云校本资源库系统的设计与应用

云校本资源库系统的设计与应用
黄华平
（广东省东莞市常平中学，广东东莞 523570）
【摘要】：基于HADOOP（GFS、MapReduce）的云存储技术为海量存储公共服务平台提供了理想的技术支撑。

基于云存储的资源库系统是以一个可自由扩展的模式存在的，可以有效支持学校、市级、省级、国家级不同规模的资源平台的建设，也可以有效地支持第三方资源的接入与整合。

学校校本资源库系统呈现三大应用特点为：资源建设从“集中建设”向“群建群享”转变，从支持“以教为主”向“学教并重”转变，从“预设性资源”向“生成性资源”转变。

【关键词】：HADOOP; 分布式文件系统; 海量存储; 逻辑虚拟化; 多链路冗余
一、背景
教育信息化水平成为国家和地区教育现代化程度的重要标志，教育信息化目前已上升为国家信息化战略高度，《国家中长期教育改革与发展规划纲要》（2010-2020）中明确提出：到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的数字化教育服务体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。

[1]面向教育行业的资源共享平台已成为教育现代化必备的公共服务设施。

其核心的数据存储公共服务技术已成为影响一个国家教育信息化产业发展的战略性资源和竞争能力标志。

云存储技术为当前支持海量存储公共服务平台提供了理想的技术支撑，它是指通过集群存储技术、并行化技术以及分布式文件系统等，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。

云存储从一出现就得到业界广泛的关注和支持。

具有社会化、互动化、个性化和移动化的云存储公共服务平台在未来将会成为消费级信息产业的支柱。

二、系统特点
校本资源是指由学校组织和规划的，由学校师生共同建设和维护，以满足学校师生工作学习中对教育资源的需求为目的，通过整合转换一切可以得到的
教育资源而建设的能适用于本校教育教学活动的教学支持系统，是一个人人知晓、人人会用、人人会建的本土化教学教育教学资源库。

如上图所示，基于云存储的资源库平台是一个可扩展的存在，从自身讲，它可以建设校级资源库平台，也可以有效支持市级、省级、国家级大平台的建设。

从与第三方关系上讲，它可以有效地支持第三方资源的接入。

从理解角度讲，校本资源库平台，像一个可大可小的水桶，可以装不同量的水，以及支持不同的水桶间水的互连互通，从而建设一个更大的装水的容器。

目前国内主流的校本资源库，一般采用FTP方式、网站方式来构建，这种常规的方式存在以下的缺陷：
（1）、资源的分享过程中带来大量的病毒传播，频繁导致服务器、应用软件的崩溃而难以管理；
（2）、资源的搜集、分类、检索过程相对繁琐，资源系统的利用率低；（3）、缺乏完善的资源备份等安全管理机制，在资源的保存过程中经常因为各种原因造成资源的丢失或者无法访问；
（4）、学校和学校之间的资源难以共享；
（5）、难以实现资源在交互利用过程中的个人共享、科组共享。

分布式资源存储技术和在线存储服务，目前在互联网领域广泛应用。

著名的包括美国Dropbox公司运行的在线存储服务，通过云计算实现因特网上的文件同步，用户可以存储并共享文件和文件夹；国内的华为网盘DBANK、金山快盘以及联想的企业网盘。

目前国内的用户采用云存储技术来保存以及分享个人资源的已经超过5000万人，这种存储技术的出现同时也彻底改变了传统校本资源
库系统的缺陷。

1、基于分布式云架构的校本资源库的主要优点：
（1）、教育资源的分级存储
云存储平台可以设置资源的多级存储模式，常用的包括四级：云存储平台级资源、学校级资源、科组资源、个人资源，也可以分为三级学校级资源、科组资源、个人资源。

并可根据各级不用的需求来划分资源存储空间的大小；（2）、教育资源的跨学校、跨学科的多种资源共享模式
目前国内95%的学校在资源建设和存储中采用FTP模式或者网站建设模式，由于技术的瓶颈无法实现资源的灵活共享。

