廖鋒　魏明媛

摘要：為適應(yīng)高職院校教學(xué)診斷與改進工作的信息化部署要求，通過分析現(xiàn)有高職院校私有云構(gòu)建的技術(shù)架構(gòu)，采用軟件工程生命周期項目管理的敏捷部署方法，開展走訪調(diào)研、可行性分析、需求優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計、架構(gòu)優(yōu)化、業(yè)務(wù)遷移、統(tǒng)計反饋等環(huán)節(jié)，從而在實踐中優(yōu)化了超融合技術(shù)的私有云數(shù)據(jù)中心方案，提升了內(nèi)部質(zhì)量保證體系教學(xué)診改工作的效率。

關(guān)鍵詞：私有云;數(shù)據(jù)中心;教學(xué)診改;超融合技術(shù);虛擬機

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）08-0020-03

1 引言

近幾年來，為了加快高?！敖?、管、服”改革的質(zhì)量提升，以私有云支撐平臺為基礎(chǔ)的信息化教學(xué)診斷與改進工作（簡稱教學(xué)診改）已在國內(nèi)各大高校開展起來，教育部發(fā)布了《關(guān)于建立職業(yè)院校教學(xué)工作診斷與改進制度的通知》（教職成廳（2015）2號）和《高等職業(yè)院校內(nèi)部質(zhì)量保證體系診斷與改進指導(dǎo)方案》（教職成司函（2015）168號）等文件，大力推進信息化教學(xué)診斷與改進工作。教學(xué)診改平臺提供常態(tài)化精準(zhǔn)性質(zhì)量控制，不但需要私有云大數(shù)據(jù)平臺進行智能分析支撐，而且由智慧教學(xué)環(huán)境、智慧教學(xué)資源、智慧校園管理和智慧校園服務(wù)四類應(yīng)用組成的智慧校園架構(gòu)，也需要私有云平臺進行數(shù)據(jù)交換支撐，所以高職學(xué)院私有云數(shù)據(jù)中心相當(dāng)于高職院校的智慧大腦或指揮中樞，非常重要[1]。當(dāng)前，高職院校教學(xué)診改要在智慧校園私有云平臺的數(shù)據(jù)中心部署業(yè)務(wù)和對接業(yè)務(wù)，才能快速消除業(yè)務(wù)信息孤島，常態(tài)化提升“教、管、服”內(nèi)部質(zhì)量。私有云架構(gòu)重新優(yōu)化各個部門的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)治理方案，按智能化要求分析所采集的業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)優(yōu)化診改點，最終提升了學(xué)校、專業(yè)、課程、教師、學(xué)生五個層面的內(nèi)部質(zhì)量。

2 高職院校私有云架構(gòu)分析

私有云是由校企單位自己構(gòu)建的按需交付軟硬件資源給用戶的云平臺服務(wù)方案，私有云中的操作系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、打印服務(wù)、CPU、內(nèi)存、存儲、交換、路由和防火墻等軟硬件資源可以由自建單位統(tǒng)籌分配、共享和回收。隨著私有云技術(shù)架構(gòu)的成熟和成本的降低，高職院校的信息化建設(shè)中普遍采用私有云方案，將業(yè)務(wù)系統(tǒng)的計算單元和數(shù)據(jù)單元部署在學(xué)校的私有云數(shù)據(jù)中心，因此私有云數(shù)據(jù)中心作為承載全部校園信息化業(yè)務(wù)的載體，是信息化教學(xué)診斷與改進業(yè)務(wù)的軟硬件基礎(chǔ)平臺。

目前，采用傳統(tǒng)技術(shù)方式建立的高職院校數(shù)據(jù)中心有如下缺點：

（1）單點故障難應(yīng)對：在一臺硬件服務(wù)器上的業(yè)務(wù)因為物理故障停止運行時，不能快速回復(fù)并快速切換到新的硬件上工作;

（2）架構(gòu)缺乏彈性：傳統(tǒng)IT資源是緊耦合的，業(yè)務(wù)負載增加減少時，系統(tǒng)無法自適應(yīng)增加或釋放所管理的硬件資源;

（3） 新業(yè)務(wù)部署周期長：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新的業(yè)務(wù)系統(tǒng)從可行性分析、設(shè)備采購、安裝部署、業(yè)務(wù)測試、到最終的部署上線，需要長則數(shù)月的時間;智慧校園業(yè)務(wù)面臨走向互聯(lián)網(wǎng)化、移動化，云服務(wù)的大環(huán)境下，傳統(tǒng)架構(gòu)難以做到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的敏捷性和高效化部署;

