姚琦敏

摘要：數據中心作為各大IT新技術的交匯點，已成為各行業(yè)信息化建設不可或缺的一部分。高校是教育行業(yè)的典型代表，其運作過程將產生大量數據，現(xiàn)有高校數據中心往往存在資源浪費、運維困難、可靠性低、信息孤島嚴重等諸多問題，因此迫切需要建立一個完整、規(guī)范、開放、高效的數據中心來提升高校的信息化管理水平。文章提出在高?，F(xiàn)有數據中心的建設基礎上，通過構建標準數據共享體系和建設基于OpenStack的校級私有云數據中心來提高高校的數據管理質量水平。

關鍵詞： 數據中心;云計算;高校信息化;數據共享;OpenStack

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0031-04

1 引言?

當前，信息化建設已成為我國發(fā)展和創(chuàng)新的重要戰(zhàn)略。隨著高校規(guī)模的不斷擴大，高校信息化建設日趨重要。很多人認為有了電腦，可以上網，有很多軟件用，信息化程度就上去了。其實不然，高校信息化實際上還在初級階段，信息化的高級階段應該是實現(xiàn)對數據準確快速查詢、分析、管理、傳輸、共享和應用[1]。為了讓高校信息化加速步入高級階段，建設校級數據中心將是勢之所趨。

數據中心是一整套以計算機、網絡設備、存儲設備、環(huán)境控制及各種安全裝置等基礎設施為支撐，以業(yè)務應用系統(tǒng)、網絡技術、存儲技術、數據庫管理等技術為基礎，以組織運作的數據為核心，按照統(tǒng)一的標準，實現(xiàn)具有數據分類查詢、數據綜合分析、數據備份、信息管理及服務等功能的一體化信息資源管理體系[2-3]。

面對高校數量繁多又龐雜的信息系統(tǒng)，新時期高校數據中心的建設也應該與時俱進。本文在高校數據中心現(xiàn)有的建設基礎上進行總體分析，并對基于云計算的高校數據中心建設的總體規(guī)劃進行探索與研究，旨在打造一個集中式統(tǒng)一管理的基于云計算的高校數據中心，提高高校數據收集與整理的效率，實現(xiàn)高校數據的科學管理、合理分析和充分應用。

2 高校數據中心建設存在的問題

當前，高校信息化過程不斷推進，各部門紛紛根據需要建立了信息管理系統(tǒng)，如教務系統(tǒng)、科研系統(tǒng)、學工系統(tǒng)、資產管理系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)等，覆蓋學校各業(yè)務層面，成為各高校日常業(yè)務處理不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的高校數據中心往往依托校信息中心或網絡中心呈現(xiàn)，只是對業(yè)務系統(tǒng)的服務器集中存放，而實際是各部門獨立分散管理，其主要存在以下問題：

（1）資源浪費嚴重

各學院、各部門之間需要各類信息系統(tǒng)處理日常業(yè)務，各院部的系統(tǒng)往往存在交集卻獨立重復建設，這就導致了大量資源的冗余和浪費。此外，傳統(tǒng)數據中心多數系統(tǒng)資源分配不合理，擴展性差，很多資源平時用不上，高峰期又不夠用且難擴展，如學生選課系統(tǒng)。

（2）運維人員不足

各部門積極獨立研發(fā)各類業(yè)務系統(tǒng)，卻缺少對系統(tǒng)的專業(yè)管理運維人員，使得數據中心可持續(xù)運行效果差，導致高校信息化建設止步不前。

（3）系統(tǒng)可靠性低

各業(yè)務系統(tǒng)往往沒有進行高可用性設計，一旦服務器故障，系統(tǒng)就隨之癱瘓，嚴重影響部門管理工作。更甚者，還會造成數據丟失，直接將部門以往工作毀于一旦。

（4）數據孤島嚴重

高校信息化建設過程中不同部門根據各自需求獨立建設了各類信息業(yè)務系統(tǒng)。然而，各系統(tǒng)間數據往往既獨立又相互交疊，各系統(tǒng)數據標準的不同，使得各部門間數據難以實時共享和發(fā)揮數據關聯(lián)作用，產生嚴重的“數據孤島”。此外，數據的多部門管理，使得交疊部分的數據缺乏一致性，各部門往往重復派發(fā)數據收集任務，給二級學院增添了不少的工作量。

