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云技术在高校数字化校园建设中的应用

作者:2014-11-05 12:02文章来源:未知

  作为2006-2020年国家信息化发展战略的重点,教育科研信息化越来越受到重视。近年来,高校数字化校园建设不断推进,取得快速发展,但也遇到诸多问题和面临着多种挑战:①基础设备资源分散、调配困难、重复购置严重、利用率低,硬件成本高昂;②系统平台、管理工具等异构、分散,运维成本高;③校内资源标准不一,共享度差;④高校数据中心新业务部署速度慢,缺乏统一管理的基础架构。基于高校数字化校园建设的迫切需要,研究在高校数据中心利用云技术建设云计算管理平台,实现高校教学科研数据快速、安全地管理与应用。

  1云技术概述

  云技术是信息技术行业中最近发展起来的综合技术,根据所需的功能和性能,有机地将多种技术和资源进行整合利用。如利用云技术可将网络基础设备、存储设备、服务器以及应用和服务组成网络、计算、存储等资源池,可快捷、安全地对这些资源进行管理和调配。

  利用云技术来实现的云计算被视为信息技术的第二次工业革命。云计算通过多种技术,如可靠的系统技术、可扩展的并行计算技术、海量数据的挖掘技术和数据安全技术,把可配置的计算资源进行统一调度,在经过大量计算、搜寻、分析处理工作之后回传给用户处理结果。云计算的优势是在很短的时间内,处理海量信息,使其具备强大的计算效能。因此未来大数据处理和加工过程必然依托在云上。

  2高校数字化校园建设中云技术的主要组成

  2.1虚拟化技术提高了资源利用率,减少了运维成本

  虚拟化技术实现了IT资源的逻辑抽象和统一表示,在大规模数据管理方面发挥着巨大的作用,是支撑云计算的重要基石。虚拟化包括了多种工作形态,其中有单资源的多逻辑表示模式(如虚拟机),多资源的单逻辑表示模式(如存储的虚拟化)和多资源间提供单逻辑表示模式等。在云计算平台中,利用虚拟化技术将数据中心的软、硬件资源虚拟成一个大的“资源水池”,以简化对其管理。这些虚拟资源池包括:计算资源池、网络资源池、存储资源池、安全和应用交付池等。由于资源的虚拟池化,离散硬件和异构软件的管理工作变得简单和高效。

  2.2集群技术实现了对资源起到了动态管理、提高利用率,减少了单点故障

  集群技术是一种较新的计算机技术,使用特定的连接方式,将相互独立的多个计算机组合起来,构建成高性能计算系统,此计算机系统具有低成本、高性能以及良好的可扩展性等特点。在云平台中常用的集群类型有:故障转移集群、并行处理集群,负载均衡集群。集群技术的应用,实现了云平台中硬件资源的按需分配、动态调整和自动回收等功能。所以,集群技术的应用对云计算起到了很好的深化和保障作用,其又和虚拟化技术起到了相辅相成的作用,极大地提高了云计算基础架构的稳定性和可靠性。

  2.2.1故障转移集群

  故障转移集群隶属于集群分类中的高可用群。系统的可用性较为重要,集群技术的目的就是为了保障系统的可用性。集群中各节点服务器通过内网高速相连,当一台服务器节点出现软、硬件故障,经心跳检查,集群管理软件判断并调度另外一个可用的节点服务器立刻接管故障节点上运行的应用系统,这就是云计算管理平台中看到的“漂移”。故障转移集群需要共享存储作为数据的存储设备,集群管理软件对其进行管理。故障转移集群技术的应用,使各类应用系统不必再关心硬件资源的分配和运行情况。

  2.2.2负载均衡集群

  跟并行处理集群有部分类似的功能,负载均衡集群是使负载可以在计算机集群节点中尽可能实现均衡处理。负载均衡在处理大规模计算问题时,具有很强的优势,用此集群技术可提高各个节点的运行速度和效率。负载均衡集群构建主要针对于应用服务器的负载均衡居多,比如利用硬件的网络负载均衡设备与多台应用服务器一起来构建一个大的应用服务器负载均衡集群;又如高校内教务管理系统,在每学期学生选课的几天比较繁忙,此时系统处理能力不足,常规做法是对其进行扩容,但过了选课时段这些资源大部分属于闲置状态,而利用负载均衡技术,当学生选课时云计算管理平台可调集其他的云计算节点来增加教务系统的处理能力,而当系统峰值期结束,自动释放多余的计算节点,以用于其他系统。

  2.3 SOA与云计算的融合

  SOA是一个组件模型,它将应用程序的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来。其接口为中立方式,屏蔽了不同的硬件平台、操作系统和编程语言。SOA准确地说是一种面向服务的架构理念,是一类分布式系统的体系架构,其强调了不同层次的服务,并具有高可重行、灵活性、以及可扩展性。

  云计算分为三个层次:IaaS(基础架构云)、PaaS(平台云)和SaaS(软件应用云)。基于SOA的云计算框架主要山三种角色组成:服务提供者、服务消费者和服务代理。服务提供者是网络上的一个节点,它为那些软件服务(执行一组具体操作)的接口提供了访问服务,服务提供者需要有相当强的计算能力,所以可采用云结构来实现。基于SOA的云计算结构中服务提供者可分为四层,其中包括云计算应用接口层,云服务管理层、虚拟机层、物理服务器层等。