（4）運維效率低：對出現(xiàn)的故障點和堵點不能及時發(fā)現(xiàn)，及時排查，不能做到智慧運維和精準(zhǔn)運維;

（5）資源利用率低：資源利用率普遍較低，服務(wù)器采用“單機單用”的使用模式，多數(shù)設(shè)備利用率不足20%，導(dǎo)致業(yè)務(wù)建設(shè)的成本高昂。

針對以上傳統(tǒng)技術(shù)建設(shè)私有云數(shù)據(jù)中心的不足?？梢圆捎贸诤纤接性萍軜?gòu)方案。

超融合技術(shù)的私有云架構(gòu)有統(tǒng)一的存儲、網(wǎng)絡(luò)和計算資源池，這些資源可以按需擴展，實現(xiàn)彈性調(diào)度，可以根據(jù)服務(wù)集群的硬件承載能力，不但仿真生成多個虛擬服務(wù)器，而且可以虛擬仿真生成防火墻、AD證書服務(wù)、VPN安全層服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，并自由組合成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)[2]。相比于傳統(tǒng)VMARAE技術(shù)支撐的私有云技術(shù)，不但整體建設(shè)成本投入少，而且進一步提高了業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署和網(wǎng)上運維的工作效率。

私有云虛擬機 （Virtual Machine） 是在學(xué)校自建的云空間，相比傳統(tǒng)物理服務(wù)器有以下優(yōu)點：

（1）可兼容X86架構(gòu)的多種服務(wù)器，虛擬機中所安裝的OS操作系統(tǒng)正常安裝后就能穩(wěn)定運行。

（2）虛擬機之間可以安全隔離，實現(xiàn)本地網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理和存儲管理的安全隔離。

（3）只要共享的云計算資源充足，業(yè)務(wù)部門不需要另外增加硬件投資，就可生成一臺新的虛擬服務(wù)器，虛擬機和業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署、備份及還原方便快捷;虛擬服務(wù)器中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速遷移。

3 校園私有云數(shù)據(jù)中心架構(gòu)優(yōu)化與實踐

（1）走訪調(diào)研

目前，提供私有云服務(wù)的廠家和技術(shù)流派很多，但從高職院校的人力、財力和物力方面綜合考慮，學(xué)院需要圍繞高職院校信息化建設(shè)的現(xiàn)狀和信息化教學(xué)診改的需求，順應(yīng)高職學(xué)院智慧校園建設(shè)的頂層規(guī)劃，進行架構(gòu)選型和篩查[3]。信息化建設(shè)人員可以到已經(jīng)采用了私有云方案的省內(nèi)兄弟院校調(diào)研取經(jīng)，詢問硬件和軟件的部署要求，及運維工作量方面的問題，經(jīng)過調(diào)研對比后，江西制造職院準(zhǔn)備采用超融合技術(shù)建設(shè)學(xué)院私有云架構(gòu)，教學(xué)診斷與改進平臺和其他現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)都可在云虛機的托管方式下快速部署上線。

（2）可行性分析

與早期本科院校傳統(tǒng)私有云改造方案動輒千萬元的投資相比，如今高職院校進行信息化教學(xué)診改時采用的超融合私有云方案，軟硬件成本一般可以控制在150萬以內(nèi)就可以滿足私有云數(shù)據(jù)中心第一階段的建設(shè)需求。因此私有云數(shù)據(jù)中心采用超融合技術(shù)方案的技術(shù)成熟性、可擴充性、兼容性、先進性和性價比方面都占有很大優(yōu)勢。

（3）需求確認和優(yōu)化

私有云數(shù)據(jù)中心的建立是一個分步實施的過程，高職院校可以參照學(xué)?！笆奈濉币?guī)劃中關(guān)于智慧校園頂層設(shè)計和信息化教學(xué)診改平臺需求，進行建設(shè)優(yōu)化。在第一階段實施步驟中，可以梳理高職學(xué)院最關(guān)鍵和常用的平臺和業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求（如認證、門戶、數(shù)據(jù)交換三大平臺及教務(wù)、學(xué)工、協(xié)同辦公、迎新、招生和資產(chǎn)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)的軟硬件需求），匯總第一階段的線上業(yè)務(wù)需求，轉(zhuǎn)化成私有云軟硬件的配置環(huán)境要求，同時又要保證五年后多路CPU、內(nèi)存、存儲和私有云擴展升級的可持續(xù)性。最終，江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院私有云數(shù)據(jù)中心的軟硬件配置主要包括了9臺硬件服務(wù)器、超融合云管平臺軟件、負載均衡軟件、CDP數(shù)據(jù)可持續(xù)保護軟件、虛擬防火墻和兩臺萬兆交換機。E85B7C94-6317-4903-BD2E-2EAFB6888C19

