云计算给教育信息化带来的变化

何英团　陈松菁

摘要：在过去几年里，云计算和虚拟化的概念获得了巨大的发展动力，并且成为信息技术中的流行词。许多企业开始实现这些新技术，期望通过改进机器的利用率来降低成本，减少管理时间和基础设施成本，教育机构或院校也迫切需要通过实施虚拟化和云计算提高业务扩展的敏捷性，降低业务快速扩展时产生的风险和重复投资，同时降低运营成本，可以说，云计算平台的实施对于教育行业的影响重要而深远。

关键词：云计算；虚拟化；教育信息化

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）16-3904-03

Abstract： In the past few years， the concepts of cloud computing and virtualization have gained great motive force of development and have become the important keywords in the research of information technology. Many companies try to invent new technology based on these concepts. They try to reduce the cost， shorten the maintaining time and decrease the infrastructure investments by improving the utility ratio of the machines. Educational organizations and universities are also trying to increase the efficiency of operating expansion on the basis of virtualization and cloud computing， lessening the risks of rapid expansion and repetitive investing， as well as diminishing the operating costs. It can be concluded that the establishment of cloud computing platform has a profound influence on the educational industry.

Key words： cloud computing； virtualization； education informationization

最近这几年，IT技术发展的趋势和热点话题是云计算，事实上，云计算虽然是一种新型的计算模式，但也是计算技术和实践长期演变的产物。云计算能够减少成本，将资本性的开支变为运营性开支；它可以提高资源的敏捷性，更有效地响应业务需求；可以提高业务的敏捷性，将精力集中在解决业务问题，而非基础设施问题；同时可以减少碳排放。云计算将是我们共同的未来，每个人都将从云计算模型中获益，原因很显然，每个人都愿意降低成本，获得更好的效率。

以应用为根本，以服务为重心，为公众提供服务，是教育机构应承担的责任。云计算教育平台作为公共服务系统，需要保证用户能随时随地的访问所需的信息，传统的架构存在一定的局限性，只有通过云计算模式才能应对各种复杂的使用环境，能从电话、移动设备、电脑等能实现数据访问，使得公众、教育客户到政府都能获得所需服务。云计算的动态资源提供能力在任何时候都可以快速响应用户的需求，随着使用群体的增加，整个系统将不断的横向扩展，以满足用户需求，对于使用者、提供者来说，云计算提供了廉价的高性能计算、服务器租赁、运算和存储业务及开发环境的服务。

针对现在教育的实际业务需求，该文将主要的着力点放在了云计算为教育信息化带来的变化。

1 云计算简介

1.1 云计算的定义

对于云计算（cloud computing）的定义，目前业界大多数认可美国国家标准与技术研究院（NIST）的定义：云计算是一种按使用量付费的模式[1]。“云计算”这个概念最初是由Google首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）在2006年8月9日在搜索引擎大会（SES San Jose 2006）首次提出的，Google认为，云计算是一个网络应用模式，是以公开的标准和服务为基础，提供可配置的计算资源共享池（如服务器、应用软件等）给各个网络使用者（网民或称用户）提供安全、快速、便捷的数据存储和网络计算服务的一种网络应用新模式。从技术方面来讲，云计算是由网络计算（Network computing）、分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物，是以互联网发展的产物[1]。

1.2 云计算具有以下主要特点

1） 大规模。“云”要具有相当的规模，要有成千上万台服务器才称得上是“云”，才能赋予用户前所未有的计算能力，据有关学者统计，目前Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、新浪、搜狐等著名大公司的“云”均拥有几十万台服务器以上[2]。

2） 虚拟化。虚拟化是云计算的核心技术，包括三个方面，即核心层虚拟化（数据中心核心网络设备的虚拟化）、接入层虚拟化（可以实现数据中心接入层的分级设计）、虚拟机网络交换（物理网卡虚拟化和虚拟网络交换机），用户只需要有一台笔记本电脑或者一部手机，都可以随时随地通过云计算来向“云”端请求自己所需的服务或者资源，这些应用是在“云”中某处运行，而不是固定的有形的实体[3]。endprint

3） 以用户为中心。云计算技术是互联网发展的产物，互联网的最大功能就是应用，所以云计算是以用户为中心的一种网络应用模式，用户是云计算服务的对象，优秀的云服务、处处为用户着想的服务态度是云计算吸引用户的关键，因此，云计算不仅仅要给用户提供技术先进、内容丰富的服务，也要在用户个人资料的安全性、使用的便利性方面加以强化、人性化，以满足各种不同用户的“苛刻”需求。

2 云计算与传统体系在架构上的区别

云计算与传统体系在架构上的区别简单来说，云就是某种应用的集中供给点，比如存储云、办公云、数据库云等等。而传统的数据中心更多的是数据的集中、汇合，更多的是技术的简单叠加，更多的还是与物理架构打交道，二者有着明显的区别，云计算的出现让数据中心具备了一种为客户提供应用服务但又远远超出数据服务功能的这样一种智能[4]。

