基于云計(jì)算的學(xué)校信息化應(yīng)用的研究

姜宇 趙紅光 趙寶芳

摘要：本文立足于云計(jì)算的基本概念和關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)高職學(xué)校實(shí)施信息化過程中面臨的硬件成本、軟件成本、人力成本和運(yùn)維成本四方面問題，依托學(xué)校信息化應(yīng)用現(xiàn)狀，提出高性能校園云的概念，從橫向和縱向兩個(gè)維度定義了校園云的三層系統(tǒng)架構(gòu)。本研究為高職學(xué)校信息化程度的進(jìn)一步提高和信息資源的進(jìn)一步完善提供了堅(jiān)實(shí)有力的支撐。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；校園云；服務(wù)；虛擬化

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0083-02

隨著我國教育信息化建設(shè)進(jìn)入深層次階段，高職學(xué)校信息化建設(shè)始終將基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)放在重要位置。無論是信息化應(yīng)用建設(shè)中的系統(tǒng)數(shù)量，還是教學(xué)資源需求均在日益增長。另一方面，從宏觀系統(tǒng)建設(shè)層次來講，高職學(xué)校在實(shí)施信息化應(yīng)用過程中也遇到諸多問題：基礎(chǔ)設(shè)施資源分布不均、設(shè)備利用率低、難以集中調(diào)配，造成硬件成本高；計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源重復(fù)建設(shè)，無法實(shí)施集約共建，造成軟件成本高；交付和應(yīng)急響應(yīng)遲緩，缺乏專業(yè)的運(yùn)維機(jī)構(gòu)和管理人員，造成人力成本高；業(yè)務(wù)系統(tǒng)與應(yīng)用平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，信息共享和應(yīng)用協(xié)同困難，造成運(yùn)維成本高。為此，本文提出以校園基礎(chǔ)設(shè)施為依托，以云計(jì)算技術(shù)為核心統(tǒng)籌所有資源，以面向服務(wù)和應(yīng)用的思想為目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)規(guī)范化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化的高性能校園云體系結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)校信息化應(yīng)用創(chuàng)新能力，改善學(xué)校信息化的實(shí)施能力和發(fā)展空間。

1 校園云服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

云計(jì)算包括三種服務(wù)模式，即：軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）[1]。校園云以三種云計(jì)算服務(wù)模式為基礎(chǔ)，全面整合教學(xué)、科研、行政、后勤機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有資源，搭建星型模塊化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，服務(wù)人群包括教師、科研人員、行政人員、學(xué)生，構(gòu)建起來的一個(gè)高性能校園云生態(tài)系統(tǒng)。如圖1所示，校園云的總體架構(gòu)采用分層設(shè)計(jì)模式，橫向分層代表各部分的靜態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系，縱向分類代表每組業(yè)務(wù)系統(tǒng)的依賴關(guān)系。各部分之間通過提供接口的方式提供服務(wù)和通信。

1.1 IaaS層

IaaS層分為物理硬件子層和虛擬化子層[2]。物理硬件子層是將物理上分散的硬件資源整合為一個(gè)全局虛擬資源池（包括：服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)）。虛擬化子層是憑借虛擬技術(shù)屏蔽掉物理硬件子層的差異性，虛擬出多個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，平臺(tái)的使用者將虛擬出來的空間當(dāng)做一個(gè)獨(dú)立的環(huán)境來使用，不需要考慮資源監(jiān)控、負(fù)載平衡、安全部署等必要配置。IaaS層服務(wù)對(duì)象是專業(yè)的系統(tǒng)管理員。

1.2 PaaS層

PaaS層將軟件運(yùn)行管理環(huán)境和業(yè)務(wù)支撐環(huán)境服務(wù)化為可編程的接口，對(duì)應(yīng)用完整生命周期（包括設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和部署等階段）的支持[3]。平臺(tái)的使用者向管理中心申請(qǐng)所需服務(wù)，管理中心根據(jù)需求動(dòng)態(tài)分配接口服務(wù)和公用性中間件，用戶不需要下載、安裝、配置應(yīng)用服務(wù)器和關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