（4）系統(tǒng)設(shè)計和架構(gòu)優(yōu)化

私有云數(shù)據(jù)中心建設(shè)方案是以超融合架構(gòu)為基礎(chǔ)的，全網(wǎng)資源調(diào)度可視圖查看管理，調(diào)試運維方便直觀。私有云架構(gòu)替換傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)架構(gòu)如圖1所示。

在圖1的左邊是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)架構(gòu)，共有外置存儲、存儲交換、服務(wù)器、安全和網(wǎng)絡(luò)交換層共五層結(jié)構(gòu)，每一層都可能在運維方面出現(xiàn)物理性或邏輯性故障點，增加了數(shù)據(jù)中心運維的工作量和部業(yè)務(wù)部署時間。在圖1的右邊是采用了超融合構(gòu)架構(gòu)的私有云數(shù)據(jù)中心，共有超融合一體機+交換機二層結(jié)構(gòu)。很明顯，右圖比左圖架構(gòu)簡單，部署網(wǎng)上業(yè)務(wù)快捷方便，運維工作量也減少很多。

超融合架構(gòu)的私有云包括服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬和網(wǎng)絡(luò)虛擬化三個平臺架構(gòu)組成[4]。

服務(wù)器虛擬化架構(gòu)主要承載三大基礎(chǔ)平臺（認證、門戶、數(shù)據(jù)交換）、教務(wù)、大學(xué)工、協(xié)同辦公等各類部門業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)都可以分別安裝在私有云的虛擬機上運行，經(jīng)過優(yōu)化后的服務(wù)器虛擬化架構(gòu)如圖2所示。

在圖2中，架構(gòu)中最上層的VM（Virtual Machine）指虛擬機，每臺虛擬機就是一臺有獨立CPU、內(nèi)存、存儲、計算功能的虛擬服務(wù)器，每個業(yè)務(wù)部門的業(yè)務(wù)都可以在一臺定制化生成的虛擬機上運行，最上層相當(dāng)于一個有若干個虛擬機組成的資源池，用戶可按需申請和取消虛擬機的管理業(yè)務(wù)。

存儲虛擬化架構(gòu)主要承載業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)或結(jié)構(gòu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，由多塊固態(tài)硬盤和大量低成本SATA硬盤組成存儲資源池，容量可以超過上百T（萬兆單位）字節(jié)，是高職院校數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)安全存儲的核心區(qū)域。如圖3所示。

在圖3中，存儲虛擬化軟件層（aSAN）工作在服務(wù)器虛擬化軟件層（aSV）上面，存儲化虛擬化軟件為虛擬機提供文件存儲和共享服務(wù)，教學(xué)診改平臺產(chǎn)生和采集的大量數(shù)據(jù)就放在私有云的存儲資源池中，可以為業(yè)務(wù)對接和數(shù)據(jù)倉庫提供精準(zhǔn)、安全、一致的大數(shù)據(jù)。為了保護核心數(shù)據(jù)不被破壞，在存儲虛擬架構(gòu)中，可以增加CDP（Continuous Data Protection，持續(xù)數(shù)據(jù)保護）功能，優(yōu)化存儲架構(gòu)的安全性。當(dāng)某個時間點生成的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)被破壞或被植入病毒時，可以通過CDP功能進行快速恢復(fù)到完整性數(shù)據(jù)，CDP功能支持已建光纖存儲網(wǎng)絡(luò)中的存儲備份升級和再利用，不浪費已有存儲資源，為新老業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性保護提供了低成本的可行性優(yōu)化方案。CDP功能本質(zhì)上是一種多副本數(shù)據(jù)備份和還原技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換、網(wǎng)絡(luò)路由、負載均衡和流量過濾等功能，網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)如圖4所示。

在圖4中，aNET網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)系統(tǒng)工作在ASV服務(wù)器虛擬化架構(gòu)之上，網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)包括了虛擬交換機（aSwitch）、虛擬路由器（aRouter）、負載均衡（aLB）和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（NFV）等功能。對硬件服務(wù)器提供的多塊網(wǎng)卡，用戶可以按需定制分配到不同的虛擬機（虛擬服務(wù)器）中。