  3高校数字化校园云平台的逻辑架构

  从云技术特点及其发展优势,可以看出利用云技术搭建数字化校园云平台可以有效解决校园信息化建设中遇到的瓶颈。基于云服务的3大模式,云架构的数字化校园也可设计为3个基本层次:

  3.1 IaaS层

  处于最低层,通过对物理上分散的软、硬进行整合并屏蔽其差异性,虚拟化之后形成云端所需的资源池。IaaS层面向用户是高校数据中心系统管理人员,其主要提供资源部署、资源监控和安全管理等。

  3.2 PaaS层

  介于基础设施层和应用层之间,主要为开发人员提供软件开发环境和平台服务,该层为云计算的核心层,可实现用户的各种实际需求。PaaS层通过组装和集成各种中间件,向用户提供统一的开发平台。另外,PaaS层可通过云平台管理软件对IaaS层资源进行管理和调度。

  3.3 SaaS层

  位于最顶层,直接向终端用户提供各种应用服务,可按权限为用户分配相应的访问资源,主要包括基础服务和应用服务。基础服务校园门户的统一身份认证,校园内各类基础资源访问或管理等。应用服务主要包括OA系统,教务系统,图书馆系统、宿舍管理系统,网络学习、一卡通系统等。目前,很多高校已实现校内各类系统集成,基础服务门户统一认证,各类应用系统“一站式”服务。

  4高校数字化校园云平台的总体构架

  高校云平台的建立需要考虑数据中心现有的物理资源,更需要考虑如何建设一个面向未来需求和发展的动态资源分配管理和服务自动化的平台。这就需要充分考虑整个云平台的延展性和可扩充性,从而实现以最小的成本来搭建具有高度伸缩性的平台。

  4.1计算资源池

  根据数据中心现实需求,以及系统不同平台的要求,可采用多种形态的服务器作为云平台中的计算节点,云平台管理系统可对其进行调度和管理。云平台中采用故障转移和负载均衡等技术需要一个大计算资源池才能实现,故平台中至少需要一台管理服务器和2台以上服务器作为计算节点。服务器可采用X86体系结构的刀片、SPARC , IA64等,河南农业大学云平台计算资源池主要有H3C的FlexServer 8390系列服务器和现有服务器组成,FlexServer 8390系列服务器具有高可靠性和易维护性,构建云平台时用其中一台服务器作为管理,其他作为节点。云平台中结算节点可“按需”扩展。

  4.2云存储资源池

  实现IaaS的一个重要组成部分是云存储,一个云计算的基础设施要服务于多个业务系统或者应用,云管理平台通过存储虚拟化管理,进行存储的整合及灵活的容量控制。为适应业务扩展,存储平台可采用SAN或NAS等方式来部署。由于河南农业大学云平台处于建成初期,运行其上业务存储量不大,但要求速度高,故目前仅采用H3C的机架式IP SAN FlexStorage P4500系列,此存储系列具有良好的扩展性和容灾性。由FlexStorage P4500系列组成的存储组件,实现了任何情况下都可进行自动故障转移及故障恢复,并针对虚拟化环境进行了优化。

  4.3网络资源池

  云技术环境下的虚拟化大规模部署,传统网络构架面临着规格和性能、虚拟机接入与控制以及流量突发与拥塞等挑战。由于湖南农业大学云平台在试运行阶段,网络基础平台较为简单,各个节点服务器和网络存储设备通过两台H3C 5820V2交换机连接,然后汇聚到机房核心交换机,山校内出口路山进入广域网。

  4.4云管理平台

  服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化构成了云计算基础设施的硬件资源池,而对这些云硬件资源和业务流程的快速部署与维护,还需软件平台实现,软件平台山三个组件完成:Cloud Virtualization kernel (CVK)、Cloud Virtualization Manager (CVM)和Cloud intelligence enter (CIC)。

  其中:CVK虚拟化内核与管理代理,运行在基础设施层和上层操作系统之间,用于协调上层操作系统对底层硬件资源的访问,减少上层软件对硬件设备和驱动的依赖性;CVM:虚拟化管理软件包,主要实现对云平台上数据的计算、网络和存储等硬件资源的软件虚拟等,从而为上层应用提供自动化服务;CIC云业务运营软件包,由一系列云基础业务模块组成,通过将基础构架资源(包括计算、存储和网络等)及其相关策略整合成虚拟数据中心资源池,并允许用户按需消费这些资源,从而构建安全的多租户混合云。

  5结束语

  基于云架构的数字化校园云平台能够对校园各部门甚至校园之间的硬件及应用资源进行全面整合和动态分配,以此为基础来建设为全校师生提供优质信息服务和教学科研实验平台。

  目前,云技术运用到数字化校园建设中还处于起步阶段。虽众多技术难点有待解决(如产品和技术的兼容性和存储冗余备份等),但传统技术建设信息化校园的弊端和云技术的优势,将促使云技术在教育行业得到广泛的应用。

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