（5）數據管理效率低下

高校運行過程中將產生大量數據，分別由不同職能部門進行管理維護。不同部門數據歸置分類不統(tǒng)一也不明確、交疊數據不一致，極大增加了數據管理的難度，使得傳統(tǒng)高校各部門間數據流通還需要人工在不同系統(tǒng)間進行導入導出，并進行人工數據轉換和比對確認，大大降低了工作效率。

3 基于云計算的高校數據中心建設

高校信息化進程的不斷深入為高校帶來了大量的信息系統(tǒng)、數字資源和電子數據，如何提高高校數據管理效率和如何有效控制建設成本已成為當前亟待解決的主要問題。這就需要創(chuàng)新數據管理模式，從校級層面規(guī)劃并建立一個完整、規(guī)范、開放、高效的數據中心。為此，本文提出了基于云計算的高校數據中心建設，并對其進行總體規(guī)劃設計。

3.1 建設目標

數據的高效管理主要包括數據的高效收集、存儲、轉換、共享、應用和維護[4]。一個完整的數據中心生態(tài)系統(tǒng)會涉及數據產生、數據采集、數據使用、數據中心開發(fā)、后臺維護等五類人員。學生和教師是高校數據的主要產生人員，學生會產生學生的個人信息、專業(yè)信息、選課信息、成績信息等數據，教師會產生教師的個人信息、工資信息、借用資產信息、教學信息、科研信息等數據。數據采集人員往往是負責學校的人事、教務、科研、資產管理等工作的高校職能部門。各個職能部門負責采集各自業(yè)務范圍的數據，并對數據進行核對。數據使用人員包括學生、教師、職能部門及校外人員或單位。數據中心開發(fā)人員往往是對數據中心的各個信息系統(tǒng)和數據庫進行開發(fā)設計、編碼實現(xiàn)的外包廠商或校內技術人員。最后，數據中心和各信息系統(tǒng)需要技術人員進行資源調度、后臺維護和更新，確保數據庫、信息系統(tǒng)等的正常運行，避免因數據中心崩潰或數據丟失導致全校工作癱瘓。

數據中心的建設離不開這五類人員的共同參與，因此，數據中心的總體規(guī)劃需要對上述人員和工作過程進行綜合考慮。為了提高高校數據管理效率，需要將建設目標分為兩個方面。一方面為了各部門數據能高效收集、轉換和共享，需要建立校級統(tǒng)一的標準數據共享體系，促進各信息化系統(tǒng)的深度融合。另一方面為了有效控制數據中心的硬件、空間和運維成本，需要構建私有云平臺管理數據中心，減少資源浪費，保證信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性和高可用性。

3.2 建設內容

基于云計算的高校數據中心建設從頂層設計上分為兩塊：一是校級標準數據共享體系建設;二是校級私有云數據中心建設。

3.2.1 建立校級統(tǒng)一的標準數據共享體系

數據收集是數據中心建設過程中的重點和難點[5]。各部門信息化水平的差異使得數據收集和部門間數據流通依然停留在人工階段，需要多部門導出數據，重復采集和人工錄入。例如一個教師的人事考核，涉及職稱信息、科研工作量和教務工作量等，需要人事、科研、教務三個部門之間的數據共享，此時就需要行政人員在三個部門之間協(xié)調溝通，導入導出數據，流程煩瑣，效率低下。

為了解決上述問題，需要建立校級統(tǒng)一的標準數據共享體系，對數據進行標準化統(tǒng)一管理，消除“信息孤島”，實現(xiàn)高校數據高質量共享和應用。其建設內容如圖1所示，包括校級信息標準、數據整合平臺、公共數據庫、數據交換平臺和數據開放平臺。

校級信息標準包括信息編碼標準和數據標準。校級信息標準是數據中心建設的基礎。它是全校所有信息系統(tǒng)開發(fā)設計時都必須參照執(zhí)行的規(guī)范，有了統(tǒng)一、科學、規(guī)范的分類和描述，數據才能有序流通和共享[6]。此外，還需制定相關制度，要求數據采集人員、新增信息系統(tǒng)的開發(fā)人員必須嚴格執(zhí)行校級信息標準的各項規(guī)則要求。

數據整合平臺將各個信息系統(tǒng)生成的數據進行去冗余和標準化整合[7]。早期建立的信息系統(tǒng)種類繁多，標準各異，影響各部門數據的共享和管理，學校不能浪費人力財力物力全部推倒重建，因此需要數據整合平臺對各部門數據進行標準化整合，從而打通“信息孤島”，建成學生、教工、資產數據“三張表”，為數據分析、共享和開放奠定基礎。

