高职院校私有云建设的关键技术研究

    陈怀宇

    摘要：云计算作为一种基于互联网的应用，技术的发展方兴未艾，和一般的计算机网络硬件服务相比较，云计算在可靠性、可扩展性以及成本方面都有一定的优势，本文探讨了云计算的一些特点，分析了公有云和私有云的区别，指出了在高职院校中建立私有云需要的一些关键技术。

    关键词：云计算；IaaS PaaS SaaS；私有云；高职院校

    中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）12-0021-02

    随着信息技术的不断发展，今天已经进入移动互联和大数据的时代，一方面用户的访问互联网的终端越来越丰富，不再局限于传统的PC，还有智能手机、PAD智能手表和各种可穿戴设备，以及未来VR设备等，用户对于互联网的服务需求也不断的提升，本质上是对计算力需求的不断提升，在未来所有的应用软件和终端服务都将通过网络的方式实现，这就是“云计算”技术的基本思路。

    1 云计算的定义

    云计算作为一种计算模式，是在并行计算，网格计算和分布式计算的基础上发展出来的，几个IT巨头国际上如谷歌、IBM、微软、亚马逊，国内的BAT和华为等都提出各自的云计算的解决方案，人们从不同的角度去理解，有的从技术方面，有的从应用方面，得到的结论也不尽相同，因此关于云计算的定义也是众说纷纭，难以统一。

    笔者在这里采用的定义是美国国家标准与技术研究院（NIST）定义：云计算是一种可以通过网络以便利的、按需付费的方式获得的计算资源（包括网络、服务器、存储、应用和服务等）并提高其可用性的模式，这些资源来自一个共享的、可配置的资源池，并能够以最高效和自动的方式获取和释放。[5]从中可以看出云计算具有这些特质：分布式计算和存储、高可用、高性能、高弹性伸缩的计算服务、用户界面良好、便于管理、按需付费等。

    2 云计算的类型

    云计算让开发人员和 IT 部门可以全身心投入最有价值的工作，避免采购、维护、容量规划等无价值的工作分散精力。云计算已经日渐普及，已经出现几种不同的模型和部署策略，以满足不同用户的特定需求。每种类型的云服务和部署方法提供了不同等级的控制力、灵活性和管理功能。理解基础设施即服务、平台即服务和软件即服务之间的差异，以及可以使用的部署策略，有助于根据需求选用合适的服务组合。

    1）基础设施即服务 （IaaS）

    基础设施即服务有时缩写为 IaaS，包含云 IT 的基本构建块，通常提供对联网功能、计算机（虚拟或专用硬件）以及数据存储空间的访问。基础设施即服务提供最高等级的灵活性和对 IT 资源的管理控制，其机制与现今众多 IT 部门和开发人员所熟悉的现有 IT 资源最为接近。

    2）平台即服务 （PaaS）

    平台即服务消除了组织对底层基础设施（一般是硬件和操作系统）的管理需要，让您可以将更多精力放在应用程序的部署和管理上面。这有助于提高效率，因为您不用操心资源购置、容量规划、软件维护、补丁安装或任何与应用程序运行有关的不能产生价值的繁重工作。

    3）软件即服务 （SaaS）

    软件即服务提供一种完善的产品，其运行和管理皆由服务提供商负责。通常人们所说的软件即服务指的是终端用户应用程序。使用 SaaS 产品时，服务的维护和底层基础设施的管理都不用您操心，您只需要考虑怎样使用 SaaS 软件就可以了。SaaS 的常见应用是基于 Web 的电子邮件，在这种应用场景中，您可以收发电子邮件而不用管理电子邮件产品的功能添加，也不需要维护电子邮件程序所运行的服务器和操作系统。

    3 公有云和私有云

    根据云计算服务性质的差别，我们一般可以将云计算区分为三种类型暨公有云、私有云和混合云。公有云一般是指由第三方提供商为用户提供的能够使用的云服务，公有云一般可通过公共网络如因特网访问和使用，成本低廉甚至是免费的，这种云有许多实例，可在当今整个开放的公有网络中提供服务，如AWS、阿里云等都是比较著名的公有云提供商。私有云（Private Clouds）是被某一单一的组织拥有和使用，客户提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制，私有云可部署在组织数据中心的防火墙，属于客户的基础设备，并可以控制在此基础设施上部署应用程序的方式。也可以部署在异地（如ISP一个安全的主机托管场所的机房内），私有云从本质上是一种专有资源。混合云的基础设施是由两种或以上的云组成，每种云仍然保持独立的实体，但用标准的或专有的技术将他们组合起来对外提供服务，是近年来云计算的主要模式和发展方向。有些机构的业务主要是面向企业用户，出于安全考虑，这些机构更愿意将重要的数据存放在私有云中，但是同时又期望能获得公有云的计算资源，在这种情况下混合云能满足用户对安全和成本的综合考量，它将公有云和私有云进行混合和匹配，以获得最佳的效果，这种个性化的解决方案，达到了既节约又安全的目的。支持公有云的人认为，公有云部署具备更好的灵活性更高可扩展性和更优的性价比；而支持私人云的人则认为私有云更加安全而且便于的控制。

