云南大學(xué)滇池學(xué)院 徐海清

一、引言

當(dāng)前科技教育的重要性不言而喻，世界各國都把技術(shù)和教育作為國家的重中之重。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代教育逐漸受到政府和業(yè)界的重視。在信息技術(shù)和知識經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，如何有效利用網(wǎng)絡(luò)教育已成為各國政府關(guān)心的重大課題之一，各種專項(xiàng)規(guī)劃也相繼制定并實(shí)施。發(fā)達(dá)國家利用自身固有的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，在信息教育領(lǐng)域已經(jīng)迅速發(fā)展起來。

云計(jì)算是繼PC和互聯(lián)網(wǎng)之后的第三次IT行業(yè)創(chuàng)新浪潮，自2008年以來發(fā)展迅速。國外云計(jì)算產(chǎn)業(yè)起步比較早，技術(shù)發(fā)展比較成熟。業(yè)界聚集了許多著名的云計(jì)算服務(wù)提供商，包括亞馬遜、谷歌、微軟、VMware和Racespace。其中，亞馬遜作為云計(jì)算行業(yè)的頂級服務(wù)提供商，占據(jù)全球云計(jì)算市場份額的41%-43%，其產(chǎn)品主要包括彈性計(jì)算云和簡單存儲服務(wù)（S3）。EC2為用戶提供Web服務(wù)訪問云服務(wù)器的平臺，用戶可在EC2上安裝和運(yùn)行所需的任何軟件應(yīng)用，EC2為用戶提供了可調(diào)整的云計(jì)算能力。AmazonS3是Amazon提供的在線存儲服務(wù)，用戶可以通過S3服務(wù)在云服務(wù)器上輕松存儲文檔、視頻和圖像等數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。谷歌是云計(jì)算技術(shù)的最大應(yīng)用方，在全球擁有30多個(gè)數(shù)據(jù)中心，服務(wù)器總數(shù)超過100萬臺。此外，它還推出了許多云計(jì)算服務(wù)，包括Google App Engine、Google云存儲、Google Docs、Gmail等。其核心技術(shù)GFS、Map Reduce和Big Table被稱為分布式計(jì)算技術(shù)的三駕馬車。此外，微軟還推出了大型企業(yè)云平臺Azure，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、SQL應(yīng)用、SharePoint、Dynamics CRM和Live應(yīng)用等云計(jì)算服務(wù)。此后，VMware、Racespace、IBM、Citrix等公司也紛紛加入云計(jì)算技術(shù)的開發(fā)和推廣中，推動(dòng)了云計(jì)算市場的繁榮和發(fā)展。

中國的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)在近幾年也發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)逐漸明朗化，但總體形勢仍處于起步階段。目前，中國已形成四大云計(jì)算戰(zhàn)略發(fā)展基地，即“中國云谷”“長江三角洲云計(jì)算產(chǎn)業(yè)圈”“珠三角云計(jì)算產(chǎn)業(yè)圈”和“中西部云計(jì)算產(chǎn)業(yè)圈”。同時(shí)，與國外公司如亞馬遜、微軟、IBM、SAP等合作都有力地促進(jìn)了中國的云計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。阿里巴巴、盛大、新浪、騰訊等國內(nèi)IT服務(wù)商也紛紛加入研發(fā)云計(jì)算，并推出了一系列的云服務(wù)產(chǎn)品，如阿里巴巴云彈性計(jì)算、盛大云主機(jī)、新浪應(yīng)用程序引擎等。

本文研究的主要目標(biāo)是基于MVC模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，主要是基于現(xiàn)實(shí)教育模式的基礎(chǔ)上，運(yùn)用高科技手段為學(xué)生提供更好、更便捷的學(xué)習(xí)模式。

二、云計(jì)算信息處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和架構(gòu)

（一）云平臺的主要架構(gòu)

整個(gè)平臺主要包含虛擬化層和資源庫層兩大部分。虛擬化層主要是通過使用開源基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)管理軟件Eucalyptus進(jìn)行設(shè)計(jì)。這一層級需要選擇正確的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗钦麄€(gè)平臺中的關(guān)鍵層。資源庫層從收集的資源層中選擇資源，并根據(jù)用戶或服務(wù)的需要對資源進(jìn)行打包，形成不同大小的計(jì)算資源，從而得到我們最熟悉的虛擬機(jī)[8]。

