基于云计算的校园数据中心建设方案研究

［张武平］

1 引言

随着现代信息技术的飞速发展，校园信息化建设已成为学校现代化建设的核心内容，是学校教学、科研、管理以及服务等方面的重要技术支撑，并逐步成为学校综合实力和现代化水平的重要标志之一。目前，学校数据中心以各种型号的计算机为主，随着学校信息化的不断发展，信息化建设范围的不断扩大，信息数据量的不断增多，成本也在不断上升，多套独立业务系统增加了网络基础建设的整体建设和维护成本，各自独立的软硬件导致计算、网络、存储的利用率低下，各部门信息系统之间无法进行有效的信息交互和资源共享，形成了信息孤岛，出现了数据更新不及时、数据不兼容等问题。

为了解决这些问题，可利用云计算技术建立数据中心，实现系统间的资源共享，统一学校内各个应用系统的数据，提供集中的数据交换，减少数据冗余，提高数据的利用率，更有效的提高学校教学、管理效率。

2 云计算概念和关键技术

2.1 云计算的概念

广义地将云计算解释为一切能够通过互联网提供的服务，一种基于互联网的计算，在其中共享的资源、软件和信息以一种按需的方式提供给计算机和设备。

狭义云计算指IT 基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源，并且可以随时获取，按需使用，随时扩展。

云计算是以网络为中心的，用户可以方便快速的参与，可随时随地用任何网络设备访问，云计算提供自助化的资源服务，很多用户共同使用资源池，降低了用户对于IT 专业知识的依赖，减少用户终端的处理负担。云计算根据需求动态划分或释放不同的物理和虚拟资源，实现资源的快速弹性提供。

2.2 云计算的主要服务形式

目前云计算的主要服务形式有基础设施即服务（Infrastructure as a Service,IaaS）、平台即服务（Platform as a Service,PaaS）和软件即服务（Software as a Service，SaaS），云计算服务形式详细内容如图1 所示。

图1 云计算服务形式

（1）基础设施即服务（IaaS）

基础设施即服务是指以服务的形式交付计算机基础设施。基础设施即服务提供了计算功能和基本存储作为网络上的标准服务。网络中包含了服务器、存储系统、交换机、路由器以及其他系统并可用于处理工作负载。

（2）平台即服务（PaaS）

平台即服务是一个虚拟化的平台，它包括一个或多个服务器、操作系统和特定应用程序。在某些情况下，可以提供一个包含所有必需的特定于用户的应用程序的映像。平台即服务包含一个软件层并将其作为服务提供，这个服务可用于构建更高级的服务。

（3）软件即服务（SaaS）

软件即服务是指以服务的形式通过互联网访问软件的能力。以服务形式按需提供完整的应用程序。软件的一个实例在云中运行并为多个终端用户或客户组织提供服务。

2.3 云计算的关键技术

虚拟化：虚拟化技术是在一台物理机上运行多个不同的操作系统，多个操作系统共享物理机资源，主要实现了对底层物理资源的抽象，使其成为可以被灵活生成、调度、管理的基础资源单位。而要将这些资源进行有效的整合，从而生成一个可以统一管理、灵活分配、动态迁移的基础服务设施资源池，并提供自动化基础设施即服务。提高了服务器的硬件资源利用率，充分利用了硬件所提供的并行性和高性能，是云计算技术的基础。

动态资源分配：云计算可以将资源池动态分配给应用程序，每个应用程序与一个虚拟化应用程序堆栈捆绑，而且应用程序堆栈配有应用程序需要的应用服务器、数据库和服务器操作系统配置。

3 云计算在校园中的应用与研究

3.1 校园云计算数据中心需求

目前各学校缺乏统一的信息系统，不同系统之间互相独立，信息无法共享，在对教学信息的整理、分类、查询、统计及课堂教学、作业检查，考核测评等方面，系统功能不完善或尚未完整建立。在信息化建设的不断发展过程中，随着校园中业务不断增加，对服务器数量需求不断增加，同时各部门单独申购服务器，将会导致建设成本高，维护难度大等一系列问题。

因此，急需建立一个将各种信息打通的信息系统，而云计算可利用服务器虚拟化技术、存储虚拟化技术和网络虚拟化技术等建设集中统一的数据中心，利用高性能云计算服务器组成虚拟化集群，为各部门和各业务系统提供弹性可扩展、快速可恢复、安全可靠的服务器基础架构，同时为旧业务的迁移、新业务的部署提供快速、安全、自动化的业务部署模式。通过云计算建设数据中心，可以使学校内各种资源虚拟的构建起来，实现资源有效的共享，进一步提高教学效率、管理效率。

3.2 基于云计算数据中心建设方案

3.2.1 云计算数据中心的优势

第一，云计算通过集中管理和集中使用解决数据中心的能耗问题。通过云计算使IT 资源集中管理和共享使用，克服了传统IT的重复、低水平建设，大大降低了IT能源消耗。

第二，云计算通过虚拟化方式降低数据中心的应用成本。在信息化时代，低成本的IT 服务需求尤为迫切。云计算通过虚拟化、可扩展的方式满足这一需求，从而直接减少购买昂贵设备所需要的成本。

