[摘 要]從支撐技術(shù)和IT服務(wù)模式兩方面介紹云計算，并闡述云計算在高校信息化建設(shè)中所帶來的節(jié)約投資成本、提供安全數(shù)據(jù)存儲、提高資源共享水平、改善軟件使用方式和為高校帶來豐富應(yīng)用等5種優(yōu)勢;認(rèn)為高校應(yīng)采用專用云與公用云相結(jié)合的混合云應(yīng)用模式;并提出由基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、平臺服務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層組成的高校專用云結(jié)構(gòu)模型。

[關(guān)鍵詞]云計算;高校;信息化

DOI:10.3969/j.issn.1008-0821.2010.08.046

[中圖分類號]G350 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1008-0821(2010)08-0167-04

The Application Research of Cloud Computing

in University Information ConstructionCao Taifeng Li Duanming

(Institute of Economics and Management，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China)

[Abstract]Based on supporting technology and IT service pattern，this paper introduced cloud computing，and elaborated 5 advantages of cloud computing in university information construction，such as saving investment cost，providing secure data storage，improving software usage，raising the level of resource sharing and bringing rich applications.Finally，This paper suggested that university should utilize mixed cloud to build campus information，and use hierarchical model to build private cloud university.

[Keywords]cloud computing;university;informationization

近兩年，IT界出現(xiàn)了一個新的詞匯——云計算，它的出現(xiàn)震撼了整個IT界，成為當(dāng)今最為熱門的詞匯之一。從Amazon的S3和EC2到IBM的藍(lán)云計劃，再到Google的Google AppEngine，這一切都證明云計算正逐步走入我們的生活。云計算將計算和存儲集中到網(wǎng)絡(luò)中，讓本地應(yīng)用程序和客戶端簡單到只有一個支持腳本的瀏覽器，使個人計算機(jī)的性能最小化，功能最大化。而這種對資源進(jìn)行分配的方式正是高校教學(xué)資源整合所需要的[1]。因此，本文將云計算的概念引入到高校信息化建設(shè)中來，以期達(dá)到提高高校信息化水平，進(jìn)而推動我國高校事業(yè)發(fā)展。

1 云計算

到目前為止，云計算還沒有一個統(tǒng)一的定義。按Gartner專家的定義，云計算是一種新興的、極具延展能力的運(yùn)算方式，它能將包括計算、儲存及視頻等以服務(wù)的形式透過網(wǎng)絡(luò)方式提供給用戶[2]。也就是說云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的超級計算模式，它將各種IT資源集中在一起形成巨大的資源中心，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)按需租用資源。這就好比是從古老的單臺發(fā)電機(jī)模式轉(zhuǎn)向了電廠集中供電的模式，它意味著計算能力也可以作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣、水電一樣，取用方便，費(fèi)用低廉，最大的不同在于，它是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)腫3]。我們可以從支撐技術(shù)和服務(wù)模式兩方面來解釋云計算:

1.1 云計算建立在虛擬化技術(shù)、分布式計算和并行計算等技術(shù)基礎(chǔ)之上的，是這些技術(shù)的繼承和發(fā)展虛擬技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)虛擬成一個資源池，統(tǒng)一靈活調(diào)配;而分布式計算和并行計算可以透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序，再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)計算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶[4]。

1.2 云計算指服務(wù)的交付和使用模式，用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)這些服務(wù)不僅僅包括傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所提供網(wǎng)頁瀏覽、即時通訊等應(yīng)用，還包括計算能力、存儲能力、應(yīng)用平臺等一切IT所能提供的應(yīng)用。這一模式解放了人們對單一終端的配置需求，手機(jī)、移動終端、個人電腦可以隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)享受包括超級計算在內(nèi)的各種服務(wù)和應(yīng)用。云計算使人們從傳統(tǒng)的一個以個人桌面系統(tǒng)為中心的應(yīng)用模式向新的以網(wǎng)絡(luò)為中心的應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變。

2 云計算在高校信息化建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 云計算對高校信息化建設(shè)的影響