    4 搭建私有云对于高职院校的意义

    那么作为高职院校该如何选择呢，笔者认为虽然公有云可以提供的服务越来越多样也更加的可靠，但是作为高职院校还是有必要建立自己的私有云。原因有以下几点：

    1）搭建私有云有利于数据的安全和管理，目前和运营“云”的有关法律、法规还不够完善。高职院校的内部的一些重要的甚至需要保密的信息，如果存储在公有云，当数据出现问题的时候容易出现无法追究责任的情况，也就是说在数据的主权性方面存在缺失。

    2）搭建私有云有利于相关科研和教学的开展，学校一般都有自己的数据中心，有的还有计算机专业的学生，通过建立私有云也可以为教育和科研提供实践的平台。

    3）搭建私有云有利于提供更多教学科研服务，学校的信息化可以分成两个方面一个是管理的信息化如OA办公自动化系统、教务管理系统、学生管理系统等，一个是课程的信息化，如精品课程建设、慕课、微课等网络课程，高职院校对于数据和服务的多样性要求也更多，这些也是需要搭建自己的私有云。

    5 搭建私有云需要的一些关键技术

    1）虚拟化技术：虚拟化技术是以某种用户和应用程序都可以很容易使用的方式来表示计算机资源的过程，而不是根据这些资源的实现、位置或物理包装的专有方式来表示他们，也就是说，它为算力、数据、存储器和其他资源提供了一个逻辑的视图，而不是物理视图。它可以方便的扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程，减少软件虚拟机相关开销和支持更广泛的操作系统。它实现软件应用与底层硬件相隔离，虚拟化技术包括将单个资源划分成多个虚拟资源的裂分模式，也包括将多个资源整合成一个虚拟资源的聚合模式。虚拟化技术根据对象可分成存储虚拟化、计算虚拟化、网络虚拟化等，计算虚拟化又分为系统级虚拟化、应用级虚拟化和桌面虚拟化目。具体来讲目前常用CPU虚拟化的技术：Intel的VT-x，AMD的AMD-V；虚拟化的软件有：VMWare，Hyper-V，Xen，KVM，OpenVZ等。

    2）分布式海量数据管理技术：云计算系统底层物理架构是由众多的服务器，提供大量用户的并发服务，数据在云计算系统中采用分布式存储的方式存储，为确保数据的可靠性需要采用冗余存储的方式（包括集群计算、分布式存储和数据冗余）存储。云计算系统中通过任务分解和集群，用较低配置的机器的聚合也能够发挥较高的性能，从而可以替代超级计算机来降低成本，这种方式保证分布式数据的高可用、高可靠和经济性，即为同一份数据存储多个副本。在业内成熟的分布式数据存储系统有Google的GFS和Hadoop团队开发的开源项目HDFS，这两个技术在云计算系统中被广泛使用。

    3）并行编程技术：并行算法是用多台处理机联合求解问题的方法和步骤，其执行过程是将给定的问题首先分解成若干个尽量相互独立的子问题，然后用多台处理机同时求解它，云计算由于采用了分布式的计算模式，必然要求用分布式的编程模式与之相匹配。目前云计算的解决方案中大多采用了一种思想简洁的分布式并行编程模型Map-Reduce。Map-Reduce是一种编程模型和任务调度模型。它主要用于数据集的并行运算和并行任务的调度处理。在该模式下，用户只需要自行编写Map函数和Reduce函数即可进行并行计算。其中，Map 函数中定义各节点上的分块数据的处理方法，而Reduce函数中定义中间结果的保存方法以及最终结果的归纳方法。

    6 结束语

    云计算作为今天被广泛应用的计算模式，在可用性、可扩展性和成本方面具有的众多的优势，目前应用的类型有公有云、私有云和混合云三种形式，本文通过介绍云计算的架构，论述了高职院校搭建私有云平台的必要性和关键技术，相信能够为高职院校搭建私有云平台提供技术参考。

    参考文献：

    [1] 周洪波.云计算技术、应用、标准和商业模式[M].北京：电子工业出版社，2011.

    [2] 陈全 邓倩妮 云计算及其关键技术[J].计算机应用，2009（9）.

    [3] 薛博召 云计算架构及其技术研究[J].电脑知识与技术，2015（3）.

    [4]何为云计算？[DB/OL].https：//aws.amazon.com/cn/what-is-cloud-computing/？nc1=f_cc AWS 与云计算.

    [5]云计算[DB/OL].http：//baike.baidu.com/link？url=uEZWanQEfT0tbZmXful9oRdpPyhSa24tVaa9-2wDYpBQKBAiwNX74o gcDd_xB-V83EqDH25IHfpx4tzP6fXmnq.