巫莉莉，黃志宏

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，廣東 廣州 510640)

高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建解析

巫莉莉，黃志宏

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，廣東 廣州 510640)

本文分析了目前高校數(shù)據(jù)中心的建設(shè)現(xiàn)狀，引入了一種新的數(shù)據(jù)中心模型——云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。同時(shí)，對(duì)云計(jì)算的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了介紹，對(duì)高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建進(jìn)行了初步分析。

高校信息化；云計(jì)算；數(shù)據(jù)中心

一、引言

高校信息化的不斷發(fā)展，信息化建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，信息數(shù)據(jù)量的不斷增多，導(dǎo)致高校各部門信息系統(tǒng)之間無(wú)法進(jìn)行有效的信息交互和資源共享，形成了很多信息孤島，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)更新不及時(shí)、數(shù)據(jù)不兼容等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，提出了數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，簡(jiǎn)稱IDC）的概念。通過(guò)建立數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的資源共享，統(tǒng)一學(xué)校內(nèi)各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提供集中的數(shù)據(jù)交換，減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)的利用率。

目前，有越來(lái)越多的高校認(rèn)識(shí)到了數(shù)據(jù)集中、IT基礎(chǔ)設(shè)施集中、運(yùn)行服務(wù)集中的必要性。以清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)數(shù)據(jù)中心建設(shè)為代表，國(guó)內(nèi)各高校紛紛在數(shù)字化校園建設(shè)的進(jìn)程中規(guī)劃建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心。高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)正逐漸成為高校信息化領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

二、高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)概述

高校數(shù)據(jù)中心，指的是在數(shù)字化校園的建設(shè)過(guò)程中，以電信級(jí)機(jī)房設(shè)備向校園各用戶提供專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)存放業(yè)務(wù)和相關(guān)服務(wù)的統(tǒng)一支持環(huán)境。[1]高校數(shù)據(jù)中心主要是為數(shù)字化校園建設(shè)的公共基礎(chǔ)服務(wù)、各類應(yīng)用服務(wù)提供全方位的運(yùn)行和管理功能。

1．高校數(shù)據(jù)中心的建設(shè)內(nèi)容

高校數(shù)據(jù)中心主要定位于服務(wù)數(shù)字化校園建設(shè)。建設(shè)內(nèi)容包括：物理層面、數(shù)據(jù)層面與應(yīng)用層面的集中。

（1）物理層面的建設(shè)：包括機(jī)房建設(shè)、系統(tǒng)等底層建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及安全建設(shè)。

（2）數(shù)據(jù)層面的建設(shè)：通過(guò)采取一定策略，使不同業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中與共享，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)系統(tǒng)的建設(shè)以及數(shù)據(jù)安全建設(shè)。

（3）應(yīng)用層面的建設(shè)：對(duì)高校各部門應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和集成。

2．高校數(shù)據(jù)中心的現(xiàn)狀及發(fā)展瓶頸

高校數(shù)據(jù)中心是一種擁有完善的設(shè)備 （包括高速互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬、高性能局域網(wǎng)絡(luò)、安全可靠的機(jī)房環(huán)境等）、專業(yè)化的管理、完善的應(yīng)用級(jí)服務(wù)的服務(wù)平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)基礎(chǔ)上，為校園網(wǎng)用戶提供互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)以及各種增值服務(wù)（學(xué)校郵箱、網(wǎng)站建設(shè)、VPN、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等）。

目前，高校數(shù)據(jù)中心在規(guī)模不斷發(fā)展的同時(shí)，其成本也在不斷上升，多套物理割據(jù)業(yè)務(wù)增加了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的整體建設(shè)和維護(hù)成本，各自獨(dú)立的軟、硬件導(dǎo)致計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)的利用率低下，遇到了發(fā)展的瓶頸：比如電力、機(jī)房的面積和帶寬不可能隨著規(guī)模擴(kuò)大而快速地?cái)U(kuò)展；同時(shí)，IDC90%的服務(wù)器，90%的時(shí)間，CPU占有率低于10%，這意味著資源有很大的浪費(fèi)；IDC的管理和維護(hù)成本隨著規(guī)模的擴(kuò)大也在不斷上升。IDC需要有新的技術(shù)手段，充分利用現(xiàn)有的資源，發(fā)揮其更高的效率。[2]

