探析云计算技术在数字化校园建设中的应用

王岩

摘要：在计算机及网络技术不断发展和教育教学改革不断深化的背景下，数字化校园成为现代校园建设的重要目标之一。该文对在数字化校园建设中云计算技术的应用进行分析，以期对促进数字化校园建设有所启示。

关键词：数字化校园；云计算；应用

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）18-4344-03

数字化校园建设不但为学校管理、教学、科研和服务等提供现代信息技术的支撑，同时能够促进教育观念、教学模式和内部管理朝着高效、创新的方向变革。传统的校园信息化应用系统大多采取以应用为中心的方式，各部门独立、各系统之间相互隔离，服务的扩展性和交互性比较差、功能单一，普遍存在投入大、管理难度高而资源利用率不高的情况。将云计算技术应用于数字化校园建设，在提高信息系统可靠性、存储能力、资源共享等方面中具有诸多优势，该文就这些方面进行分析并提出相应建议。

1 云计算特征

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。根据美国国家标准和技术研究院的定义，云计算服务应该具备以下几条特征：随需应变自助服务，随时随地用任何网络设备访问，多人共享资源池，快速重新部署灵活度，可被监控与量测的服务，基于虚拟化技术快速部署资源或获得服务，减少用户终端的处理负担，降低用户对于IT专业知识的依赖[1]。

2 云计算技术在数字化校园建设中的应用优势

2.1 降低IT系统建设和扩容成本

在数字化校园中需要开发、分类和整合各类信息资源，传统的网络信息中心需花费很多人力、财力对包含各类服务器在内的软硬件资源进行升级和维护。云计算技术应用于数字化校园中的基础设施服务、平台服务、应用服务，各服务相互支撑相互联系，可在大幅提高系统性能的同时较大程度的减少系统维护的工作量，主要体现在云计算以低成本运算单元为主要硬件取代传统大型IT系统设备，降低了IT系统建设和扩容成本。另外，云计算管理平台整合了各类资源的管理，可以有效减少维护人员的人数和工作强度，进而降低相应的人力物力成本。

2.2 扩展资源共享的范围

传统的校园网建设往往注重校园内部的资源共享，缺乏开放性和互联性。为了给更多的师生提供更大范围更多方面的共享服务，还应注重院校之间的信息资源共享，使共享系统能够融合每一个参与资源共享的院校的资源，使每一个参与者均可方便获得所需的资源，而采用云计算技术可以更好地实现这个目标。云计算技术基于通用的软硬件架构和设备，能够为各应用系统提供按需分配的计算、存储资源，建立跨系统、跨地域的共享资源池，将数字化资源共享建立在云计算和服务的基础之上，可以建立一个与具体网络运行环境、服务器系统以及操作系统无关的跨区域、跨系统的通用校园数字化教育资源共享平台。在这个平台上以众多的云服务器为依托，其强大的计算功能、海量的网络资源，可以极大地扩展资源共享的范围。

2.3 提升信息化资源服务的可靠性

在数字化校园的各系统运行过程中，若服务器出现故障，将会影响到整个校园网信息系统的正常运行。云计算技术可以在数字化校园中最大程度地降低因服务器错误造成的损失，采用虚拟化技术将应用软件和下方的基础设备隔离开来，用户只能看到虚拟化层中虚拟出来的各类设备，减少了设备依赖性，这为动态资源配置提供可能。通过运用虚拟化中的动态迁移、分布式资源调度、高可用性等技术，确保集群中的虚拟机能够动态分配到所需资源，当一台物理服务器出现异常情况时能够在短时间内将部署在上面的虚拟机自动迁移到其他物理机上，确保了服务的正常运行[2]。即使其中的某一台服务器出现错误，也不会对其他服务器的运行工作造成影响，而其他服务器能够代替故障服务器的工作，对其出现的问题进行及时的补救，并把相关的数据上传至新服务器中，从而提升校园网络信息化资源服务的可靠性。

3 云计算在数字化校园中的具体应用

3.1 虚拟化技术

虚拟化技术的主要思想就是通过对底层进行抽象，屏蔽物理网络的实现细节，将网络的控制管理与数据的转发与交换进行有效的分离[3]。通过虚拟化技术可以对基础设施、系统和软件等计算机资源进行整合，就是通常所说的基础设施虚拟化、系统虚拟化和软件虚拟化，实际应用中包括服务器虚拟化、网络虚拟化、桌面虚拟化、应用虚拟化、存储虚拟化等。

服务器虚拟化可以使多个操作系统能够以虚拟机方式运行在一个物理服务器上，每台虚拟机均可访问底层服务器计算资源，即具备独立的虚拟硬件，如网卡、RAM和CPU等。根据虚拟化技术在资源定制中所具有的特性，虚拟机可进行私有服务器的定制，如RAM容量、CPU数目和磁盘空间等，即在私有服务器的作用下可按需分配资源。结合对资源共享机制的应用，虚拟机在虚拟化技术的封装下可构成适合自身运行的环境，最终达到共享硬件资源的目的。借助服务器虚拟化，实现了应用程序和操作系统的加载，促进了物理机应用效率的极大提升。根据VMware提供的数据，目前大多数服务器的容量利用率不足15%，VMware提供的服务器虚拟化平台，可实现以服务器资源利用率提升80%的成效[4]。