傳媒學(xué)家麥克盧漢說過“任何技術(shù)都傾向于創(chuàng)造一個新的人類環(huán)境”，那么集現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)于一身的云計算也必將帶給我們一個全新的世界。而將云計算運(yùn)用于教育領(lǐng)域，用其進(jìn)行改善高校信息化建設(shè)，必將有效提高我國高校信息資源開發(fā)利用水平，進(jìn)而推動我國高校教育的發(fā)展。將云計算運(yùn)用于高校信息化建設(shè)具有以下優(yōu)勢:

2.1.1 云計算降低了高校信息化建設(shè)中巨大的硬件成本

對于各大高校來說，無論是日常辦公還是科研和教學(xué)都需要一筆巨大的開支來購置硬件資源。由于現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展日新月異，致使其硬件設(shè)備更新?lián)Q代周期越來越短，這些設(shè)備往往在購置后卻使用不了多長時間就需要更新?lián)Q代。這樣下來，高校需要不斷補(bǔ)充新的硬件設(shè)施，也不斷將往日的投資變成電子垃圾，循環(huán)往復(fù)，高校的硬件設(shè)施投資，成了沒有盡頭的無底洞。如果高校采用云計算所提供的服務(wù)，這樣的問題將會得到很好的解決。云計算的優(yōu)點(diǎn)在于解放了計算能力對終端的限制，即使像手機(jī)、移動終端、上網(wǎng)本等低配置的終端設(shè)備，也能得到類似超級計算的應(yīng)用。所以高校完全可以節(jié)約初期的投入——本身不必配置高性能的硬件設(shè)備，以后也不需要關(guān)注設(shè)備的更新?lián)Q代，這樣下來高校在硬件設(shè)施上的投入成本將大大的降低。

1.2 云計算為高校提供了安全的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)

隨著人們對電腦的逐漸依賴，計算機(jī)病毒和木馬也成為了我們生活中的?？停謾C(jī)、個人電腦、服務(wù)器等設(shè)備的數(shù)據(jù)時時都有丟失和損害的威脅。在高校中，由于計算機(jī)和移動存儲設(shè)備的交叉使用，機(jī)房成了大家公認(rèn)的病毒集散地，導(dǎo)致了計算機(jī)病毒在校園網(wǎng)和學(xué)校機(jī)房的廣泛傳播，甚至連教師上課的所使用的教師機(jī)也變成了病毒的樂園。因此，人們必須購買殺毒軟件，以防治病毒。但是，現(xiàn)在并沒有一個殺毒軟件能包治百病，病毒更新的速度遠(yuǎn)比殺毒軟件更新的速度快得多。人們往往為了殺病毒，嘗試很多種殺毒軟件，即使有時候僥幸把病毒殺了，系統(tǒng)文件和一些重要的文件也隨之丟失，信息安全問題造成了人們極大的困惑。云計算為人們提供了云存儲服務(wù)，云存儲將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能。使用了該服務(wù)后，老師和學(xué)生都可以隨時隨地僅憑密碼方便地存取自己的重要數(shù)據(jù)，既不用擔(dān)心由于自己的存儲設(shè)備損壞導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，也不用擔(dān)心病毒入侵將數(shù)據(jù)損壞，因?yàn)檫@些工作都是由專業(yè)的云存儲服務(wù)商來提供，他們有先進(jìn)的技術(shù)和專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，還有云的強(qiáng)大計算力的支撐[5]。

2.1.3 云計算改善了人們對應(yīng)用軟件的使用方式

隨著人們對電腦的不斷依賴，無論是個人電腦還是服務(wù)器都必須安裝大量的應(yīng)用軟件才能滿足日益增長的信息需求。高校更是如此，機(jī)房里的電腦則提供給不同年級甚至不同專業(yè)的人使用，為了滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求必須在機(jī)房的計算機(jī)里存儲或者安裝大量的應(yīng)用軟件;公共教室的教師機(jī)也是如此，一臺電腦往往需要供多個教師使用，必須安裝每個老師所授課程需要的軟件。這樣就造成了計算機(jī)的使用負(fù)擔(dān)和系統(tǒng)使用效率的低下，更有甚者，隨著應(yīng)該軟件更新速度的加快，軟件對硬件的需求不斷增高，原有的計算機(jī)也不得不面臨不斷被淘汰的命運(yùn)。這樣的應(yīng)用軟件使用方式越來越不適應(yīng)科研、教學(xué)的需要。云計算為人們提供了在線使用應(yīng)用軟件的功能，各種軟件的使用都采用類似于租借的形式，統(tǒng)統(tǒng)來自于SaaS的“云海”中，人們?nèi)绻枰撤N應(yīng)用軟件只需要提出申請即可，不需要再費(fèi)時費(fèi)力的為所有計算機(jī)安裝所有課程需要使用的軟件。軟件版本的更新和授權(quán)問題也統(tǒng)統(tǒng)丟到“云”里。

