教育云资源管理平台构建研究与实现

教育云资源管理平台构建研究与实现

作者：曹丙瑞董旭王素贞

来源：《河北经贸大学学报·综合版》2013年第03期

摘要：云计算作为一种新的信息处理与服务模式，其构建的教育资源管理平台能够有效克服服务器利用率低、教学资源分布不均、资源更新速度慢、信息孤岛、电力消耗严重等一系列制约学校信息化发展进程的问题，对教育信息化的发展产生巨大的促进作用。

关键词：云计算；虚拟化；教育云管理平台；计算能力；资源池；基础设施层；平台服务层；应用服务层

中图分类号：TP391；G434 文献标识码：A 文章编号：1673-1573（2013）03-0113-05

一、引言

随着高等教育信息化的快速发展，越来越多的高校认识到需要使用云计算技术整合校内外各种教育资源，通过网络平台随时随地为广大师生提供更加便捷的个性化服务。在信息化实施的历史进程中，不断增加的应用系统和越来越多的教育资源部署在不同的服务器上，服务器的种类与数量逐年增加，采用传统的方法运行维护越来越困难，表现在效率低、成本高。例如，需要花费很长的时间去安装配置在每个用户群日常使用的计算机系统软件和应用软件等；一旦某一台服务器出现故障，其安装的所有应用都无法使用，而此时这些应用也不能快速迁移到其他正常工作的服务器上，系统的健壮性较差；对于较大的故障必须等专业人员前来维修，等待时间长。因此，如何高效地管理高校IT基础设施资源和教育资源，提高系统的健壮性和灵活性，降低运行维护的人力电力成本就显得尤为重要。目前先进的解决方案就是利用云计算技术，建立基于虚拟化的教育云资源管理平台，通过无处不在的计算机网络为师生提供快捷方便的个性化资源管理与服务[1]。

二、云计算技术及相关应用

（一）云计算技术概述

究竟什么是云计算？目前并没有统一的定义。美国国家标准与技术研究院[2]认为：云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络、服务器、存储、应用软件及服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。国内各界普遍认为：狭义上讲云计算是IT基础设施的交付和使用模式，通过Internet以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义上讲云计算是服务的交付和使用模式，通过Internet以按需、易扩展的方式获得所需

服务，这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务[3]，这意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。

从理论与技术角度看，云计算是基于一系列关键技术的新型计算模式，包括：虚拟化技术、弹性伸缩动态调配技术、高效可靠数据传输交换与事件处理技术、海量数据存储与访问技术、智能化管理监控技术、并行计算框架技术、多租赁与按需计费技术以及绿色节能技术等。这种信息处理模式可以完成大量复杂的计算任务，如：按需即取的服务计算、易于扩展的变粒度计算、基于自然语言的软计算、智能系统的不确定计算、人参与的计算及物参与的计算等，最终以基于互联网面向大众提供服务的方式来实现资源动态整合与分享的目标[4]。

（二）在教育领域的相关应用

目前，教育领域尤其在高等学校各种教育信息资源正加速向网络迁移，利用云计算技术构建教育资源管理平台能够有效克服服务器利用率低、教学资源分布不均、资源更新速度慢、信息孤岛、电力消耗严重、难于管理等一系列制约着高校信息化发展进程的问题[5]，将对教育信息化的发展产生巨大的促进作用。很多企业已经通过云计算来获取各种服务，教育领域也将是云计算技术未来发展的一个重要领域。

目前国内外对云计算在教育领域的应用表现出了很大的热情。Accenture公司在《探究云计算的未来：驾驭技术驱动转型的下一次浪潮》调查报告中指出，云计算在教育科研行业的潜在应用体现在三点：（1）获取全球资源；（2）低成本仿真；（3）高度交互+协作学习

