游俊慧

摘要：針對(duì)高職院校實(shí)訓(xùn)室的資源共享程度低、軟硬件設(shè)備更新慢、資源擴(kuò)展難、管理模式落后等問(wèn)題，探討利用云計(jì)算技術(shù)整合和部署實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有資源，并發(fā)揮公有云和私有云的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建混合云實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)以解決上述問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；公有云；私有云；混合云；實(shí)訓(xùn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）25-0109-03

Application Research of Practical Teaching in Colleges Based on Hybrid Cloud

YOU Jun-hui

（Department of Information Engineering， Guangzhou Institute of Technology， Guangzhou 510925， China）

Abstract：To deal with the problems in practical training room use of colleges， such as low degree of resource sharing， slow update of hardware and software， difficulty of resource extension， backward management etc. ， this paper discusses about using cloud computing technology to integrate and deploy the current resource in practical training rooms， and to express the advantages of public cloud and private cloud， establishes a practical teaching resource supporting platform based on hybrid cloud to solve the problems above.

Key words： cloud computing； public cloud； private cloud； hybrid cloud； practical teaching

1 研究背景

目前，在高職院校的常規(guī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，雖然已構(gòu)建實(shí)訓(xùn)環(huán)境來(lái)運(yùn)行特定的應(yīng)用程序，已基本能夠滿(mǎn)足實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)Web服務(wù)、代理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、文件服務(wù)等應(yīng)用的需要，但各實(shí)訓(xùn)室之間基本上仍是孤島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，在這種工作模式下，實(shí)訓(xùn)硬件資源的使用率通常都會(huì)較低，表現(xiàn)為服務(wù)器的利用率一般占10%至15%，存儲(chǔ)設(shè)備的利用率一般占30%至40%[1]，如此低的利用率對(duì)資源而言絕對(duì)是一種極大的浪費(fèi)。同時(shí)，這種應(yīng)用模式也不可避免地帶來(lái)一系列的問(wèn)題：

1）孤島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的最明顯問(wèn)題就是服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等資源都無(wú)法得到共享。在具體的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，若同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)某項(xiàng)服務(wù)的學(xué)生特別多，或者在某項(xiàng)特殊的服務(wù)應(yīng)用本身就需要占用許多資源的情況下，很容易就會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器超負(fù)荷運(yùn)行，甚至造成服務(wù)器崩潰，與此同時(shí)其他服務(wù)器資源卻因不能共享而處于閑置狀態(tài)。

2）部分實(shí)訓(xùn)受限于實(shí)訓(xùn)室的開(kāi)放。有些實(shí)訓(xùn)對(duì)硬件設(shè)備或軟件環(huán)境的要求很高，有些實(shí)訓(xùn)又必須用到專(zhuān)門(mén)的付費(fèi)軟件，這些軟件學(xué)生無(wú)法通過(guò)免費(fèi)下載來(lái)獲取。而實(shí)訓(xùn)室的管理還做不到隨時(shí)開(kāi)放，缺少合適的實(shí)訓(xùn)環(huán)境和設(shè)備支持，學(xué)生就不能很好地利用課余時(shí)間來(lái)完成課后訓(xùn)練、課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新項(xiàng)目等課后的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

3）在實(shí)訓(xùn)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的軟硬件需求增加時(shí)，無(wú)法及時(shí)對(duì)硬件資源或軟件資源進(jìn)行擴(kuò)容和擴(kuò)展，資源更新滯后。

諸如此類(lèi)的問(wèn)題不僅在一定程度上影響到了實(shí)踐教學(xué)改革不斷深化的進(jìn)程，而且也有礙于高技能型人才的培養(yǎng)。而云計(jì)算的出現(xiàn)則使以上問(wèn)題可以得到解決。

2 云計(jì)算

云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，是一種按是使用量來(lái)付費(fèi)的模式其主要作用是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為互聯(lián)網(wǎng)的外部用戶(hù)快速地提供一組動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展的、可管理的虛擬化共享資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、平臺(tái)和服務(wù)等，可被認(rèn)為是一種大規(guī)模分布式計(jì)算聚合體[2]。

云計(jì)算服務(wù)的應(yīng)用模式主要分為：公有云、私有云和混合云3種[3]。

2.1 公有云

公有云有云服務(wù)提供商即第3方運(yùn)行，當(dāng)企業(yè)出某種業(yè)務(wù)原因，需要把某些業(yè)務(wù)應(yīng)用外包出去時(shí)，由云服務(wù)提供商托管其基礎(chǔ)架構(gòu)或相關(guān)應(yīng)用程序，并以服務(wù)的形式提供給企業(yè)[1]。通常托管在遠(yuǎn)離客戶(hù)建筑物的地方，而且能在企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)高峰工作負(fù)載時(shí)提供類(lèi)似企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的靈活性甚至臨時(shí)的可擴(kuò)展性，但由于公有云有多個(gè)組織共享，其隔離性和數(shù)據(jù)安全性不能得到很好的保證[4]。