第三，云计算通过灵活可扩展的方式实现资源共享，提升运行效率。云计算可以实现各个业务系统之间的资源相互调度，实现资源扩展，通过扩展资源使用率提升运行效率。

3.2.2 云计算数据中心的建设目标

（1）构建安全有弹性、可灵活扩展、可方便管理、面向应用、低能耗、持续可用的服务运维环境，为集中管理各种应用服务提供硬件基础。

（2）构建安全、高效的数据资源集中存储体系，保证数据实时更新和高度一致，并建立完备的存储策略和重要数据的备份容灾机制。

（3）构建安全、高速、稳定的数据中心网络体系，有良好的监测机制，防止单点故障，保证业务系统不间断的持续运行，为各项应用服务提供网络保证。

3.2.3 云计算数据中心的架构

云计算数据中心总体架构建设遵循面向业务需求的思路，基于模块化的方法，实现数据中心IT 基础架构模块与业务模块松耦合，保证数据中心业务动态扩展和新业务快速上线。提供简单可靠、易于部署和管理、便于扩展和升级的IT 基础架构，满足学校数据中心建设以及数据中心的可视化统一管控的需求。

数据中心建设的总体架构如图2 所示。

图2 数据中心总体架构

整体架构自下向上为基础设施层、云计算基础架构层、业务应用层、服务对象层，以及数据中心的安全保障和数据中心统一管理。

基础设施层：基于业务需求的模块化数据中心的设计与实现。

云计算基础架构层：主要包括基础资源层与容灾备份层。

基础资源层：也可叫云服务层，包括服务器设备、存储设备、网络设备、安全设备、虚拟化软件，以及通过虚拟化平台构建的虚拟化资源池，还有物理资源池，可以通过智能资源调度与管理平台对虚拟资源池与物理资源池统一管理，并对上层应用系统提供IT 服务，云服务层是校园信息化的基础架构。云服务层还包括高性能计算解决方案、大数据平台方案等。

（l）计算：为用户提供高计算密度、高资源利用率、以业务为导向的易管理的计算系统。根据实际业务需求，结合安全和管理需求，除数据库服务器和管理服务器不需虚拟化外，其他服务器将充分采用虚拟化技术。虚拟化软件对多台服务器虚拟化后，连接到共享存储，构建成虚拟化资源池，通过网络按需为用户提供计算资源服务。同一个资源池内的虚拟机可以共享资源池内物理服务器的CPU、内存、存储、网络等资源，并可在资源池内的物理服务器上动态漂移，实现资源动态调配。

（2）存储:存储虚拟化技术可以将底层存储设备进行抽象化统一管理，向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性，而只保留其统一的逻辑特性，从而实现存储系统的集中、统一和便捷管理。虚拟化存储提供分布式、高安全性和高扩展的存储能力，满足高速数据处理、海量存储和海量分析需求，提供灵活的灾备空间调整能力。

（3）虚拟资源池：采用虚拟化技术实现IT 基础设施的资源池化，为上层业务提供IT 资源弹性供给，更好地实现IT 资源共享，提高利用率，快速响应业务需求。

（4）物理资源池：重点是X86 物理资源池，包括数据库物理机部署以及物理机集群等。

（5）智能资源调度与管理：同时提供物理资源和虚拟资源的统一监控管理，进而提供全生命周期资源服务。即对计算、存储、网络资源的池化管理构建虚拟数据中心。

容灾备份层：提供容灾和备份的解决方案。考虑业务的连续性，按照容灾等级可以提供应用容灾和数据容灾，主要考虑核心业务如管理平台与资源平台的数据的安全性与业务的连续性。

（1）构建本地备份系统，实现基础数据库系统备份与虚拟机系统备份，实现数据库数据与业务运行环境保护。

（2）建设双活灾备系统，首先实现数据库存储级数据双活容灾，再实现业务级双活容灾。

业务应用层：包括学校的核心业务，如一卡通系统、教务系统、教学系统、科研系统、办公系统、邮件系统等，以及包括支撑校内主要业务、共享数据和交互数据等内容的核心数据管理，是学校各机构整体信息化的基础数据环境。

服务对象层：涉及到业务应用层的使用者，可以通过统一门户平台获取到相关的服务。

数据中心安全保障：一体化安全保障系统从物理设施安全、网络安全、主机安全、虚拟化安全、数据安全、应用安全、用户接入安全、安全管理等多层次为系统运行提供全方位安全保障。

数据中心统一运维管理：数据中心运维管理采用开放的管理架构和模块化的设计思路，根据数据中心管理需求配置运维管理模块。主要管理模块包括服务管理、统一管理门户、服务流程管理、综合监控管理以及云计算平台管理。

4 结束语

基于云计算的校园数据中心通过云计算提供各种资源系统和服务，提供一个互联互通、信息共享以及服务教学、科研和管理的数据中心，以解决其业务众多，分布异构，处理复杂，硬件更新频繁，软件安装繁琐和数据安全凸显等问题，不但可以整合教学信息资源、提高资源的利用率、提升教学水平，而且可以大幅降低学校信息化建设成本，进而加快校园信息化建设步伐。