系統(tǒng)在虛擬化層，使用了用于管理基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺的開源軟件Eucalyptus，并在其上安裝了Eucalyptus的節(jié)點(diǎn)控制組件，這些組件可以執(zhí)行關(guān)閉、檢查、啟動(dòng)和清理任務(wù)。為了訪問底層虛擬化層和虛擬資源，需要部署在管理層的兩臺服務(wù)器上安裝相應(yīng)的組件。此外，操作系統(tǒng)最終會把來自服務(wù)層的相應(yīng)請求轉(zhuǎn)換為對虛擬資源的訪問。在安裝部署服務(wù)器的問題上，一臺服務(wù)器安裝云控制器組件，另一臺服務(wù)器安裝群集控制器組件和存儲控制組件，其中的節(jié)點(diǎn)連接服務(wù)層和虛擬化層。

基于上述原理和框架，希望設(shè)計(jì)一個(gè)資源池層，所需資源較少、體量較輕，虛擬化層配置和管理操作更簡單，有利于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建私有云服務(wù)平臺，這樣自主設(shè)計(jì)的鏡像文件就可以放在基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

（二）網(wǎng)絡(luò)教育平臺的總體設(shè)計(jì)框架和思路

在云計(jì)算的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建了云教育系統(tǒng)的研究方案，并在現(xiàn)有的谷歌云計(jì)算平臺上使用谷歌App Engine開發(fā)了統(tǒng)一開放的云教育系統(tǒng)。同時(shí)，也根據(jù)云計(jì)算、Google App Engine的核心架構(gòu)、提供的接口服務(wù)技術(shù)等相關(guān)理論進(jìn)行了研究和分析，此外，還對傳統(tǒng)的分散式在線學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建模式進(jìn)行了詳細(xì)地分析。針對其不足結(jié)合云計(jì)算的優(yōu)勢，提出了基于云計(jì)算構(gòu)建教育學(xué)習(xí)平臺的研究方案，并對整個(gè)云學(xué)習(xí)平臺的體系結(jié)構(gòu)和功能需求進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。最后，我們還利用Google App Engine開發(fā)平臺、Eclipse集成環(huán)境和Javaweb技術(shù)開發(fā)教育云系統(tǒng)的主要功能模塊，并對系統(tǒng)功能接口、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)持久性和系統(tǒng)安全性的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入分析和闡述。

（三）云計(jì)算信息系統(tǒng)的測試評估

云服務(wù)流程包括：待審批、待分配、正常、異常、停止、注銷等。在接收到資源請求后，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)服務(wù)將生成一個(gè)資源服務(wù)項(xiàng)并將其標(biāo)記為掛起狀態(tài)。管理員批準(zhǔn)后，將其標(biāo)記為要分配的狀態(tài)，等待資源分配和主機(jī)配置完成。云主機(jī)配置生效后，資源服務(wù)項(xiàng)目標(biāo)記為正常，服務(wù)可以交付給用戶。如果資源分配異常，如資源不足、用戶級別不足，則標(biāo)記為異常，需要管理員進(jìn)行處理。當(dāng)資源服務(wù)過期時(shí)，服務(wù)狀態(tài)自動(dòng)標(biāo)記為已停止，并請求資源配置引擎模塊取消相關(guān)資源的訪問權(quán)限，原始資源分配將生成一段時(shí)間的虛擬機(jī)映像。用戶注銷后，相關(guān)服務(wù)項(xiàng)的狀態(tài)標(biāo)記為注銷，并釋放所有資源。

整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要以下步驟：第一步，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體框架；第二步，根據(jù)系統(tǒng)需求編寫相應(yīng)的代碼；第三步，對程序進(jìn)行調(diào)試；第四步，對系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)。其中最重要的是編寫代碼和調(diào)試程序兩個(gè)步驟。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，最能出現(xiàn)不同情況的是系統(tǒng)的調(diào)試。在調(diào)試過程中，出現(xiàn)了很多問題，但通過不斷核對和查找資料、再經(jīng)過技術(shù)調(diào)試和不斷討論之后，問題逐一得到了解決。