数据中心要实现云计算，虚拟化无疑是一个重要的基础，但虚拟化并不能代表全部的云计算中心的形态，它可以更好地为云计算服务，在当前的技术水平下，虚拟化也不是万能的，因此在建立云平台时也要考虑为用户提供更为全面而完整的跨越虚拟与非虚拟平台的解决方案与管理手段，为用户提供更为合理的云计算中心的基础架构[5]。

传统的数据中心建设主要由业务量驱动，业务量越大数据越多，如社交网站Facebook据称每天新增的数据就达上百TB，经过一段时间就会出现这样的情况：数据越来越多，接口速度越来越慢，管理和维护的工作越来越复杂，管理的人力成本要大大增加，而部署一个新的应用系统又需要花费不菲的资金和较长的时间周期。在云计算的数据中心中，所有的服务器、存储器，同时也包括网络等基础设施资源将通过虚拟化技术被聚集起来、被池化，形成一个巨大的数据存储和处理中心（资源池），同时由服务器中的各种配置工具来支持“云”端的软件管理、数据收集和处理，用户可以通过任何地方、任何方式访问、下载资源池的各种资源[6]。

3 云计算的关键技术探讨

3.1 云计算的虚拟化技术探讨

云计算是一种计算理念，虚拟化是云计算的最主要的特征，是云计算的最重要技术之一，虚拟化技术从应用来看，可分为服务器虚拟化和桌面虚拟化。服务器虚拟化是一个抽象概念，即把物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至更多台相互隔离的虚拟服务器，它是云计算底层架构的重要基石，使得服务器不再受限于物理上的界限，而是让CPU、磁盘等硬件变成可以动态管理的“资源池”，从而提高资源的利用率，简化系统管理，实现服务器整合。在数据中心的服务器上进行服务器虚拟化，生成大量的独立的桌面操作系统（虚拟机或者虚拟桌面），这就是桌面虚拟化，它是指可以通过任何设备，在任何地点、任何时间访问在网络上的属于我们个人的桌面系统[1]。

虚拟化技术实现了软件和硬件的分离，支持用户在任意位置、使用各种终端获取应用服务，而不需要考虑后台硬件的实现。

在我国当前的教育信息化建设中，当前各大中专院校普遍存在重硬件轻软件、教学资源分布不均，教学资源共享程度低的现状，虚拟化技术就可以解决软硬件投入不平衡、系统和应用日常维护量大、缺少教学的连续性等问题，加快信息化建设、数字校园建设，最大化教育资源的利用效率[7]。

3.2 云计算的数据存储技术探讨

云计算的一大优势就是能够快速、高效地处理海量数据，需要同时满足大量用户的并发操作访问需求，这一点至关重要，因此在数据大爆炸的今天，云计算的数据存储技术必须具有分布式存储的特点，即具有高吞吐率和高传输率，这样可以保证数据的高可靠性，所以云计算通常采用分布式存储技术来存储数据，将数据存储在不同的物理设备中，这种模式的优点是摆脱了硬件设备的限制，同时扩展性也比较好，使得服务器能够快速响应用户需求的变化[8]。

与传统的存储技术相比，云计算的数据存储技术不仅仅是指在硬件方面，而且包括在应用软件、公用访问接口、客户端程序等一起组成的一个复杂的系统，各部分都要以存储设备为中心。目前数据存储技术主要有Google的GFS（Google File System，非开源）以及HDFS（Hadoop Distributed File System，开源），目前这两种技术已经成为事实标准[9]。

在教育信息化建设中，当前各大中专院校普遍存在重业务轻资源数的情况，即在教学资源方面，各自都积累了很多优秀的电子教学资源，但尚没有一个统一的、便于使用管理的教学资源平台，就目前的状况而言，大多数学校对此还不够重视，云计算的数据存储技术就可以解决不同操作平台的相同数据、信息缺乏共享、存在信息孤岛等管理信息系统集成的问题，对信息化建设的信息根据需求合理分配，保证信息的可靠性和可用性。

3.3 云计算的数据管理技术探讨

由于云计算采用了分布式存储技术存储数据，所以自然要引入分布式资源管理技术，对分布的数据进行海量的存储、读取后并进行大量的分析是云计算的一大优势，为了能够对大型数据进行高效的分析处理和特定数据的快速搜索，而且一般来讲数据的读取操作频率要远大于数据的更新频率，如何提高数据的更新速率以及进一步提高随机读速率是未来的数据管理技术必须解决的问题。目前云计算系统中的数据管理技术主要是Google的BT（BigTable）数据管理技术和Hadoop团队开发的开源数据管理模块HBase。BT是一个大型的分布式数据库，与传统的关系数据库不同，它把所有数据都作为对象来处理，形成一个巨大的表格，用来分布存储大规模结构化数据[1]。

在教育信息化建设中，数据管理技术就可以解决院校采用不同软件平台开发造成不同的信息系统、资源建设滞后等信息资源管理上的问题，高效地使用网络资源，构建职业教育云平台。

