随着我国教育信息化建设进入深层次阶段,高职学校信息化建设始终将基础网络建设和业务系统的研发放在重要位置。无论是信息化应用建设中的系统数量,还是教学资源需求均在日益增长。另一方面,从宏观系统建设层次来讲,高职学校在实施信息化应用过程中也遇到诸多问题:基础设施资源分布不均、设备利用率低、难以集中调配,造成硬件成本高;计算、存储及网络资源重复建设,无法实施集约共建,造成软件成本高;交付和应急响应迟缓,缺乏专业的运维机构和管理人员,造成人力成本高;业务系统与应用平台难以实现互联互通,信息共享和应用协同困难,造成运维成本高。为此,本文提出以校园基础设施为依托,以云计算技术为核心统筹所有资源,以面向服务和应用的思想为目标,构建一个规范化、信息化、标准化、数字化的高性能校园云体系结构,增强学校信息化应用创新能力,改善学校信息化的实施能力和发展空间。

1 校园云服务体系结构

云计算包括三种服务模式,即:软件即服务(Software as a Service,SaaS)、平台即服务(Platform as a Service,PaaS)、基础设施即服务(Infrastructure as a Service,IaaS)[1]。校园云以三种云计算服务模式为基础,全面整合教学、科研、行政、后勤机构的现有资源,搭建星型模块化网络拓扑结构,服务人群包括教师、科研人员、行政人员、学生,构建起来的一个高性能校园云生态系统。如图1所示,校园云的总体架构采用分层设计模式,横向分层代表各部分的静态结构关系,纵向分类代表每组业务系统的依赖关系。各部分之间通过提供接口的方式提供服务和通信。

1.1 IaaS层

IaaS层分为物理硬件子层和虚拟化子层[2]。物理硬件子层是将物理上分散的硬件资源整合为一个全局虚拟资源池(包括:服务器、网络、I/O设备、存储)。虚拟化子层是凭借虚拟技术屏蔽掉物理硬件子层的差异性,虚拟出多个基础平台,平台的使用者将虚拟出来的空间当做一个独立的环境来使用,不需要考虑资源监控、负载平衡、安全部署等必要配置。IaaS层服务对象是专业的系统管理员。

1.2 PaaS层

PaaS层将软件运行管理环境和业务支撑环境服务化为可编程的接口,对应用完整生命周期(包括设计、开发、测试和部署等阶段)的支持[3]。平台的使用者向管理中心申请所需服务,管理中心根据需求动态分配接口服务和公用性中间件,用户不需要下载、安装、配置应用服务器和关系数据库管理系统。

1.3 SaaS层

SaaS层是面向校园各类事务提供的应用软件实施层,例如:日常OA系统、邮件系统、教务系统、实训系统、人事管理系统、财务系统、一卡通系统、图书管理系统、后勤管理系统、学籍系统、资源库系统等[4],为终端应用提供良好的UI用户体验,利用IaaS层和PaaS层提供的接口服务,确保校园各类信息应用系统实现安全的隔离和服务的整合。

2 关键技术

2.1 虚拟化技术

虚拟化技术通过映射或抽象的方法屏蔽底层物理设备的差异性,形成统一、规范、标准的资源池。虚拟技术两个必要的应用方向是服务器虚拟化和存储虚拟化,软件市场成熟的虚拟化技术有VMware、XenServer和Hyper-V等[5]。

2.1.1 服务器虚拟化

服务器虚拟化分为三种类型[6],第一种是在一台物理服务器上虚拟出多台相互独立、互不干扰的服务器;第二种是多台物理服务器虚拟成一个逻辑服务器,这种类型多用于分布式计算时使用,多台物理服务器相互协同处理同一个事务;第三种是前两种的综合运用,即多台物理服务器虚拟成一个逻辑服务器,再将这个逻辑服务器分割成多个虚拟成多个相互独立、互不干扰的服务器。

2.1.2 存储虚拟化

存储虚拟化(Storage Virtualization)是对存储硬件资源进行抽象化表现,分离资源的逻辑映射与物理存储,这种虚拟行为实施在一个或多个存储实体上后形成一个“存储池”,根据用户所提需求动态分配给用户使用,用户看不到实际的磁盘阵列,但虚拟存储提供的空间和访问速度和本次磁盘的效果是一样的,这种行为贯穿整个校园云环境。

2.2 并行编程技术

在并行编程模式下,并发处理、容错、数据分布、负载均衡等细节都被抽象到一个函数库中,通过统一接口,用户的计算任务被自动并发和分布执行,即将一个任务自动分成多个子任务,并行地处理海量数据。

2.3 云安全技术

云计算的全面整合、资源共享的场景对整个体系结构的安全提出了挑战,云安全的解决方案将各部分职责分离,采用分层设计模式,每层的服务等级、隐私和符合性都是考察要素。IaaS层中,虚拟子层的安全保护属于校园云管理机构职责,物理硬件子层其它职责则属于用户。PaaS层居于两者之间,校园云管理机构为平台自身提供安全保护,平台上应用的安全性及如何安全地开发这些应用则为用户的职责。SaaS层的应用系统安全按常规系统安全级别配置。

3 结语

全面深化高职学校信息化建设对提升教学、科研、师资、管理、应用和服务水平具有重要意义。本文设计提出的高性能校园云有利于全面整合校内资源,有助于打破“信息孤岛”,增强学校信息化可持续创新能力,有效控制硬件成本、软件成本、人力成本、运维成本问题,改善高职学校信息化建设的实施能力和发展空间。

参考文献

[1]孙永强,钟绍春,郭军梅,等.基于教育云的数字校园设计研究[J].中国电化教育,2014,(04):94-97.

[2]罗桂链.基于云计算的教学资源共享方案[D].广州大学,2013.5:11-15.

[3]王燕.基于云服务的数字化校园云平台设计研究[J].长江大学学报(自科版),2013,10(22):48-50.

[4]杨威,杨陟卓.大学云架构与大数据处理建模研究[J].中国教育信息化,2015(01):16-18+60.

[5]李先毅,高山,刘柱,刘瑾.高校信息化运维体系中的校园云数据中心建设[J].华东师范大学学报(自然科学版),2015,(S1):262-265+282.

[6]袁小艳,刘静,张晓通.高校数字校园云服务体系研究[J].四川文理学院学报,2014,24(05):73-75.