2.1.4 云計算提高了資源共享水平

據(jù)分析，我國在高校信息化建設(shè)中由于未能制定有效的統(tǒng)一規(guī)劃和長遠(yuǎn)目標(biāo)，造成了重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重、資源獨(dú)立分散以及信息平臺難以有效整合等問題的產(chǎn)生[6-7]。這些問題造成了高校之間、高校各部門之間的信息不能有效共享，嚴(yán)重影響了業(yè)務(wù)的順利執(zhí)行，信息化作用沒有得到有效體現(xiàn)。而云計算的出現(xiàn)恰恰為這些問題的解決帶來了希望。云計算對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了統(tǒng)一的配置和管理，它把CPU、存儲器、網(wǎng)絡(luò)等資源整合在一起形成了一個統(tǒng)一的資源池，并且這個巨大的資源池可以通過網(wǎng)絡(luò)方便快捷的為人們提供服務(wù)。這種集中管理利用資源的方式將有效消除資源獨(dú)立分散造成的資源閑置、資源浪費(fèi)以及基礎(chǔ)設(shè)施超負(fù)荷現(xiàn)象，使IT基礎(chǔ)設(shè)施得到了充分的利用。另外，由于云計算提供了PaaS和平臺虛擬化技術(shù)，因此，在開發(fā)應(yīng)用軟件時可以忽略操作平臺和開發(fā)平臺的選擇，并且用戶通過瀏覽器就可以組建自己的應(yīng)用，從而可以以一種統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)接口開發(fā)各類應(yīng)用程序。這樣就避免了由于接口不一致造成的信息溝通不暢，減少了信息孤島的產(chǎn)生，使得管理層可以對任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，同時也為高校管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、決策提供了方便[7]。

2.1.5 云計算為高校帶來了更加豐富的應(yīng)用

很多高校在信息化建設(shè)上急功近利，對能夠在短時間即見成效的硬件設(shè)施建設(shè)上力度比較大，而對費(fèi)時又費(fèi)錢的教育信息資源建設(shè)比較疲軟，出現(xiàn)了信息高速公路上有路無車、有車無貨現(xiàn)象。這種現(xiàn)象造成廣大師生對信息設(shè)施的使用僅限于一般的信息瀏覽、發(fā)送郵件和聊天等一些最基本的應(yīng)用，遠(yuǎn)不能滿足其在教育教學(xué)過程中對信息資源使用的需求[8]。云計算將對這種現(xiàn)象帶來很大的改觀，它具有三大基本應(yīng)用形式:軟件即服務(wù)(Software-as-a-Service，簡稱SaaS)、平臺即服務(wù)(Platform-as-a-Service，簡稱PaaS)和基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure-as-a-Service，簡稱IaaS)，這使得人們可以通過Internet按需取得應(yīng)用軟件、開發(fā)平臺以及基礎(chǔ)設(shè)施，最大限度的為自己的信息資源開發(fā)與利用提供服務(wù)。

