令狐新榮

（貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 貴州 貴陽 550025）

0 引言

云技術(shù)是一種基于云計(jì)算業(yè)務(wù)模型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)、管理平臺(tái)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等的總稱。用戶利用手機(jī)接入云端技術(shù)的資訊平臺(tái)存取資料時(shí)，無須安裝程序或進(jìn)行資料的下載與傳送，可以直接查看所需的信息資源，并實(shí)現(xiàn)資源共享。本文通過實(shí)施以云計(jì)算為基礎(chǔ)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理，可以建立一個(gè)符合學(xué)校特點(diǎn)和要求的實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生都能進(jìn)行經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)。

1 云技術(shù)的基本特征

云技術(shù)是將一系列的硬件、軟件和因特網(wǎng)等資源集合到一起，形成一個(gè)資源庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、存儲(chǔ)和共享的綜合管理。利用云計(jì)算技術(shù)，使用者的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力將不受本地信息網(wǎng)絡(luò)的限制，通過電腦網(wǎng)絡(luò)將資料傳送給服務(wù)端，并由服務(wù)端完成所需的運(yùn)算及處理，以達(dá)到按需付費(fèi)、靈活、方便的自助服務(wù)[1]。

從“云技術(shù)”的角度來說，“云”就是互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)資源的具體化，每一個(gè)用戶就是“云端”，無論在何種條件下，都能得到信息技術(shù)的應(yīng)用。云計(jì)算技術(shù)包括：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)、管理平臺(tái)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)開發(fā)等。虛擬化技術(shù)、分布式并行計(jì)算技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合容器技術(shù)、微服務(wù)技術(shù)、聲明式 API技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)信息資源的組池化、快速部署和可擴(kuò)展[2]。

1.1 資源池化

“云”是信息技術(shù)資源的匯集，集中資源、主動(dòng)管理、按需要調(diào)整是其核心理念。所以要做到“云化”，必須要把散亂的數(shù)據(jù)加以集中、整理和重組，形成合理的數(shù)據(jù)庫。資源池的關(guān)鍵是把大量散亂的、沒有充分發(fā)揮的計(jì)算應(yīng)用功能資源加以集中，并整合在擁有更大承載運(yùn)算量的主機(jī)上，以便進(jìn)行對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源統(tǒng)籌調(diào)配。而虛擬化技術(shù)則是將數(shù)據(jù)抽象，把軟件應(yīng)用、硬件設(shè)備等數(shù)據(jù)資源分開，打破了軟件配置、硬件配置等方面的限制，形成了一個(gè)靈活的 ICT資源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實(shí)之間的動(dòng)態(tài)分配。在安裝和移植使用的環(huán)境中，一般的虛擬化方法都太過煩瑣了，而集裝箱技術(shù)則是一個(gè)輕量級(jí)的、高可移植性的“集裝箱”，“打包”所有的代碼和底層的操作系統(tǒng)，有效地沉淀和重用底層的基礎(chǔ)架構(gòu)，并靈活地遷移和重構(gòu)上層的應(yīng)用，提高了資源的利用率和效率[3]。如圖1所示。

圖1 虛擬化技術(shù)應(yīng)用架構(gòu)示例

1.2 快速部署

云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，雖然使云計(jì)算服務(wù)用戶數(shù)量和規(guī)模在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，但是大量的應(yīng)用同時(shí)接入，使單一的應(yīng)用軟件難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、靈活服務(wù)。分布式并行技術(shù)、分布式信息存儲(chǔ)技術(shù)是當(dāng)今云計(jì)算技術(shù)發(fā)展的主流方向。在分布式并行計(jì)算中，它把大量工作時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分成若干部分，按順序?qū)Ω饔?jì)算機(jī)進(jìn)行工作，或?qū)Ω鞴ぷ鲄^(qū)域進(jìn)行組合運(yùn)算，通過分布式存儲(chǔ)技術(shù)，把大量的信息散布在多種數(shù)據(jù)服務(wù)器上（見圖2），以便實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)資源的共享以及對(duì)大量數(shù)據(jù)的提取。同時(shí)為保證數(shù)據(jù)的訪問、安全與可用性，還引入了ICT的抽象功能與虛擬化等方式，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的異構(gòu)。利用分布式并行計(jì)算和數(shù)據(jù)儲(chǔ)藏等方法，可以滿足對(duì)ICT數(shù)據(jù)資源的大量需求，包括運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、儲(chǔ)存、網(wǎng)絡(luò)等[4]。