1.3 SaaS層

SaaS層是面向校園各類事務(wù)提供的應(yīng)用軟件實(shí)施層，例如：日常OA系統(tǒng)、郵件系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)、學(xué)籍系統(tǒng)、資源庫系統(tǒng)等[4]，為終端應(yīng)用提供良好的UI用戶體驗(yàn)，利用IaaS層和PaaS層提供的接口服務(wù)，確保校園各類信息應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全的隔離和服務(wù)的整合。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)通過映射或抽象的方法屏蔽底層物理設(shè)備的差異性，形成統(tǒng)一、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的資源池。虛擬技術(shù)兩個(gè)必要的應(yīng)用方向是服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化，軟件市場成熟的虛擬化技術(shù)有VMware、XenServer和Hyper-V等[5]。

2.1.1 服務(wù)器虛擬化

服務(wù)器虛擬化分為三種類型[6]，第一種是在一臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬出多臺(tái)相互獨(dú)立、互不干擾的服務(wù)器；第二種是多臺(tái)物理服務(wù)器虛擬成一個(gè)邏輯服務(wù)器，這種類型多用于分布式計(jì)算時(shí)使用，多臺(tái)物理服務(wù)器相互協(xié)同處理同一個(gè)事務(wù)；第三種是前兩種的綜合運(yùn)用，即多臺(tái)物理服務(wù)器虛擬成一個(gè)邏輯服務(wù)器，再將這個(gè)邏輯服務(wù)器分割成多個(gè)虛擬成多個(gè)相互獨(dú)立、互不干擾的服務(wù)器。

2.1.2 存儲(chǔ)虛擬化

存儲(chǔ)虛擬化（Storage Virtualization）是對(duì)存儲(chǔ)硬件資源進(jìn)行抽象化表現(xiàn)，分離資源的邏輯映射與物理存儲(chǔ)，這種虛擬行為實(shí)施在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)實(shí)體上后形成一個(gè)“存儲(chǔ)池”，根據(jù)用戶所提需求動(dòng)態(tài)分配給用戶使用，用戶看不到實(shí)際的磁盤陣列，但虛擬存儲(chǔ)提供的空間和訪問速度和本次磁盤的效果是一樣的，這種行為貫穿整個(gè)校園云環(huán)境。

2.2 并行編程技術(shù)

在并行編程模式下，并發(fā)處理、容錯(cuò)、數(shù)據(jù)分布、負(fù)載均衡等細(xì)節(jié)都被抽象到一個(gè)函數(shù)庫中，通過統(tǒng)一接口，用戶的計(jì)算任務(wù)被自動(dòng)并發(fā)和分布執(zhí)行，即將一個(gè)任務(wù)自動(dòng)分成多個(gè)子任務(wù)，并行地處理海量數(shù)據(jù)。

2.3 云安全技術(shù)

云計(jì)算的全面整合、資源共享的場景對(duì)整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的安全提出了挑戰(zhàn)，云安全的解決方案將各部分職責(zé)分離，采用分層設(shè)計(jì)模式，每層的服務(wù)等級(jí)、隱私和符合性都是考察要素。IaaS層中，虛擬子層的安全保護(hù)屬于校園云管理機(jī)構(gòu)職責(zé)，物理硬件子層其它職責(zé)則屬于用戶。PaaS層居于兩者之間，校園云管理機(jī)構(gòu)為平臺(tái)自身提供安全保護(hù)，平臺(tái)上應(yīng)用的安全性及如何安全地開發(fā)這些應(yīng)用則為用戶的職責(zé)。SaaS層的應(yīng)用系統(tǒng)安全按常規(guī)系統(tǒng)安全級(jí)別配置。

3 結(jié)語

全面深化高職學(xué)校信息化建設(shè)對(duì)提升教學(xué)、科研、師資、管理、應(yīng)用和服務(wù)水平具有重要意義。本文設(shè)計(jì)提出的高性能校園云有利于全面整合校內(nèi)資源，有助于打破“信息孤島”，增強(qiáng)學(xué)校信息化可持續(xù)創(chuàng)新能力，有效控制硬件成本、軟件成本、人力成本、運(yùn)維成本問題，改善高職學(xué)校信息化建設(shè)的實(shí)施能力和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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[3]王燕.基于云服務(wù)的數(shù)字化校園云平臺(tái)設(shè)計(jì)研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2013，10（22）：48-50.

[4]楊威，楊陟卓.大學(xué)云架構(gòu)與大數(shù)據(jù)處理建模研究[J].中國教育信息化，2015（01）：16-18+60.

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[6]袁小艷，劉靜，張曉通.高校數(shù)字校園云服務(wù)體系研究[J].四川文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，24（05）：73-75.