校本资源服务云存储平台可以实现资源的个人资源之间的共享、学校之间的资源共享、个人资源对学科和全校、全云存储平台的共享、云存储平台资源对学校和个人的共享等多种资源共享模式；
（3）、教育资源的无病毒访问
传统FTP资源和网站资源，用户在资源上传和下载中经常会导致病毒的扩散而使系统崩溃，甚至是全校病毒的泛滥。

云存储平台采用独创的病毒自过滤技术和资源分块、分布式存储技术，保证了用户在资源上传下载中不会感染病毒，保证了云存储平台资源的绿色；
（4）、教育资源的多级审核模式
云存储平台根据教育资源建设的特点，在资源共享和发布中采用灵活的创建、分享、审核模式，云存储平台用户采用实名制;
个人和校内的资源谁发布谁负责，云存储平台不做审核，只做资源的过滤; 校内资源面向公众和云存储平台的资源发布由学校授权管理员对个人发布的资源进行审核和统一发布。

（5）、个人资源面向公众的共享和资源收集功能
云存储平台个人用户可以构建个人的资源共享目录，并设置账号和密码。

该功能可以用于：
教师面对学生发布和搜集教学参考资料、作业；
教育系统的各类论文、书法等各类竞赛作品的资料收集；
教育系统的各类计划、总结的收集、管理；
（6）多副本、分布式存储技术高度保证了资源的安全性、可靠性系统采用基于HADOOP的云存储技术，云存储透过将文件复制并且存在不同的服务器，解决了这个潜在的硬件损坏的难题。

云存储知道文件存放的位置，在硬件发生损坏时，系统会将自动将读写指令导向存放在另一台存储服务器上的文件，保持服务的继续。

高可靠性。

HADOOP按位存储和处理数据的能力值得人们信赖。

高扩展性。

HADOOP是在可用的计算机集簇间分配数据并完成计算任务的，这些集簇可以方便地扩展到数以千计的节点中。

高效性。

HADOOP能够在节点之间动态地移动数据，并保证各个节点的动态平衡，因此处理速度非常快。

高容错性。

HADOOP能够自动保存数据的多个副本，并且能够自动将失败的任务重新分配。

[2]
（7）基于PC、平板电脑、手机、电子白板的跨云存储平台、多终端的资源访问模式。

(如图)
（8）平台完善的资源积分制、资源评价体系
平台根据用户提交资源和共享资源以及资源分享下载的情况，构建的完善的积分体系和资源评价体系，鼓励用户自主开发各种优质资源，并培养学生搜集处理信息的能力、分析解决问题的能力以及合作与交流的能力。

三、系统设计
1、云存储平台架构
云存储平台系统架构图
云存储平台的主要组件包括：
⏹展现层
展现层对使用者完全透明，实现云存储的完全虚拟化，用户就像操作本地存储设备一样来操作教育云存储平台提供的各种数据访问服务，进行文件管理、目录管理、共享等等。