圖2 分布式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)應(yīng)用示例

1.3 彈性伸縮

在數(shù)字化時(shí)代，大規(guī)模、多用戶已經(jīng)成為云計(jì)算技術(shù)中IT服務(wù)的基礎(chǔ)特征，而云計(jì)算技術(shù)具有動(dòng)態(tài)的靈活性，能夠有效地進(jìn)行資源的調(diào)度，并能夠滿足用戶的實(shí)時(shí)需求。云計(jì)算技術(shù)的靈活性可以削弱各個(gè)級(jí)別的資源依賴，并根據(jù)當(dāng)前的用戶資源和任務(wù)要求，自動(dòng)調(diào)整服務(wù)策略，從而達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的吞吐和自我管理。實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)展能力依賴虛擬化技術(shù)在基礎(chǔ)架構(gòu)上的分享與復(fù)用，也依賴于分布式數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)和云技術(shù)的強(qiáng)大支持。云原生技術(shù)（參見圖3）是一個(gè)具有代表性的技術(shù)系統(tǒng)，包括微服務(wù)，服務(wù)網(wǎng)格，聲明 API，以及過程、方法和系統(tǒng)集合。云技術(shù)通過構(gòu)建低耦合、高內(nèi)聚的架構(gòu)，減少了需求變動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)迭代費(fèi)，使異構(gòu)資源具有規(guī)范化、靈活性、可擴(kuò)充性，以充分適應(yīng)新的商業(yè)模式下業(yè)務(wù)的多樣化、敏捷性和智能化需求。“原生”是指能夠在云環(huán)境進(jìn)行局部開發(fā)和運(yùn)行的基于云計(jì)算的技術(shù)系統(tǒng)，具有比虛擬技術(shù)更大的靈活性。云計(jì)算是未來的新一代云計(jì)算技術(shù)的中心[5]。

圖3 云原生技術(shù)應(yīng)用示例

2 傳統(tǒng)經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室與應(yīng)用云技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比

2.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)不同

傳統(tǒng)的管理實(shí)驗(yàn)室采用的是客戶端服務(wù)器的架構(gòu)，每個(gè)服務(wù)器都連接著多個(gè)計(jì)算機(jī)，而實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器卻是單獨(dú)的，因此，所有的數(shù)據(jù)都比較單一。學(xué)院的師生在申請(qǐng)的時(shí)候，必須在相應(yīng)的服務(wù)器上下載有關(guān)信息并保存。由于采用的是管理型實(shí)驗(yàn)室，數(shù)據(jù)采集的數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)，而服務(wù)器本身又是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，因此不能進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理，這不但增加了工作量，還浪費(fèi)了大量的時(shí)間，從而降低了管理實(shí)驗(yàn)室的工作效率。在云技術(shù)的支撐下，管理類實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)使用了一種高性能的服務(wù)器，可以將所有的計(jì)算機(jī)都連接到手機(jī)上，然后通過云計(jì)算進(jìn)行分類存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)收集上，師生可以使用任意一款手機(jī)登錄云端平臺(tái)，利用云端技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，使實(shí)驗(yàn)工作擺脫了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式[6]。

2.2 運(yùn)用數(shù)據(jù)的方式不同

在傳統(tǒng)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室中，采用人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，操作者必須了解目前實(shí)驗(yàn)所需軟件資源以及所處位置，并在實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)所保存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。由于實(shí)驗(yàn)資料、軟件數(shù)量的增多，用戶很容易出現(xiàn)資料模糊、遺忘存放地點(diǎn)、資料整理錯(cuò)誤等問題，造成資料查找困難，工作效率低。經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室采用云技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行非透明管理，而云技術(shù)則是將所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行自動(dòng)歸類和儲(chǔ)存，用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移時(shí)，只要提交實(shí)驗(yàn)要求，云計(jì)算就能自動(dòng)生成用戶所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和軟件。在存儲(chǔ)試驗(yàn)后，云計(jì)算還可以將試驗(yàn)項(xiàng)目和數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)起來。在數(shù)據(jù)的利用與存儲(chǔ)上，采用云技術(shù)可將試驗(yàn)的效率最大化。