SaaS將所有應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)資源集中在云端為高?？蒲薪虒W(xué)提供了一個巨大的資源庫，它擴(kuò)大了高校師生選擇信息資源的范圍，使資源的使用由有限趨向無限;PaaS則可以為高校及其師生提供軟件應(yīng)用與開發(fā)的平臺，在該平臺上不僅可以運(yùn)行高校的信息系統(tǒng)和日常應(yīng)用軟件，還為軟件開發(fā)專業(yè)的學(xué)生提供了極大的方便，使他們在進(jìn)行軟件開發(fā)時不再受終端性能的限制，而開發(fā)出具有強(qiáng)大功能的軟件;IaaS將服務(wù)器、存儲系統(tǒng)、交換機(jī)、路由器連接在了一起、集中使用，通過網(wǎng)絡(luò)為用戶提供基本存儲和計算能力，這意味著虛擬計算機(jī)不僅具有快速的處理能力，而且擁有穩(wěn)定的存儲能力，并為Internet訪問預(yù)留了帶寬。通過使用該服務(wù)，學(xué)生可以獲得超級計算能力，進(jìn)行人類基因組學(xué)的研究、天文學(xué)問題研究、數(shù)學(xué)難題研究以及其他的科學(xué)問題研究。當(dāng)然，這只是云計算帶來了最基本的應(yīng)用，由此還可以衍生出更多更豐富的應(yīng)用，比如管理服務(wù)提供商應(yīng)用、商業(yè)服務(wù)平臺應(yīng)用以及互聯(lián)網(wǎng)整合應(yīng)用等等。

2.2 基于云計算的高校信息化建設(shè)

2.2.1 高校混合云模式

SUN在其云計算解決方案白皮書《云計算架構(gòu)介紹》把云分為專用云、公用云和混合云。SUN認(rèn)為專用云是為一個客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制;公用云是由第三方運(yùn)行的，而不同客戶提供的應(yīng)用程序可能會在云的服務(wù)器、存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)上混合在一起;混合云則把公用云與專用云結(jié)合在了一起[9]。

我國高校在信息化過程中對IT基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行了大量的投入，不僅購置了大量的硬件設(shè)施，而且網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也形成了一定的規(guī)模:國內(nèi)很多高校擁有1000兆主干帶寬，一些綜合類院校甚至已經(jīng)升級到了萬兆校園網(wǎng)。由此可知，我國高校具有建立專用云的基礎(chǔ)。但是，在建設(shè)高校云的時候，不能盲目追趕潮流，既要發(fā)揮云計算的優(yōu)勢又要符合高校自身的實(shí)際情況。

(1)高校云建設(shè)要有明確的目的性和針對性。高校的主要任務(wù)是教學(xué)和科研，因此高校信息化的核心就是為科研教學(xué)提供豐富的資源和便捷的應(yīng)用平臺。因此，在建設(shè)高校云時，應(yīng)該緊緊圍繞這個核心，有針對性的開展高校信息化建設(shè)工作。高校云針對學(xué)校的師生用戶，而不是面向廣大社會群體;高校云應(yīng)該以提供科研教學(xué)資源為主，而不應(yīng)該試圖提供商業(yè)應(yīng)用以獲取巨大利益。

(2)高校云的建設(shè)應(yīng)該立足本校實(shí)際情況，充分利用共享資源。我國高校存在著資源分配不均衡的狀況:有的高校有充足的資金進(jìn)行自己的信息化建設(shè)，因此可以購置大量的軟硬件資源，而有的學(xué)校，比如民辦高校，由于沒有充足的資金來源，他們僅僅在某一部分實(shí)施了信息化;有的高校重視某個學(xué)科的發(fā)展，因此在購置教學(xué)資源時也存在著厚此薄彼的現(xiàn)象。由于云計算能帶來信息資源、軟件資源甚至包括計算資源、存儲資源的快捷方便的共享，所以在云計算建設(shè)中，應(yīng)該立足本校資源，充分利用外部資源:有實(shí)力的高校可以單獨(dú)建設(shè)自己的專用云，實(shí)力較弱的高?？梢圆捎眯ＰＢ?lián)合的方式建設(shè)，實(shí)力更小的學(xué)?？梢灾苯硬捎霉迷频姆?wù)。另外，一個地區(qū)甚至整個國家可以對高校專用云進(jìn)行統(tǒng)一管理，建立起較大的區(qū)域云或者教育領(lǐng)域云，以達(dá)到各高校IT資源的有效共享和應(yīng)用。