公共數據庫用于存儲經數據整合平臺標準化后的結構化數據，包括五類：教職工數據、學生數據、政策數據、財務數據和資產數據。后續(xù)建設的信息系統(tǒng)將直接按照校級信息編碼標準和校級數據標準對接公共數據庫，不再通過數據整合平臺進行數據標準化。

數據交換平臺用于不同職能部門間數據的交換共享，各部門通過在數據交換平臺上進行數據共享申請、權限審核等流程獲取所需的其他部門的數據，整個流程無紙化辦公。

數據開放平臺以門戶網站的形式呈現(xiàn)，用于學生、教師、家長、校外機構以及社會人士等查詢、下載和應用。數據開放平臺以服務為基礎，開放辦理業(yè)務所需的服務數據，在校師生、離校校友可以通過一個賬號一站式查詢、下載到自己在校的各方面數據。

3.2.2 ?校級私有云數據中心建設

面對高校數據中心規(guī)模的不斷擴大，如何對高校數據中心進行開放共享和有效管理成為新一代數據中心的主要問題。云計算和虛擬化技術的引入，可以對數據中心的計算、存儲、網絡等資源進行有效整合、統(tǒng)一調度和合理分配，從而提高資源利用率，實現(xiàn)共享開放，便于運維，提升數據中心的整體服務性能[8]。因此，本階段的建設內容是校級私有云平臺建設、標準數據共享體系遷移部署。在完成校級標準數據共享體系建設規(guī)劃的基礎上，建設私有云平臺對數據中心進行統(tǒng)一管理;在完成私有云平臺建設的基礎上，將校級標準數據共享體系遷移到私有云平臺上，形成完整的校級私有云數據中心。

整個云數據中心分四個層面進行設計：基礎設施層、云平臺層、管理層和應用層，其總體架構如圖2所示。

（1）基礎設施層

基礎設施層是云數據中心的基礎，為云平臺層提供服務器、存儲、網絡等物理設備資源。所有物理資源可以分布在不同機房中，但都被置入資源池中進行集中管理和統(tǒng)一調度，后續(xù)由管理層根據業(yè)務需求進行資源動態(tài)分配，物理服務器提供計算資源;存儲服務器提供存儲資源，用于存儲海量數據;網絡設備負責連通數據中心各個資源池。

（2）云平臺層

云平臺層是云數據中心最關鍵的部分，它為應用層提供云主機和云存儲，為管理層提供資源管理和權限管理服務。云平臺層的核心技術是虛擬化，將資源池的計算和存儲資源進行動態(tài)組合成不同配置的虛擬機（VM）供應用層使用。

云平臺層采用當前主流的開源云平臺OpenStack進行搭建，主要分為計算模塊（nova）、網絡模塊（neutron）、存儲模塊（cinder）、認證模塊（keystone）等[9]。

Nova負責調度管理計算資源，提供虛擬機，主要實現(xiàn)根據管理員的需求去分配虛擬機所需的計算資源，并提供對虛擬機的資源配置進行靈活擴展或裁剪、虛機遷移等功能。

Neutron負責整個云平臺的網絡資源，可根據需求部署網絡類型，如flat、vlan、vxlan等，可為虛機分配網絡，還可根據數據中心區(qū)域配置網絡，實現(xiàn)VPC（virtual private cloud）技術，完成數據中心不同區(qū)域間靈活互通或隔離。

Cinder負責存儲資源的調度，在創(chuàng)建虛機時可將虛機的系統(tǒng)盤和數據盤都掛載在存儲資源上。cinder提供不同廠商存儲服務器的驅動，可根據需求選擇不同類型的后端存儲，確保數據安全可靠。

Keystone負責身份驗證，主要實現(xiàn)用戶訪問資源需要的身份驗證和不同用戶角色的權限設置。此外，不同服務間資源的調用也需要向keystone注冊并成功獲取所訪問服務的endpoint方可使用。

（3）管理層

管理層主要進行資源管理和權限管理，確保云數據中心的安全性和可靠性。

云數據中心需要專門的人員進行運維和管理，因此，首先需要專門設立一個部門負責云數據中心的建設和運維管理。設立最高權限管理員，通過OpenStack對云數據中心中的所有資源進行管理，包括集中管理各職能部門的服務器、存儲和網絡資源。最高管理員下放二級權限給租戶管理員，租戶管理員對接職能部門或二級學院。各租戶是一個VPC，由租戶管理員分配隸屬本租戶的云主機和云存儲，按需求上線業(yè)務，設立共享和開放的數據范圍，設置不同數據使用人員的訪問權限。在管理資源時要充分考慮信息系統(tǒng)的階段性高峰期，例如，教務處租戶管理員可在選課高峰期根據需求為選課系統(tǒng)所在的云主機擴展計算資源和存儲資源，選課時間段過后可回收資源用于處理其他業(yè)務。