2.3 實(shí)驗(yàn)室維護(hù)成本不同

由于傳統(tǒng)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室都要用到大量的電腦，而由于實(shí)際操作的特殊性，對(duì)電腦的性能有很高的要求。隨著實(shí)驗(yàn)室的不斷投入，計(jì)算機(jī)的更新速度越來越快，將會(huì)造成不同的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置、性能的差異。隨著實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的增加，電腦軟件的裝入數(shù)量也逐漸增加，但由于電腦配置的差異，電腦必須進(jìn)行軟件更新，導(dǎo)致了電腦維護(hù)工作的繁重，增加了實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營(yíng)成本。采用云計(jì)算技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室的主要功能依賴于云計(jì)算，因此僅需對(duì)其軟硬件進(jìn)行統(tǒng)一的升級(jí)，從而降低了實(shí)驗(yàn)室的升級(jí)、維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也可以提高實(shí)驗(yàn)室的更新和維修水平[7]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化系統(tǒng)是一種能夠擴(kuò)展硬件生產(chǎn)能力、簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件配置流程、降低虛擬化成本、增加操作系統(tǒng)性能的虛擬化計(jì)算單位。通過虛擬化，可以把軟件應(yīng)用與下層的硬件分開，把一個(gè)單獨(dú)的資源分為幾個(gè)虛擬資源。計(jì)算虛擬化主要包括系統(tǒng)級(jí)虛擬化、應(yīng)用級(jí)虛擬化、臺(tái)式化虛擬化。在“云”平臺(tái)上進(jìn)行的所有業(yè)務(wù)和應(yīng)用，都是基于虛擬化的。虛擬化技術(shù)在CPU、操作系統(tǒng)、服務(wù)器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量服務(wù)的最好方法。

3.2 分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

因?yàn)樵谠朴?jì)算系統(tǒng)中有大量的服務(wù)器，為海量的應(yīng)用進(jìn)行服務(wù)，使得其以相對(duì)離散的方法完成大量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，以冗余的方法（集群計(jì)算、冗余和分布）來保證大數(shù)據(jù)的安全性。冗余化的主要方式是利用任務(wù)的分散和集群性，以較低配置的機(jī)器發(fā)揮遠(yuǎn)超微機(jī)的高性能，這樣實(shí)現(xiàn)了分布式數(shù)據(jù)處理的高可用性、高可靠性及經(jīng)濟(jì)性，在相同的數(shù)據(jù)中能夠同時(shí)存儲(chǔ)多種拷貝。在云計(jì)算系統(tǒng)中，最大量使用的數(shù)據(jù)存放系統(tǒng)是GFS的公開源代碼HDFS，由谷歌GFS公司與美國(guó)Hadoop小組聯(lián)合開發(fā)。

3.3 海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)

云數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的管理。它是由谷歌BigTable數(shù)據(jù)管理技術(shù)與HBase技術(shù)，Hadoop團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)。由于云數(shù)據(jù)的管理有別于傳統(tǒng)的RDBMS，因此如何在海量的云數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)，是當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)面臨的一個(gè)重要問題。為此開發(fā)了一種基于Hadoap的HBase、Hive等RDBMS與SQL接口，通過Hadoop技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理。云計(jì)算中對(duì)信息處理、存儲(chǔ)和檢索等方面都提出了較高要求。在云環(huán)境下，可以利用虛擬化技術(shù)來提高運(yùn)行效率并降低成本：例如采用嵌入式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或模塊化架構(gòu)；使用分布中心服務(wù)器進(jìn)行物理層與應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?，從而?shí)現(xiàn)基于Hadoop的海量信息管理功能和處理方式。此外，在云計(jì)算的管理中，如何確保數(shù)據(jù)的安全和訪問的效率也是一個(gè)重要的課題。

3.4 云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)