3.4 云计算相关的安全技术探讨

在云计算的关键技术中还应考虑“云安全”方面的技术问题，由于云计算环境下的数据对网络和服务器有着严重的依赖，因此云计算模式带来一系列的技术安全问题，比如：如何保护好用户的隐私不被非法利用？有些数据是企业的商业机密如何做到不泄密？现在木马病毒、恶意程序频繁，如何做好云计算基础设施的防护等等，这些问题都需要更强的技术手段，乃至法律手段去解决。endprint

现代社会是个商业社会、法制社会，在教育信息化过程中，学校要应用云计算技术于教学、科研、管理，但必须要认真考虑云计算的安全技术，只有有了可靠的云安全技术，依靠法律武器，才可以确保各学校的数字资源存放、管理信息系统的建设以及基础设施的建立在云中得到执行，做到不侵权、不被冒权，构造合理可行的云安全架构是云计算在我国教育信息化过程中各有关学校、教育部门及领导要认真考虑的一个重要方面 [8]。

4 云计算为教育信息化带来的机遇和挑战

目前云计算还处于初始阶段。但是许多大型的IT公司都推出了各种云服务，既有商业的，也有教育的，如截止到2014年5月初，新浪约有71万多个应用在新浪云计算托管。在云计算的浪潮中，我们要把握时机，充分地运用云计算，为我国的教育信息化服务。

4.1 构建个人网络学习环境，提高网络学习的效率

当前，自主学习的一个很重要的方式就是网络学习，通过网络这个宽松的环境进行学习正是云计算的最大优势，云计算是以用户为中心，让数据和服务围绕着个人，用户可以在任何时间、任何地点轻松地获取所需的数据，在学习动机、学习策略、学习方法等心理因素方面都深深的影响到每一个人。比如：我们可以用iGoogle、Diigo等Web2.0工具构建网络学习环境，自由地选择学习内容和学习方式，如Microsoft、网易等都推出了自己的云计算平台，通过这些学习平台，我们可以快速的检索数据、处理数据，这将会有效地提高学生的学习效率[9]。

4.2 利用云计算，促进学校各部门之间的协同合作，推进高校信息化建设标准工作

以笔者的了解，目前各高校的校园网络建设都投入了巨额的资金，但大多数都是停留在以宣传介绍、简单的OA为主，深层次的管理还不足，部门之间如何利用校园网进行资源共享、交流协助的还不够，通过校园网络对学校的教学和科研的促进作用还远不够，有了云计算，我们可以解决一些存在的实际问题，。例如，目前各学校内部的科研、人事、财务、设备等，基本都是各自部门独立的系统和数据，我们可以委托有关公司建设基于云计算的大型教科研管理信息系统，整合这些信息资源，通过虚拟技术，实现跨部门业务流程的对接，真正有效地提高管理效率，以管理促进教学、科研水平的提高，促进资源的实用。又比如，我们可以建立教务人员、普通教师、专家教授、学生之间的教学交流平台，让教师备课、学习复习、教务管理等整合起来，让管理人员之间、教师与管理人员之间的交流、协作大大增加，在数字化校园建设中发挥重要作用[10]。

4.3 创新学校管理的新思维，利用云计算，可以以较低的总拥有成本获得出色的计算体验

目前各学校总体的信息共享和业务的协同是不够的，以笔者所在的广州大学城来说，各高校之间的信息共享远远滞后于硬件的投入，各高校之间还基本出于各自独立运转的状态，信息互联、信息共享远远不足，这也当前信息化建设的重点和难点。在全国的范围来讲，许多学校预算不足，无力购买充足的计算机；有些学校可能有计算机，但没有足够的 IT 资源来维护计算机以及确保计算机安全、顺利运行，通过云计算教育公共平台，可以使用单台计算机让多个用户使用计算机，而购买、维护和运行成本则减少了很多，而且，还可以为学校的选择提供一定的灵活性，便于购买适当数量的计算机相关产品来满足需求，例如，学校可能决定为每间教室添加一套云计算管理软件，为每位学生配备一台用户站，如果有一位新学生加入到班级中，只需添加一台用户站即可，这样就不会浪费前期的投资[1]。

参考文献：

[1] 中国云计算[EB/OL].http：//www.chinacloud.cn/.

[2] 万利平，陈燕.云计算在教育信息化中的应用探究[J].中国教育信息化，2009，（5）：74-77.

[3] 教育咨询中心_慧聪教育装备网[EB/OL].http：//info.edu.hc360.com/.

[4] 刘婷婷.云计算技术的浅析[J].数字技术与应用，2012（3）：193-194.

[5] 李来锋.我看云计算[J].信息与电脑，2012（12）：86-88.

[6] 莫超.基于SAML和CAS框架的云门户SSO系统研究与实现[D].成都：电子科技大学，2011：3-8.

[7] 耿学华.云计算在高等教育信息化中的应用与展望[J].现代教育技术，2012（3）：5-9.

[8] 任宁，侯春英.云计算在职业教育信息化中的应用探索[J].电脑知识与技术，2010（12）：3160-6162.

[9] ChinaByte_比特网舆论高地[EB/OL].http：//www.chinabyte.com/.

[10] 袁清.高校信息化建设的“云”之路[J].信息化建设，2013（11）：52-53.endprint