經(jīng)過系統(tǒng)總體架構(gòu)優(yōu)化后，最后采用超融合技術(shù)的私有云管理平臺如圖5所示。

在圖5中，數(shù)據(jù)中心的CPU、內(nèi)存、存儲、云主機（虛擬服務(wù)器）和物理主機總數(shù)都在后臺管理中用大數(shù)據(jù)的方式展示出來，方便了管理和運維，如果某個業(yè)務(wù)部門需要快速部署一個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，只要經(jīng)過快速審批后，管理人員可以在數(shù)據(jù)中心的私有云平臺上快速搭建業(yè)務(wù)系統(tǒng)正常運行的服務(wù)環(huán)境（生成虛擬機服務(wù)器，硬件服務(wù)器不需要再重新購買，直接虛擬生成即可）， 不到10分鐘就可以正常運行部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)了。

（5）業(yè)務(wù)遷移和參數(shù)優(yōu)化

私有云的體系架構(gòu)建立后，接下來管理人員就可以進行線上業(yè)務(wù)遷移和參數(shù)優(yōu)化了，高職院校已建立的教學(xué)診改相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都可以采用開機遷移和關(guān)機遷移兩種方式，快速遷移到私有云的數(shù)據(jù)中心，下表一是江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院業(yè)務(wù)遷移到私有云數(shù)據(jù)中心的方案表。

在表1中，高職學(xué)院遷移到私有云數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)可分為三個階段進行，如果是現(xiàn)階段無讀寫業(yè)務(wù)量的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以馬上進行第一階段的業(yè)務(wù)遷移;如果是經(jīng)常訪問的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，管理部門需要和業(yè)務(wù)部門協(xié)商一個空閑的時間段配合業(yè)務(wù)廠商進行業(yè)務(wù)遷移;如果是近段時間屬于高訪問量的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可以與業(yè)務(wù)部門協(xié)商，把遷移的時間退后到一個較低發(fā)訪問量時間段，并與業(yè)務(wù)廠家配合進行整體遷移。遷移工作要按照數(shù)據(jù)一致性、系統(tǒng)可用性、安全穩(wěn)定性原則進行。

（6）統(tǒng)計反饋

高職院校把信息化教學(xué)診斷與改進相關(guān)的核心業(yè)務(wù)遷到數(shù)據(jù)中心后，業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性會因為有超融合技術(shù)的私有云虛擬服務(wù)、CDP數(shù)據(jù)可持性保護和防火墻過濾等功能而大幅提升，也方便各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)在私有云的數(shù)據(jù)交換中心進行數(shù)據(jù)交換和對接，降低了業(yè)務(wù)對接的風(fēng)險，讓API業(yè)務(wù)對接變得簡單易行，快速消除了信息孤島。在私有云數(shù)據(jù)中心運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和虛擬主機所占用的CPU、內(nèi)存、存儲硬件資源都可以通過云管理平臺的數(shù)字展板實時查看和統(tǒng)計，如果某臺虛擬機上的線上業(yè)務(wù)因為CPU或內(nèi)存資源不夠而提示告警，可以動態(tài)增加CPU的內(nèi)核數(shù)或內(nèi)存容量以適應(yīng)信息化教學(xué)診斷與改進業(yè)務(wù)平臺的軟硬件工作環(huán)境。

4 結(jié)論和思考

當(dāng)前，高職院校的教學(xué)診改和質(zhì)量提升工作已經(jīng)在國內(nèi)大范圍推進開展，信息化的教學(xué)診改要達到內(nèi)部質(zhì)量控制數(shù)字化、精準(zhǔn)化、螺旋式提升效果，采用超融合架構(gòu)的校園私有云建設(shè)方案，是目前最便捷和低成本的解決方案。在信息系統(tǒng)建設(shè)優(yōu)化的過程中，沒有哪一套技術(shù)方案可以十全十美，所以我們不必貪大求全，推倒重來，可以先點后面、先易后難地進行繼承式地優(yōu)化建設(shè)，學(xué)校所花費的人力成本和資金成本可能會更低些，建設(shè)完成的效率也可能更高些。信息化教學(xué)診改工作屬于常態(tài)化工作，只有進行時，沒有完成時，所以校園私有云架構(gòu)的建設(shè)運維工作也要在實踐中不斷優(yōu)化調(diào)整，從而常態(tài)化提升高等職業(yè)院校內(nèi)部質(zhì)量。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王力】E85B7C94-6317-4903-BD2E-2EAFB6888C19