計算在計算和存儲方面的優勢將充分應用到高校的數字校園建設中。

[參考文獻]

[1]許佳.淺談高校數字化校園建設[J].科技廣場，2010（04）.

[2]葉小波.云技術與數字化校園建設[J].信息與電腦（理論版）， 2011（05）.

[3]朱光磊.云存儲技術的發展應用趨勢探析[J].電腦知識與技術，2011（11）.