云計(jì)算平臺將使用多個(gè)服務(wù)器管理的系統(tǒng)管理模塊正常運(yùn)行，這些模塊是IT體系結(jié)構(gòu)中非常重要的一部分。此外，作為支撐整個(gè)業(yè)務(wù)平臺和應(yīng)用平臺的基礎(chǔ)，要保證其順利運(yùn)行，必須獲得更可靠、更連續(xù)的運(yùn)行維護(hù)。

教育客戶有多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，每個(gè)用戶可以訪問一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，這要求每個(gè)用戶在多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中管理和維護(hù)多組帳戶。通常，這些應(yīng)用程序會使用各種產(chǎn)品、供應(yīng)商、體系結(jié)構(gòu)、后端數(shù)據(jù)庫等，并被歸類為異構(gòu)系統(tǒng)。此外，各個(gè)帳戶信息通常在不同的目錄、數(shù)據(jù)庫或其他IT網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中是離散的。由于這些應(yīng)用程序無法同步，因此會導(dǎo)致大量此類信息冗余、不一致或無用，這不可避免地增加了沖突的風(fēng)險(xiǎn)。此外，管理這些信息的難度相當(dāng)大，需要高昂的投資，而且可能存在潛在的安全漏洞。

隨著教育客戶信息技術(shù)的不斷深入，應(yīng)用系統(tǒng)也逐漸增多，這種情況也會越來越復(fù)雜。同時(shí)，還存在一些缺點(diǎn)和弊端，管理員需要手工記錄大量的身份信息，工作量很大，另外也不可避免地存在一些風(fēng)險(xiǎn)，通常只有當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，才能發(fā)現(xiàn)某個(gè)信息已被更改，或者該信息已變得不同步，并且出現(xiàn)多個(gè)版本。

三、云平臺在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用

近年來，云平臺在教育資源方面的應(yīng)用尤為顯著，特別是在網(wǎng)絡(luò)教育方面，一方面其使用起來快捷、便利；另一方面還大大節(jié)約了成本和資源。在云平臺中，所有的產(chǎn)品都是以虛擬數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行儲存的，因此，在網(wǎng)絡(luò)教育中，不僅需要對所有知識進(jìn)行整理歸類，還需要根據(jù)學(xué)生的需求來集存和使用。同時(shí)，還需要優(yōu)化有利的云平臺，將云計(jì)算技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)教育資源管理進(jìn)行有效地結(jié)合應(yīng)用。

可見，將云平臺信息系統(tǒng)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教育資源，從很大程度上為使用者或者是學(xué)習(xí)者把過程簡單化、快捷化，讓曾經(jīng)復(fù)雜、繁重的學(xué)習(xí)變得輕松起來，高效、有利地提高了學(xué)習(xí)效率。因此，把云平臺技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教育的意義和前景都較為深遠(yuǎn)，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教育的更好效果，充分利用有效資源，一方面需要不斷優(yōu)化云計(jì)算技術(shù)，并將其運(yùn)用到教學(xué)中；另一方面，也需要配合云計(jì)算技術(shù)，不斷調(diào)整教學(xué)方式和方法。

四、結(jié)論

綜上所述，本文在研究了云計(jì)算理論、云計(jì)算架構(gòu)和云計(jì)算架構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，分析了基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)的抽象模型和總體技術(shù)架構(gòu)，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了基礎(chǔ)設(shè)施云服務(wù)平臺，最終構(gòu)建了一個(gè)基于云的高校網(wǎng)絡(luò)教育平臺。同時(shí)，從硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境三個(gè)方面構(gòu)建了設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了從IT的分散資源到最終以服務(wù)的形式匯集和呈現(xiàn)的過程。另外，還實(shí)現(xiàn)并測試了基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)教育平臺及其模塊。而且，所有的應(yīng)用和數(shù)據(jù)源都是統(tǒng)一提供的，提供信息的方式完全可以滿足不同用戶的獨(dú)特需求?？偠灾?，所采用的方法降低了系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜性，促進(jìn)了云計(jì)算平臺在網(wǎng)絡(luò)教育中的使用，以及教育資源的再利用，提高了教育管理的水平和效率，有效地降低了總體擁有成本，減少了投資重復(fù)。同時(shí)，也有力證明了云平臺技術(shù)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息資源管理系統(tǒng)中非常有力的支撐和途徑，其也成為了教育發(fā)展的必然趨勢，體現(xiàn)了教育資源的功能最大化效益，有利于推動(dòng)現(xiàn)代教育資源的發(fā)展。