2.2 私有云

私有云是專(zhuān)門(mén)為企業(yè)單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而在數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量方面都能提供有效的控制。在私有云中，企業(yè)除掌控自身基礎(chǔ)設(shè)施之外，還可以自主地在其基礎(chǔ)設(shè)施上部署所需的應(yīng)用程序[5]。從安全邊界上看，私有云一般可部署在企業(yè)本地?cái)?shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)部，或選擇一個(gè)安全的托管場(chǎng)所進(jìn)行主機(jī)的托管，其安全性大大高于公有云。

2.3 混合云

公有云的可擴(kuò)展性好，但通常性能比較滯后，私有云的可靠性高，但其可擴(kuò)展性卻不如人意[6]。混合云作為公有云和私有云的結(jié)合，能夠同時(shí)利用兩者的優(yōu)勢(shì)，即讓企業(yè)把某些有特殊要求的應(yīng)用部署在公有云上，把處理敏感數(shù)據(jù)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的應(yīng)用部署在私有云上，其他應(yīng)用跨越公有云和私有云[7]?；旌显频墓ぷ髫?fù)載可跨越私有云和公有云，基本分為以下兩種情況：1）數(shù)據(jù)在公有云應(yīng)用程序和私有云數(shù)據(jù)庫(kù)或應(yīng)用程序之間傳遞；2）為滿(mǎn)足負(fù)載高峰需求將公有云服務(wù)器和存儲(chǔ)資源作為私有云資源的補(bǔ)充。

3 混合云實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)建設(shè)思路

針對(duì)前面提到的實(shí)訓(xùn)環(huán)境應(yīng)用帶來(lái)的問(wèn)題，結(jié)合學(xué)院當(dāng)前的實(shí)訓(xùn)資源設(shè)備使用情況和實(shí)訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出構(gòu)建一個(gè)混合云實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)，并把構(gòu)建該平臺(tái)的思路歸納成以下幾個(gè)方面：

1）整合校內(nèi)實(shí)訓(xùn)資源

對(duì)各實(shí)訓(xùn)室原本孤立的服務(wù)器資源進(jìn)行重新整合，針對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中對(duì)高性能硬件設(shè)備的要求和不同軟件環(huán)境配置的特殊性要求，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一虛擬化管理，使資源管理從分散單一化向復(fù)合集約化轉(zhuǎn)變。根據(jù)實(shí)訓(xùn)對(duì)設(shè)備要求的不同，配置不同的虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)在CPU數(shù)量及核數(shù)、內(nèi)存容量、硬盤(pán)容量等參數(shù)的配置上各不相同，同時(shí)為滿(mǎn)足不同實(shí)訓(xùn)對(duì)軟件環(huán)境的要求，制作出不同的鏡像文件以供不同的實(shí)訓(xùn)環(huán)境搭建所用。

2）實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)資源開(kāi)放性

充分發(fā)揮云平臺(tái)資源共享的特性，一方面，將各實(shí)訓(xùn)軟硬件環(huán)境經(jīng)虛擬化后整合到私有云服務(wù)端，供校園網(wǎng)內(nèi)學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)；另一方面，可向服務(wù)提供商租用部署在公有云中的一些需要購(gòu)買(mǎi)而不打算購(gòu)買(mǎi)的軟件應(yīng)用，采用按需付費(fèi)的方式降低軟件的采購(gòu)成本以減輕學(xué)院信息化建設(shè)的負(fù)擔(dān)。

3）提供基于云平臺(tái)的社會(huì)服務(wù)

打破傳統(tǒng)的高校實(shí)訓(xùn)資源平臺(tái)建設(shè)模式，為深化校際合作和校企合作，將學(xué)校已購(gòu)買(mǎi)的軟件部署到公有云服務(wù)端，以租用的方式為其他高校或企業(yè)提供訪(fǎng)問(wèn)接口，并收取一定費(fèi)用，以更好地實(shí)現(xiàn)高校的社會(huì)服務(wù)功能。

4）統(tǒng)一運(yùn)維管理

統(tǒng)一規(guī)劃管理是作為實(shí)訓(xùn)資源公共服務(wù)平臺(tái)必不可少也是十分重要的一項(xiàng)功能，對(duì)整個(gè)平臺(tái)的統(tǒng)一運(yùn)維管理，包括業(yè)務(wù)遷移、安全管理等多個(gè)方面，且需要為管理提供一個(gè)人性化易操作的界面。