為了保證服務質量，管理層需要建立并完善云數據中心管理制度和服務流程[10]，定期進行人員培訓并嚴格遵守流程規(guī)則，實現(xiàn)高校業(yè)務辦理全程數字化和無紙化，讓云數據中心發(fā)揮出最大的效用。

（4）應用層

應用層是云數據中心的頂層，向數據使用者提供兩項基本服務：數據內部共享和數據對外開放，主要包括用戶接口、各類信息系統(tǒng)、數據庫、數據開放平臺和數據交換平臺，即統(tǒng)一的自助服務網站、校級統(tǒng)一的標準數據共享體系。

統(tǒng)一的自助服務網站由管理員部署在云主機和云存儲上，可批量部署到多臺虛機上，實現(xiàn)負載均衡和容災備份。數據使用人員通過用戶接口經身份認證后訪問數據開放平臺和數據交換平臺，不同身份的用戶擁有不同的訪問權限，由管理層設置。

統(tǒng)一的標準數據共享體系也由管理員負責遷移部署到云主機和云存儲上。數據交換平臺用于內部職能部門之間的數據交換共享，避免重復數據采集、數據多頭管理、信息孤島等問題，數據開放平臺用于對外開放數據，供家長、學生、教師等進行查詢。二者均對接公共數據庫，公共數據庫中存放著經標準化后的數據。新應用系統(tǒng)直接在云平臺上線，舊應用系統(tǒng)則需連同數據整合平臺一起遷移到云平臺上，各應用系統(tǒng)仍隸屬原數據產生的職能部門進行管理和使用。學校對公共數據庫中的數據進行清洗、建模、挖掘、分析、可視化展示，最終為學校發(fā)展、招生宣傳、師生教育、校友調查提供方向。

3.3 優(yōu)點

基于云計算建設的標準數據共享體系將具有如下優(yōu)點：

（1）數據共享系統(tǒng)高可用，云平臺自動檢測故障，根據云主機自動遷移技術，宿主機發(fā)生宕機后，可自動遷移到資源充足的服務器上，提高了系統(tǒng)的容災能力。

（2）結合云網絡和VPC技術，可以隨時對信息系統(tǒng)進行隔離和共享，增加了系統(tǒng)部署、管理和使用的靈活性、安全性。

（3）便于管理員對云主機的計算資源和存儲資源進行擴展，管理海量數據，降低運維難度，操作簡單，便于維護。

4 結論

基于云計算的高校數據中心改變了以往的數據管理模式，實現(xiàn)高校數據的一體化管理，有助于減少資源浪費，打通信息孤島，開放共享數據，監(jiān)測高校運行常態(tài)，為高校運營決策提供有效的數據參考，從而提高教學質量，促進高校更好更快發(fā)展。

參考文獻：

[1] 劉娜，曾成，崔雪嬌，徐占然.云計算環(huán)境下城市基礎信息庫的研究[J].物聯(lián)網技術，2018，8（05）：80-82.

[2] 祝世京，張艷，陳衛(wèi)東. 關于區(qū)域數據中心總體技術部署相關問題研究[J]. 華南金融電腦， 2008（11）： 2-5.

[3] 何艷平. 關于湖南高校數據中心頂層設計的思考[J]. 蘭臺世界， 2016（1）： 43-44.

[4] 陳大富.高校數字化校園的數據中心平臺建設[J].信息與電腦（理論版），2017（16）：138-140.

[5] 李建. 大數據時代高校數據中心的建設構想[J]. 信息通信， 2018（1）： 198.

[6] 林成. 基于數據中心的高校信息標準建設[J]. 中國新通信， 2017（17）： 37-38.

[7] 唐長樂，王春迎.基于政務云數據中心的政府數據開放共享服務集成平臺研究[J].情報資料工作，2017（05）：13-19.

[8] 湯應.智慧校園基于私有云平臺的數據中心建設研究[J].電腦迷，2018（10）：181-182.

[9] 李志軍， 孔朋朋， 雷振伍. 基于OpenStack的私有云平臺設計[J]. 微型機與應用， 2016， 35（9）：24-26.

[10] 李先毅，高山，劉柱，劉瑾.高校信息化運維體系中的校園云數據中心建設[J].華東師范大學學報（自然科學版），2015（S1）：262-265+282.

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