三、云計(jì)算的概述

1．云計(jì)算的定義

關(guān)于云計(jì)算的定義，目前還沒(méi)有公認(rèn)的定義。云計(jì)算（Cloud Computing）是并行計(jì)算（Parallel Computing）、分布式計(jì)算（Distributed Computing）和網(wǎng)格計(jì)算（Grid Computing）的發(fā)展，或者說(shuō)是這些計(jì)算科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。[3]

2．云計(jì)算的特點(diǎn)

（1）以數(shù)據(jù)為中心：基于海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得大量的新知識(shí)。

（2）以服務(wù)為中心：人性化云服務(wù)是吸引用戶的關(guān)鍵。

（3）以用戶為中心：數(shù)據(jù)存在于云海之中，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以某種便捷的方式安全地獲得云中資源或與他人分享。[4]

3．云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

（1）可靠、安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：用戶將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)的丟失、病毒入侵等麻煩，不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)存放位置及安全性問(wèn)題，因?yàn)椤霸啤崩镉凶顚I(yè)的團(tuán)隊(duì)來(lái)幫用戶管理信息。同時(shí)，嚴(yán)格的權(quán)限管理策略支持?jǐn)?shù)據(jù)的共享，降低了數(shù)據(jù)外泄的可能性。

（2）方便、快捷的云服務(wù)：云計(jì)算時(shí)代，用戶將不需要安裝和升級(jí)電腦上的各種應(yīng)用軟件，只需要具有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，就可以方便快捷地使用云計(jì)算提供的各種服務(wù)。

（3）超強(qiáng)的計(jì)算能力：云海中由成千上萬(wàn)的計(jì)算機(jī)群提供的強(qiáng)大計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力等將能夠?yàn)橛脩敉瓿蓚鹘y(tǒng)上單臺(tái)計(jì)算機(jī)無(wú)法完成的事情。

（4）經(jīng)濟(jì)效益：在運(yùn)營(yíng)成本、維護(hù)成本和空間成本上，云計(jì)算都能實(shí)現(xiàn)以比較低廉的架構(gòu)成本進(jìn)行運(yùn)作。[5]

四、高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建解析

1．云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)

高能耗、高成本、低效率是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心最嚴(yán)重的問(wèn)題，已經(jīng)嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)中心的日常運(yùn)行，所以迫切需要尋求一種新的方式建設(shè)新一代的數(shù)據(jù)中心，降低數(shù)據(jù)中心的IT成本，提高節(jié)能減排的效率。

隨著云計(jì)算概念的盛行，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的概念也隨之出現(xiàn)?；谠朴?jì)算技術(shù)建設(shè)新一代的數(shù)據(jù)中心，既可以滿足對(duì)帶寬、存儲(chǔ)和計(jì)算能力的突發(fā)需求，又可以提供豐富的應(yīng)用服務(wù)。

第一，云計(jì)算通過(guò)集中管理和集中使用解決數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的能耗正以高于GDP的增速發(fā)展，已成為最浪費(fèi)的行業(yè)。通過(guò)云計(jì)算使IT資源集中管理和共享使用，克服了傳統(tǒng)IT的重復(fù)、低水平建設(shè)，大大降低了IT能源消耗。

第二，云計(jì)算通過(guò)虛擬化方式降低數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用成本。在信息化時(shí)代，低成本的IT服務(wù)需求尤為迫切。云計(jì)算通過(guò)虛擬化、可擴(kuò)展的方式滿足這一需求，從而直接減少購(gòu)買昂貴設(shè)備所需要的成本。

第三，云計(jì)算通過(guò)靈活可擴(kuò)展的方式實(shí)現(xiàn)資源共享，提升運(yùn)行效率。傳統(tǒng)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率僅在20%～30%之間，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)信息不能共享，導(dǎo)致效率低下，資源能力也不能相互調(diào)度。但通過(guò)云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的資源相互調(diào)度，實(shí)現(xiàn)資源擴(kuò)展，使IT資源的利用率提升至60%，通過(guò)擴(kuò)展資源使用率提升運(yùn)行效率。

云計(jì)算本質(zhì)上是一種更加靈活、高效、低成本、節(jié)能的信息運(yùn)作的全新方式。在全球倡導(dǎo)節(jié)能減排的大背景下，下一代數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中引入云計(jì)算正好符合了新一代數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢(shì)。