(3)混合云應(yīng)用模式。根據(jù)以上分析，本文建議采用如圖1所示的高?；旌显颇Ｊ竭M(jìn)行高校信息化建設(shè)。在該模式里，各高校專用云結(jié)合形成全國的教育云集，各公司的公用云形成外部云集，這些云集共同為高校用戶服務(wù)。高校用戶可以通過PC、筆記本電腦、手機(jī)和PDA等各種終端獲取云計算所提供的服務(wù)，當(dāng)本校的專用云不足以滿足需求時，高校專用云自動向全國教育云集里的其他高校請求幫助，如果高校云集里沒有足夠的資源協(xié)助時，高校專用云向外部云提出資源申請。

圖1 高?；旌显茟?yīng)用模式

值得指出的是，高校專用云之間、高校專用云與外部公用云之間應(yīng)該采取統(tǒng)一的資源共享協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能達(dá)到各云的無縫集成和共享。

2.2.2 高校專用云的架構(gòu)

高校信息化建設(shè)的最終目的是為高校的信息資源開發(fā)與利用提供有效、快捷的服務(wù)，而云計算為用戶提供了3個層次的基本應(yīng)用服務(wù)。因此，本文建議根據(jù)三大基本形式的云計算服務(wù)對高校專用云進(jìn)行分層架構(gòu)。

如圖2所示，由下至上，可以將高校專用云分為基礎(chǔ)設(shè)施層、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層、平臺服務(wù)層以及應(yīng)用服務(wù)層4個層次，下層為其上一層提供服務(wù)支持。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層又分為物理層和虛擬設(shè)施層，物理層由服務(wù)器、存儲器和路由器等硬件設(shè)施組成，虛擬設(shè)施層采用虛擬化技術(shù)將物理層的設(shè)備虛擬成一個巨大的基礎(chǔ)設(shè)施資源池，該層作為整個云的基礎(chǔ)平臺直接為基礎(chǔ)設(shè)施管理層服務(wù)?；A(chǔ)設(shè)施管理層負(fù)責(zé)對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一配置，統(tǒng)一管理，并實(shí)時監(jiān)測工作負(fù)載需求，自動分配基礎(chǔ)設(shè)施資源?；A(chǔ)設(shè)施管理層主要為其上層平臺管理層提供服務(wù)，除此之外還可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接滿足用戶的基礎(chǔ)設(shè)施需求。平臺管理層建立在基礎(chǔ)設(shè)施管理層之上，它除了為應(yīng)用層提供軟件的支撐平臺外，還可以通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶直接提供軟件開發(fā)平臺。高校專用云的最上層是應(yīng)用層，它提供最為接近用戶的服務(wù)——應(yīng)用程序，并允許從Internet系統(tǒng)環(huán)境中部署軟件，使之在多租戶運(yùn)營平臺下運(yùn)行。

圖2 高校專用云棧結(jié)構(gòu)模型

高校專用云計算平臺采用層次結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn):各層之間是獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)較清楚，靈活性較好;結(jié)構(gòu)上可分割開，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù);接口開放，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，便于組建和管理[10]。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，云計算是一個新興的、革命性的概念。它使人們從個人終端解脫出來，使人們從傳統(tǒng)的一個以個人桌面系統(tǒng)為中心的應(yīng)用模式走向了新的以網(wǎng)絡(luò)為中心的應(yīng)用模式。在這種模式里，人們可以像使用水電一樣使用IT資源;人們也可以像存取錢一樣存取自己的數(shù)據(jù)。這種模式可以使最小化性能的計算機(jī)獲得最大化的功能，它將改變我們的生活方式，最終改變我們的世界。

理所當(dāng)然，云計算也能改變我們的高校教育事業(yè)。將云計算運(yùn)用于高校信息化建設(shè)將能節(jié)約高校的信息化投資、提高高校信息資源共享水平，還能為高校的科研、教學(xué)提供更為豐富的應(yīng)用與服務(wù)。然而，云計算終究還是個新事物。作為新興的概念，云計算迄今還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)方式，將云計算機(jī)運(yùn)用于高校信息化建設(shè)更是任重而道遠(yuǎn)。我們還需要從很多方面進(jìn)行努力，比如云間互通的協(xié)議、云數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、接入Internet的網(wǎng)絡(luò)帶寬、高校專用云間的資源分配方式等等。成功的路上往往布滿了荊棘，我們完全有理由相信云計算對高校信息化的變革會很快到來。

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