网络虚拟化以软件方式完整再现物理网络，能够虚拟物理网络节点为数个虚拟网络节点，可促进网络链接数量的增加。可将网卡和网络交换机虚拟化，进而将网络设备的数量减少。而在将分散存储资源进行集中存储时，可构成一个容量较大的存储池，便于统一备份和统一管理，促进存储资源可靠性的提升。虚拟网络不仅可以提供与物理网络相同的功能特性和保证，而且还具有虚拟化的硬件独立性和运营优势，包括快速调配、无中断部署、自动维护、支持旧版应用和新应用等。网络虚拟化将逻辑网络连接设备和服务（逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载平衡器和 VPN 等）提供给已连接的工作负载。应用在虚拟网络上的运行与在物理网络上完全相同。endprint

虚拟机在线迁移技术在分布式资源调度中具有重要作用。当虚拟机处于正常的运行条件下，可将其从正在运行中的物理机实时迁移至另一台物理机，具有零停机性能，维持了服务的连续可用性和完整性，且在用户眼中具有透明性。若是在运行当中需对某个服务器进行修理或维护，可应用线迁移技术，能够实现虚拟机在的服务器当中的相互转换，并且可将虚拟机的运行进行备份。此时，如果服务出现异常，可在备份的虚拟机上完成相应的服务，对于系统可靠性的提升具有重要的意义。除以上的应用之外，通过在线迁移技术可均衡服务器负载，优化相应的资源，并可将零散的虚拟机集中起来，将空闲的服务器关闭，具有较好的节能效果。

3.2 虚拟化资源池的应用

资源池化就是将计算资源、存储资源、网络资源通过虚拟化技术，将构成相应资源的众多物理设备组合成一个整体，形成相应的计算资源池、存储资源池、网络资源池，提供给上层应用软件。即利用虚拟化技术整合校园网中的资源，包括高性能服务器、小型服务器、刀片式服务器、网络存储、磁盘阵列、存储网络、交换机、路由器、防火墙、数据库、软件等，最终构成大型的数字化校园虚拟化资源池。

可以运用SMP、计算集群、负载均衡、主机虚拟化等技术形成计算资源池。例如整合服务器资源，首先把全校分散的服务器集中起来，统一管理，实现服务器资源网络共享，然后，通过全虚拟化产品（ 如V m ware）的虚拟化技术把CPU 虚拟化、内存虚拟化和I/O 设备虚拟化，形成多个独立的虚拟机[5]。可以运用存储分区、RAID技术、虚拟存储等技术形成存储资源池。运用虚拟局域网（VLAN）、交换机堆叠、端口汇聚、VSS（Virtual Switch System，虚拟交换系统）等技术形成网络资源池。

3.3 动态资源调度

数字化校园的云计算技术应用主要体现在云数据中心建设中，以往的数据中心的IT基础架构采用固态配置，灵活性很差，当业务发展超出预期时，无法及时根据业务需求调整资源供给。云数据中心必须实现动态的资源调度，使业务系统资源配备按需调整，结合管理系统的资源监控，根据业务负载等情况，调整业务资源配给。

首先通过对计算资源、存储资源、网络资源进行优化配给，提高资源能力的耦合性。然后智能化地根据用户需要封装、分配资源，形成虚拟应用平台，用户在简单地部署自己的应用或数据后，应用系统即可投入使用。运维系统只需基于虚拟应用平台对物理资源的使用分析，即可动态地对其所用物理资源进行优化调整，以提高用户应用的运行效率和服务质量。

4 校园云数据中心逻辑架构

云计算技术依靠标准化虚拟化的方式有机地整合了云中的硬软件资源并以服务的方式通过网络提交给用户[6]。根据数字校园网络的实际应用状况，本着整合各种应用平台，优化资源结构配置，提供更方便灵活的用户服务的原则，通过统一的运维管理体系和安全防范体系，构建整体的云平台。建设云数据中心是数字化校园网络建设的重点，图1是校园云数据中心的逻辑架构。

云数据中心基于多层体系架构的应用平台，用于对外提供各种服务的多种类型的虚拟主机节点的集合构成了计算“资源池”，其不仅实现了基于服务器的CPU、内存、磁盘、I/O等硬件的虚拟化实现动态管理的“资源池”，同时还可以在各类型虚拟主机所在的物理服务器之间进行动态的迁移和变更资源。将存储资源通过基于磁盘阵列的存储虚拟化技术，完成存储资源池建设。此外对网络系统进行升级，通过多虚一和一虚多技术，完成网络资源池建设。

5 结束语

云计算技术应用于数字化校园建设具有诸多的优势，对于改进传统校园网应用和运维模式，改进教学模式提高教学质量具有推动作用。统筹兼顾、统一规划、分步实施建设校园云数据中心是实现校园云计算的重点，在不断探索的同时，大力开发基于云计算平台的应用系统是下一步大力推动的工作。

参考文献：

[1] NIST[EB/OL].http：//www.nist.gov/itl/cloud/index.cfm.

[2] 汪文彬.高校数据中心服务器虚拟化研究及应用[D]，浙江工业大学，2013.

[3] 张荧允.基于虚拟技术的数据中心建设研宄[D].天津：天津大学，2010.

[4] VMware[EB/OL].http：//www.vmware.com/cn/virtualization/.

[5] 许利军，闪永强.云计算技术在数字化校园建设中的应用研究[J].新乡学院学报：自然科学版，2013（5）：346-347.

[6] 何晓鸿，胡晓君.基于云计算的数字校园网模型研究[J].武汉交通职业学院学报，2013，15（2）：78-80.endprint