2．高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)

（1）構(gòu)建安全有彈性、可靈活擴(kuò)展、可方便管理、面向應(yīng)用、低能耗、持續(xù)可用的服務(wù)運(yùn)維環(huán)境，為集中管理全校的各種應(yīng)用服務(wù)提供硬件基礎(chǔ)；

（2）構(gòu)建安全、高效的數(shù)據(jù)資源集中存儲(chǔ)體系，保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新和高度一致，并建立完備的存儲(chǔ)策略和重要數(shù)據(jù)的備份容災(zāi)機(jī)制；

（3）構(gòu)建安全、高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)體系，有良好的監(jiān)測(cè)機(jī)制，防止單點(diǎn)故障，保證業(yè)務(wù)系統(tǒng)不間斷的持續(xù)運(yùn)行，為數(shù)字化校園的各項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)保證。

3．高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)體系架構(gòu)

高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是服務(wù)于高校整體發(fā)展策略、服務(wù)于教學(xué)科研業(yè)務(wù)、服務(wù)于廣泛校園網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和公共支撐平臺(tái)，其應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)包括物理層、虛擬層、管理層和應(yīng)用層，如圖1所示，其中管理層是提供優(yōu)質(zhì)校園網(wǎng)服務(wù)的核心。

圖1 高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的服務(wù)體系架構(gòu)

（1）物理層

物理層是高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的最底層，是云計(jì)算結(jié)構(gòu)的核心層，也稱為 HaaS（Hardware as a Service，硬件設(shè)施即服務(wù)）。

本層擁有設(shè)施完備的機(jī)房環(huán)境和充足的帶寬資源，擁有大量的硬件和交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，是形成云的基礎(chǔ)骨架。在該層采用大量PC級(jí)的服務(wù)器可以獲得極高的性能，降低了硬件成本，為校園網(wǎng)用戶提供了豐富的計(jì)算資源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源，具有強(qiáng)大的資源開(kāi)發(fā)的運(yùn)行潛力。

（2）虛擬層

虛擬層是云基礎(chǔ)設(shè)施層，也稱為IaaS（Infrastructure as a Service，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)），是指計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的交互使用，典型地表現(xiàn)為一個(gè)平臺(tái)虛擬化環(huán)境。

本層將物理層的基礎(chǔ)設(shè)施硬件（包括服務(wù)器、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）全面虛擬化，建立一個(gè)共享的、按需分配的基礎(chǔ)資源設(shè)施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、降低能耗與能源成本；建設(shè)分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)。

本層可為高層提供功能性資源，根據(jù)校園網(wǎng)用戶的應(yīng)用需求，可以組成新的云軟件環(huán)境或應(yīng)用。通過(guò)虛擬機(jī)給用戶提供計(jì)算資源，允許用戶在遠(yuǎn)程硬盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并可以在任何地方任何時(shí)候訪問(wèn)。

（3）管理層

管理層可以稱為是高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的決策層，可稱為 PaaS（Platform as a Service，平臺(tái)即服務(wù)），它將計(jì)算平臺(tái)作為一項(xiàng)服務(wù)，通?；谔摂M層來(lái)支撐其上的云應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)用戶管理、任務(wù)管理、資源管理和安全管理。

本層在總體上規(guī)劃分布式的數(shù)據(jù)和計(jì)算資源，設(shè)計(jì)相應(yīng)的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，定義資源的單元和生命周期；負(fù)責(zé)檢測(cè)和響應(yīng)應(yīng)用層提交過(guò)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求，動(dòng)態(tài)分配虛擬化資源，提供和釋放計(jì)算資源，實(shí)時(shí)更新可用資源庫(kù)，達(dá)到負(fù)載平衡和電源減耗；提供標(biāo)準(zhǔn)化的資源模板，用戶可以根據(jù)需求選擇應(yīng)用程序、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等模板進(jìn)行快速部署；實(shí)時(shí)偵測(cè)各種資源的工作狀態(tài)，做到非正常狀態(tài)時(shí)能夠報(bào)警并自動(dòng)調(diào)整資源的分配；與此同時(shí)，保證數(shù)據(jù)的安全性，構(gòu)建統(tǒng)一的用戶身份認(rèn)證和授權(quán)。[6]