4基于混合云的實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

云計(jì)算的服務(wù)模式按應(yīng)用層次劃分為3個(gè)層次，由表及里分別為：“軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）”、“平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）”、“基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）”[8]。遵循云計(jì)算3個(gè)層次的服務(wù)模式并結(jié)合我院實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)的建設(shè)需求，設(shè)計(jì)出包含如下5個(gè)組成部分的混合云實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)：實(shí)訓(xùn)資源服務(wù)、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)服務(wù)、實(shí)訓(xùn)軟件服務(wù)、運(yùn)維管理、安全管理。

4.1 IaaS實(shí)訓(xùn)資源服務(wù)

IaaS實(shí)訓(xùn)資源服務(wù)是基于高校實(shí)訓(xùn)室硬件資源部署云服務(wù)。以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)服務(wù)器、存儲(chǔ)器及網(wǎng)絡(luò)等硬件資源進(jìn)行池化，構(gòu)建出計(jì)算資源池、存儲(chǔ)資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池。這樣一來(lái)，應(yīng)用系統(tǒng)就能夠從系統(tǒng)級(jí)和應(yīng)用級(jí)上實(shí)現(xiàn)一些在非云環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)的功能，如業(yè)務(wù)在線(xiàn)遷移、動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡、虛擬機(jī)自動(dòng)備份、容錯(cuò)等功能，從而搭建出一個(gè)能夠提供高可用服務(wù)的系統(tǒng)平臺(tái)，同時(shí)借助平臺(tái)提供的管理服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)功能以及資源池的動(dòng)態(tài)調(diào)配功能等[9]。一方面，高?？梢酝ㄟ^(guò)虛擬化池化自身的硬件資源部署到校內(nèi)的私有云，在多個(gè)私有云之間實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)資源的共享。另一方面，當(dāng)前很多公有云IaaS服務(wù)提供商如亞馬遜、谷歌、IBM、VMWare等，都可提供一些機(jī)構(gòu)所需的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，高校若希望在軟硬件購(gòu)置成本上節(jié)省開(kāi)支，不妨可以考慮按需租用第三方的服務(wù)器、存儲(chǔ)器、軟件、帶寬等資源。由于私有云安全性高，高校的核心服務(wù)和數(shù)據(jù)可以部署在高校私有云內(nèi)，而第三方公有云IaaS服務(wù)的高可擴(kuò)展性則可以解決高校實(shí)訓(xùn)室資源的相對(duì)不足以及更新擴(kuò)展難等問(wèn)題[10]，兩者相結(jié)合構(gòu)建混合云實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源支撐平臺(tái)可以為高校學(xué)生創(chuàng)建更好的實(shí)訓(xùn)條件，提高教學(xué)質(zhì)量。

4.2 PaaS實(shí)訓(xùn)平臺(tái)服務(wù)

PaaS實(shí)訓(xùn)平臺(tái)服務(wù)是把軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種虛擬化服務(wù)來(lái)提供的云計(jì)算，也稱(chēng)為中間件。高校既可以考慮租用平臺(tái)上的中間件服務(wù)，也可以選擇在配置好實(shí)訓(xùn)環(huán)境的虛擬開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，由此對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)資源、存儲(chǔ)資源及網(wǎng)絡(luò)資源等的管理都可全部交由PaaS服務(wù)提供商來(lái)處理，大大減輕了用戶(hù)在管理資源工作上的負(fù)擔(dān)。如此一來(lái)則可以避免許多在計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)類(lèi)實(shí)訓(xùn)中安裝實(shí)訓(xùn)軟件、配置系統(tǒng)變量等繁雜的工作。從縱向上看，該平臺(tái)包括了各種中間件的虛擬開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如Google App Engine，force.com和Windows Azure Platform等；從橫向上看，也包含了各中間件虛擬平臺(tái)的通用功能，如中間件虛擬資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配，中間件虛擬環(huán)境的快速映像打包、部署和更新等。從總體而言，可認(rèn)為PaaS實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是一個(gè)可共享的應(yīng)用平臺(tái)虛擬資源池，該資源池是對(duì)原有應(yīng)用平臺(tái)抽象化后結(jié)合平臺(tái)中間件虛擬化得出的。