[6][7]。我国黎加厚教授提出了云计算在教育教学中应用的“云计算辅助教学”的新概念：学校和教师利用“云计算”提供的服务，构建个性化教学的信息化环境，促进教师的教学和学生的自主学习，提高教学质量[8]。

校内教育云平台的构建首先要充分利用现有的基础设施，利用虚拟化技术把物理的服务器资源虚拟化成服务器池，通过负载均衡技术提高服务器的利用率。然后对学校的各种教育资源进行有效的整合后迁移到虚拟服务器上，利用云计算技术实现资源的无缝连接，构建一个统一的教育资源管理平台，以一种全新的方式为提供优质的数字资源服务。

三、教育云管理平台技术架构设计

结合高校信息化和教育资源网络化的特色需求，本文利用云计算核心技术——虚拟化技术对现有的物理资源进行有效的整合，并基于云计算资源动态分配理念对现有的资源进行统一管理和统一调度，设计了一种教育云资源管理平台架构模型，此模型分为三层：基础设施服务层、平台服务层和（应用）软件服务层。该架构能提供一种更加高效灵活的管理服务模式。具体如图1所示。

1. 基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）：IaaS层通过对现有的物理资源（服务器、存储器和网络设备等）进行整合，进而利用虚拟化技术对相同类型的资源进行虚拟化处理，形成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、存储资源池、网络资源池。通过对虚拟池的资源调度和管理，对师生提供按需分配的计算、存储和备份等基础资源与服务

[3][9][10]。

2. 平台即服务（Platform as a Service，PaaS）：PaaS层提供应用程序的开发和运行环境，通过PaaS层的软件工具和开发语言，师生只需上传程序代码和数据即可使用服务。同时PaaS 层利用负载均衡、故障检测和性能优化等技术对高校日益庞大的资源进行有效的管理，提高资源的处理效率。PaaS层通过账号管理、交互管理和使用计费对用户进行统一的管理。

3. 软件即服务（Software as a Service，SaaS）：SaaS层针对师生提供更加特定的应用服务，通过统一的用户交互接口，用户可以获取资源服务、教学管理、互动交流、协作创新等不同类型的个性化应用服务。

最后利用容错技术、监督管理对三层架构进行服务保障和安全管理。服务保障的目标主要是提升系统功能和性能、资源和服务的可用性。安全管理主要是避免信息泄露、未授权的访问和修改、及时发现并修补系统漏洞，阻止内外部恶意用户的攻击等。

四、教育云管理平台实现案例

本文按照上述教育云管理平台技术架构设计原则，以河北经贸大学教学资源整合需求为目标，设计并实现了教务云管理平台，通过对资源进行有效整合实现了高效管理与利用，为师生提供了方便快捷的服务，取得了良好的效果。

（一）原有设备及应用现状

河北经贸大学教务系统平台始建于2003年，承担全校30 000多名学生的教学和管理工作。一直使用多种不同型号的服务器，目前这些设备老化严重，且硬件升级空间有限，经常出现硬件问题，由此引发的新问题如下：（1）服务器响应慢，业务连续性缺乏保障。在业务高峰期，服务器的压力大，请求响应时间长；另外由于历史原因，很多业务部署在同一台服务器上，没有进行高可用性和备份等保护措施，服务器一旦故障会导致其上运行的业务全部中断。（2）资源负载不平衡，利用率低。由于某些业务具有集中访问性，比如教师评价、学生选课等，这些业务一个学期内大部分时间处于闲置状态，而当运行时又处于超负荷状态，此时其他服务器的访问量很少，负载严重不平衡，利用率低。（3）维护量比较大，电力消耗严重。教务系统平台包括信息维护、学生选课、课表查询、成绩查询等多个业务，每个业务都需要服务器资源的支持，从而造成服务器数量逐年增加，不仅造成大量的维护成本，也对数据中心的机房空间、电力消耗提出挑战。针对以上缺陷，本文构建教务云服务平台，采用虚拟化技术将原有服务全部迁移至云计算平台。