（4）應(yīng)用層

應(yīng)用層是數(shù)據(jù)中心和校園網(wǎng)用戶的接口層，可稱為SaaS（Software as a Service，軟件即服務(wù)），為校園網(wǎng)用戶使用云計(jì)算數(shù)據(jù)中心資源提供規(guī)范的接口。本層是高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中對(duì)用戶可視化最好的一層，面向不同層次的用戶需求提供差異化的云計(jì)算服務(wù)。

高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)的最終目的是通過(guò)應(yīng)用層給校園網(wǎng)用戶提供基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、軟件服務(wù)和平臺(tái)服務(wù)，以及計(jì)算服務(wù)和存儲(chǔ)服務(wù)等。

4．高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心整合了大型存儲(chǔ)、小型服務(wù)器以及X86服務(wù)器等，通過(guò)自動(dòng)化、虛擬化、分布式存儲(chǔ)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的資源整合，將門戶、OA、教務(wù)、一卡通、財(cái)務(wù)、科研等應(yīng)用系統(tǒng)集成管理，構(gòu)建了統(tǒng)一架構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。校園網(wǎng)用戶不必在本地機(jī)器上安裝和運(yùn)行應(yīng)用，所有應(yīng)用的操作、維護(hù)和升級(jí)均可在服務(wù)器端進(jìn)行，可以減輕用戶的軟件維護(hù)和日常操作負(fù)擔(dān)。

如圖2所示，高校云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的用戶交互接口以Web Services方式向用戶提供應(yīng)用訪問(wèn)接口。服務(wù)目錄是用戶可以訪問(wèn)的服務(wù)清單。系統(tǒng)管理模塊負(fù)責(zé)管理和分配所有可用的資源，其核心是負(fù)載均衡。配置工具負(fù)責(zé)在分配的節(jié)點(diǎn)上準(zhǔn)備任務(wù)運(yùn)行環(huán)境。監(jiān)視統(tǒng)計(jì)模塊負(fù)責(zé)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，并完成用戶使用節(jié)點(diǎn)情況的統(tǒng)計(jì)，確保用戶使用云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的整體安全。

校園網(wǎng)用戶通過(guò)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的用戶交互接口訪問(wèn)門戶，從服務(wù)目錄中選取所需的應(yīng)用服務(wù)并調(diào)用一個(gè)任務(wù)，該請(qǐng)求傳遞給系統(tǒng)管理模塊后，將為用戶分配恰當(dāng)?shù)馁Y源，然后調(diào)用配置工具為用戶準(zhǔn)備訪問(wèn)應(yīng)用服務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。用戶可以在不改善本地機(jī)器性能的情況下進(jìn)行遠(yuǎn)超本地機(jī)器性能上限的高強(qiáng)度計(jì)算和大存儲(chǔ)容量的工作。

五、結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算在高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)中的應(yīng)用，通過(guò)實(shí)現(xiàn)從環(huán)境、資源到應(yīng)用的全部數(shù)字化，在傳統(tǒng)校園基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)數(shù)字空間，以拓展現(xiàn)實(shí)校園的時(shí)間和空間維度，提升傳統(tǒng)校園數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行效率；與此同時(shí)我們還需要在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性、數(shù)據(jù)安全性以及隱私保護(hù)等問(wèn)題上繼續(xù)探討，最終實(shí)現(xiàn)教育過(guò)程的全面信息化，從而達(dá)到提高管理水平和更好地服務(wù)于用戶的目的。

[1]郭靜.對(duì)高校“數(shù)字化校園”數(shù)據(jù)中心建設(shè)的研究和實(shí)踐[J].中國(guó)教育信息化.2007(12):48.

[2]張敏,陳云海.虛擬化技術(shù)在新一代云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用研究[J].廣東通信技術(shù).2009(5):37.

[3]劉鵬.云計(jì)算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[4]萬(wàn)利平,陳燕.云計(jì)算機(jī)在教育信息化中的應(yīng)用探究[J].中國(guó)教育信息化.2009(9):75.

[5]王萍,張際平.云計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)[J].現(xiàn)代教育技術(shù).2008,18(11):82.

[6]張敏,陳云海,林立宇.電信運(yùn)營(yíng)商云計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建分析[J].電信技術(shù).2009(6):102-103.

TP302.1

A

1673-8454(2011)19-0011-03

（編輯：金冉）