4.3 SaaS實(shí)訓(xùn)軟件服務(wù)

SaaS實(shí)訓(xùn)軟件服務(wù)是由高校將自身的實(shí)訓(xùn)應(yīng)用軟件資源整合后部署到云服務(wù)端所提供的云服務(wù)。對(duì)于一些專(zhuān)業(yè)性的實(shí)訓(xùn)軟件，如企業(yè)經(jīng)營(yíng)模擬系統(tǒng)、銀行業(yè)務(wù)模擬系統(tǒng)等，可在云服務(wù)端以Web服務(wù)的方式向其他高校用戶(hù)提供訪(fǎng)問(wèn)接口，向缺乏此類(lèi)資源的高校共享其實(shí)訓(xùn)資源，從中收取服務(wù)費(fèi)。對(duì)于通用性較高的應(yīng)用軟件服務(wù)，可采用按需付費(fèi)的形式租用在線(xiàn)的SaaS服務(wù)，以降低購(gòu)買(mǎi)軟件的成本，如金蝶公司友商網(wǎng)的在線(xiàn)進(jìn)銷(xiāo)存系統(tǒng)、Salesforce的客戶(hù)關(guān)系管理系統(tǒng)等。這些應(yīng)用運(yùn)行在公有云服務(wù)端，只需通過(guò)瀏覽器就可直接使用，避免了用戶(hù)安裝軟件、配置環(huán)境等瑣碎的工作，同時(shí)也免去了應(yīng)用初期高昂的軟硬件投入費(fèi)用，用戶(hù)只要按照即用即付的形式進(jìn)行付費(fèi)即可。

4.4 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對(duì)云平臺(tái)實(shí)訓(xùn)資源的運(yùn)維管理、對(duì)不同層次上操作的統(tǒng)一監(jiān)控以及向用戶(hù)交付資源。在資源運(yùn)維管理方面，由于資源池是共享的，硬件資源不會(huì)被任何應(yīng)用或系統(tǒng)獨(dú)占，用戶(hù)可以根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)際需求合理地分配和回收資源，使得資源的管理更趨靈活。在運(yùn)維監(jiān)控方面，其監(jiān)控范圍從底層硬件層、網(wǎng)絡(luò)層向上延伸至虛擬化層，再跨越至操作系統(tǒng)、中間件和數(shù)據(jù)庫(kù)，往上最終覆蓋至業(yè)務(wù)應(yīng)用層。在用戶(hù)自動(dòng)化交付方面，首先由用戶(hù)通過(guò)云管理服務(wù)門(mén)戶(hù)提供的應(yīng)用界面，根據(jù)實(shí)際需要對(duì)包括系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)資源和應(yīng)用資源在內(nèi)的各種資源進(jìn)行定制并提交申請(qǐng)，申請(qǐng)一旦通過(guò)，云管理服務(wù)門(mén)戶(hù)就會(huì)在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行交付功能，將系統(tǒng)資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等資源交付給相應(yīng)的用戶(hù)。

4.5 安全管理

由于實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源平臺(tái)采用混合云模式后與采用前相比，其網(wǎng)絡(luò)和安全邊界均發(fā)生了變化，對(duì)安全性提出了更高的要求，需要制定一套完整的云平臺(tái)安全管理機(jī)制來(lái)保障其安全運(yùn)行。例如，原有的物理數(shù)據(jù)中心變成虛擬數(shù)據(jù)中心后，依然符合現(xiàn)有的安全等級(jí)保護(hù)要求，其外部仍可使用以往的物理安全保護(hù)方式，但內(nèi)部軟件定義的數(shù)據(jù)中心的安全防護(hù)措施則需要從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、主機(jī)安全、應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全等多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行考慮，以此來(lái)支撐IaaS、PaaS、SaaS各服務(wù)層次的安全運(yùn)行。同時(shí)，還需根據(jù)不同的服務(wù)層次、業(yè)務(wù)應(yīng)用、用戶(hù)和安全級(jí)別等，將統(tǒng)一的資源池分解為粒度更小的資源池，并在各個(gè)資源池的邊界上采取相應(yīng)措施加大安全防護(hù)的力度。

5結(jié)束語(yǔ)

混合云計(jì)算模式為高校的實(shí)訓(xùn)資源管理提供了全新的思路和方法。作為一種新興的技術(shù)，云計(jì)算至今仍沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如何應(yīng)用云技術(shù)手段對(duì)高校實(shí)訓(xùn)室資源進(jìn)行整合再利用還存在著許多問(wèn)題，例如：如何把不同廠商的云架構(gòu)產(chǎn)品應(yīng)用在實(shí)訓(xùn)室資源建設(shè)；如何統(tǒng)一和整合現(xiàn)有的設(shè)備和資源；如何利用中間件來(lái)實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的共享和統(tǒng)一；如何保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在公有云和私有云之間遷移時(shí)的數(shù)據(jù)完整性和保密性；如何在相關(guān)法律法規(guī)尚不健全的情況下保障云服務(wù)使用者的利益不受損害；等等。盡管如此，實(shí)訓(xùn)室資源管理應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)已是大勢(shì)所趨，其在為教師和學(xué)生提供一個(gè)易于擴(kuò)展的高性能的資源使用平臺(tái)的同時(shí)，也向周邊企業(yè)和學(xué)校提供云資源服務(wù)，使得“產(chǎn)、學(xué)、研”真正融合在一起，為推進(jìn)教學(xué)改革與創(chuàng)新提供了有力的支持。

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