⏹接入层
教育云存储平台提供给用户进行资源管理和配置的界面。

⏹控制层
控制层主要负责处理不同的用户请求，同时负责对用户的身份进行验证，根据用户的请求调用业务层，并将获得的结果转发给展现层。

⏹业务接口层
业务接口层是系统结构的核心价值部分，遵循了面向接口的设计思想。

对于资源访问层，它是调用者；对于控制层，它是被调用者。

业务层起到了数据交换中承上启下的作用，实现了依赖关系的解耦，提供了一个扩展性良好的系统结构。

[3]
⏹ 资源访问层
提供分布式文件系统和数据库的访问接口。

⏹ 资源层
提供分布式文件系统服务和数据库服务。

2、校本资源库系统结构
访问层应用接口层
基础管理层
校本资源库系统体系架构
校本资源库运行在公共服务数据中心上，其逻辑功能模块如上图所示。

校本资源库结构模型主要由存储层、基础管理层、应用接口层和访问层等四层组成。

（1）存储设备层
存储设备层是校本资源库最基础的部分，包括分布式计算和存储设备。

存储设备可以是FC 光纤通道存储设备，可以是NAS 和 iSCSI 等IP 存储设备，也可以是 SCSI 或SAS 等 DAS 存储设备。

校本资源库的存储设备支持数量庞大且分布多不同地域的存储设备，彼此之间通过广域网、互联网或者 FC 光纤通道网络连接在一起。

存储设备之上是一个统一存储设备管理系统，可以实现存储设备的逻辑虚拟化管理、多链路冗余管理，以及硬件设备的状态监控和故障维护。

[4]
（2）基础管理层
基础管理层是校本资源库最核心的部分，也是云存储中最难以实现的部分。

基础管理层通过集群、分布式文件系统和并行处理等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，使多个的存储设备可以对外提供同一种服务，并提供更大更强更好的数据访问性能。

[5]CDN内容分发系统、数据加密技术保证云存储中的数据不会被未授权的用户所访问，同时，通过各种数据备份和容灾技术和措施可以保证云存储中的数据不会丢失，保证云存储自身的安全和稳定。

校本资源库云存储平台使用元数据结点NameNode用来保存数据资源位置，数据结点DataNode存放数据块，并设置备份结点BackupNode和辅助服务器AssistantServer来响应平台请求。

[6]
平台数据响应流程
（3）应用接口层
应用接口层是云存储最灵活多变的部分。

不同的校本资源库运营单位可以根
据实际业务类型，开发不同的应用服务接口，提供不同的应用服务。

比如视频监控应用平台、IPTV和视频点播应用平台、网络硬盘引用平台，远程数据备份应用平台等。

（4）访问层
任何一个授权用户都可以通过标准的公用应用接口来登录校本资源库，享受云存储服务。

校本资源库运营单位可以用系统提供的管理界面进行管理。

四、校本资源库应用价值
1、资源建设从“集中建设”向“群建群享”转变
校本资源库的核心价值是充分利用互联网云存储的技术特点，快速、便捷、安全的构建学校和学校之间的资源共建共享、个人之间资源共建共享、科组之间资源的共建共享，同时还能提供资源向社会公众的开放。

资源建设从传统的“集中建设”转向开放的“群建群享”。

传统的资源主要来源于提供商或教育机构批量生产、结构封闭的数字教育资源。

本项目资源注重于校本资源的搜集、分享、分类、长期保存，逐步形成学校的校本资源库，同时也提供丰富的资源导入归类，可以将校外的优质资源引入平台，提供给教育教学使用。

1、从支持“以教为主”向“学教并重”转变
平台采用了目前信息领域最先进的“分布式技术”“云存储技术”“HADOOP 软件技术”，同时支持各类新型终端访问模式（平板手机电子白板 PC）。

让师生能够充分的将各种最计算机信息技术应用到教育教学过程中。

平台根据用户提交资源和共享资源以及资源分享下载的情况，构建的完善的积分体系和资源评价体系，鼓励用户自主开发各种优质资源，并培养学生搜集处理信息的能力、分析解决问题的能力以及合作与交流的能力。

此外，资源平台能够开放各种API接口，与“国家基础教育资源网”和各地市基础教育资源网无缝对接、共享资源；同时支持各类主流的电子白板、互动教学、触摸一体机等电子教室、多媒体教室解决方案，将校本资源库应用于各类教育教学环境，支持“以教为主”向“学教”并重转变。

2、从“预设性资源”向“生成性资源”转变
平台和传统的“预设性资源”系统相比较，更注重于“生成性资源”的开发、收集、使用、共享。

所有资源在动态的教育、教学过程中生成，并进行分类整理，形成学校的校本资源库。

参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要
（2010-2020年）[Z].2010-07-29.
[2] Joe Austin．Dataguise Enhances DG for Hadoop with Selective
Encryption to Enable Secure, High-Performance Analytics for Hadoop Users：网络出版，2013年．
[3] MapReduce : Simplified Data Processing on Large Clusters. In
proceedings of OSDI'06.
[4] Understanding HBase and BigTable.
[5] The Google File System.
[6] Evaluating MapReduce for Multi-core and Multiprocessor Systems.
In proceedings of HPCA'07.。