云計(jì)算需要大量的資源和服務(wù)器，同時(shí)需要數(shù)百種不同的應(yīng)用軟件，因此，如何對(duì)這些軟件進(jìn)行有效的管理，并確保其能夠繼續(xù)提供服務(wù)，是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。云計(jì)算平臺(tái)的管理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)服務(wù)器之間的協(xié)作、靈活的部署、開放的服務(wù)、迅速地發(fā)現(xiàn)和解決問題，并以自動(dòng)化、智能化的方式保證大型系統(tǒng)的安全性。云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)有兩種，一是基于分布式的服務(wù)器管理系統(tǒng)，二是基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬化系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中由于各種原因，不同類型、不同層次和功能模塊之間需要實(shí)現(xiàn)有效連接。因此在進(jìn)行資源分配時(shí)必須考慮到各個(gè)方面因素對(duì)整個(gè)軟件體系產(chǎn)生影響并確保其穩(wěn)定、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)；對(duì)于一個(gè)大型項(xiàng)目要想滿足用戶使用需求就一定會(huì)增加服務(wù)器數(shù)量以及容量等硬件設(shè)備上，這也是云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)的主要內(nèi)容之一。

3.5 編程方式

云計(jì)算為分布式計(jì)算提供了一種新的計(jì)算方式，這就需要在一定程度上實(shí)現(xiàn)分布式的程序設(shè)計(jì)。云計(jì)算使用了一個(gè)Map-Reduce，它是一個(gè)具有清晰概念的分布式并行程序的模式。Map-Reduce是一種編程和任務(wù)計(jì)劃的模型.它主要應(yīng)用于并行操作和并行作業(yè)調(diào)度。在此模型中，用戶僅需編寫 Map函數(shù)和 Reduce函數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算。在此基礎(chǔ)上，Map函數(shù)定義了每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的區(qū)塊數(shù)據(jù)，而 Reduce函數(shù)則給出了保存中間結(jié)果和總結(jié)的方法。在云環(huán)境下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從虛擬到現(xiàn)實(shí)的交互和擴(kuò)展，用戶可以通過Reuse、goves等方法對(duì)所存儲(chǔ)的信息進(jìn)行操作。

4 云計(jì)算對(duì)教育的重要意義

4.1 教育的創(chuàng)新

云計(jì)算給了每個(gè)人一個(gè)改變的機(jī)會(huì)。老師能把學(xué)生連接到不同的工程和應(yīng)用中，使他們能有創(chuàng)意的表現(xiàn)。學(xué)生們可以把自己的作品上傳到網(wǎng)上，或者把自己的作品和別人分享。云計(jì)算讓學(xué)生能夠運(yùn)用自己的聲音和選擇來展現(xiàn)自己的知識(shí)，并能夠運(yùn)用多種科技來達(dá)到這個(gè)目的。利用云技術(shù)，老師和學(xué)生可以根據(jù)不同的需要，自定義家庭作業(yè)。21世紀(jì)的教室在設(shè)計(jì)和布置方面更加靈活，利用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)可對(duì)教室的組織和形式進(jìn)行革新，比如混合教室或者翻轉(zhuǎn)教室等[8]。

4.2 基于云計(jì)算的協(xié)作

與別人合作的能力是非常關(guān)鍵的。云計(jì)算使得所有的使用者都能夠在不同的平臺(tái)上方便地獲取資源，同學(xué)們可以一起做功課，并能得到教師的實(shí)時(shí)反饋。這有助于學(xué)生達(dá)成目的。云計(jì)算也使教育工作者之間的合作變得更加容易，有了云計(jì)算，老師和管理人員可以分享課程安排，還可以隨時(shí)隨地進(jìn)行教學(xué)。通過訊息應(yīng)用程式或其他形式，不同的學(xué)校與區(qū)域能夠突破彼此間的障礙，從而建立起一個(gè)全球性的教育團(tuán)體。

5 結(jié)語

綜上所述，本文通過基于云技術(shù)搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的操作技能和整體能力得到有效提升，同時(shí)也為滿足社會(huì)需求提供了一種全新化利用資源庫形式。我們應(yīng)大力引進(jìn)并采用先進(jìn)可靠的信息化手段，提高學(xué)校管理水平以及教學(xué)質(zhì)量。