基于云计算构建高校信息资源共享平台的设计方案
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1 高校信息资源建设现状
1． 1 基础设施利用率低，造成资源浪费 高校为支撑信息资源建设的数据中心配备了大量
的服务器、网络和存储等基础设施。然而，这些设备更
新换代很快，一旦利用率低，就会造成无形的资源浪 费，增加数据中心建设成本。 1． 2 信息资源重复建设，无法真正实现资源共享
高校资源建设尚未遵照统一的技术标准规范，导 致数据异构、格式冲突、可扩展性和通用性差，缺乏 开放的互操 作 接 口，“信 息 孤 岛 ”现 象 层 出 不 穷，优 质信息资源难以共享。 1． 3 信息资源分布不均，资源使用效率较低
Center of Educational Technology，Fourth Military Medical University，Xi＇an 710032，China 【Abstract】： This article discusses the problems existing in college information resources construction as well as cloud computing and its role and advantages in college information resources construction． We constructed a cloud platform of college information resources，and this article analyzes the structure and realization of this cloud platform in the hope of providing reference for co-construction and sharing of college information resources． 【Key words】： cloud computing； college information resources； co-construction and sharing；
【关键词】： 云计算； 高校信息资源； 共建共享； 云平台 【中图分类号】： G434 【文献标志码】： A 【文章编号】： 1004-5287（ 2013） 01-0038-04
Design plan of the college information resources sharing platform based on cloud computing Jiang Xiaoxu，Luo Hui
虚拟化技术作为云计算的核心技术之一，将高校 现有的硬件设备整合为虚拟资源池，屏蔽服务器、网 络、存储等物理设备间的差异，动态部署、分配给不 同的应用和服务，提高底层资源的利用率，降低建设 成本。实验证明，采用虚拟化技术能使每台服务器 的平均利用率从 7% 提高到 68% ～ 80% ； 部署时间 从小时级降低到分钟级； 服务器重建和应用加载时 间从 20 h ～ 40 h 降低到 15 min ～ 30 min； 建设成本 节约 30% 以上［3］。 2． 2 云存储技术提高了高校信息资源共享能力
平台层以平台即服务（ PaaS） 的方式提供上层应用 程序开发环境、运行环境、数据库环境、开放 API 和 Web Service 模块。开放 API 是一种新型 Web 2． 0 服务模式， 利用这些 API 可以对分散资源和服务进行整合，能 带来具有新价值的 Web 服务［4］。将平台层部署在
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图 2 元数据提取流程
3． 4 应用层 应用层包含管理中间件和应用服务两部分。在
管理中间件的统一调控下，使资源按照用户需求进
4 高校信息资源共享云平台的实现技术与实例
高校信息资源共享云平台的实现主要涉及虚拟 化技术、分布式存储、并行计算等关键技术在云平台 上的具体实现。下面结合具体实例加以介绍： 4． 1 物理层
通过云计算实现分布式、异构信息资源的负载均 衡，避免网络过载。利用冗余备份、容错容灾等技术 避免因操作不当而造成的数据丢失、破坏以及病毒 入侵、服务中断、硬件损坏等威胁高校信息资源共建 共享的安全问题。同时，也使用户从复杂、专业性极 强的网络安全与系统运维中解脱出来，而专注于资 源应用本身。现有的云服务提供商如 Amazon、IBM、 Google 大多提供了集 VPN、身份认证、数据加密、冗 余备份、安全存储等技术于一体的安全保障体系，用 于保障云平台的安全性和服务的连续性。
通过大规模分布式文件系统，将信息资源以分块 和多副本备份的方式分散存储在云中，对数据的分析 处理也以大规模并行计算和分布式计算技术实现。
例如： 谷歌文件系统（ google file system，GFS） 和 Hadoop 分布式文件系统（ hadoop distributed file system，HDFS） 共同采用的 MapReduce 编程模型，运行于一个虚拟 服务器集群上，采用并行处理的方式将数据或应用 程序的功能分割成若干个模块，由网络上多台计算 机协同完成。此外，云平台提供各种开放 API 支持 异构接入，根据需求灵活扩展，自动同步、实时更新 信息资源，为在更广的范围内实现信息资源共享创 造条件。 2． 4 云计算营造稳定安全的信息空间
不同区域间高校的信息资源建设水平良莠不齐。 国内一些知名高校拥有丰富的信息资源，但仅能使 有限区域内的少数人获益，供大于求会造成优质信 息资源闲置。而一些普通高校由于缺乏有效的共享 渠道和机制，难以获取优质的信息资源而造成资源
基金项目： 教育技术科学研究“十二五”规划重点课题“云计算环境下军校信息资源共建共享模式研究”（ BCA110020） 阶段性 成果。
物理层主要提供 IaaS 服务，实现的关键技术是虚 拟化技术，包括对服务器、网络和存储设备的虚拟化。 目前比较成熟的硬件虚拟化软件有 VMware 公司的 vSphere 系列、微软公司的 Hyper-V 系列和思科公司 的 XenServer 平台［8］。这些虚拟化软件提供对物理 设备的系统管理。以服务器虚拟化为例，将服务器 虚拟化为多个虚拟机，根据上层应用需求分配合适 的虚拟硬件资源，实现资源的统一调度以及不同进 程之间的负载均衡，提高服务器利用率。在对服务 器进行虚 拟 化 时，可 借 助 市 场 主 流 虚 拟 化 软 件Biblioteka Baidu如 VMware ESX 将 虚 拟 化 平 台 直 接 架 构 在 物 理 层 之 上，客户机原有 OS 无需做任何修改即可被划分成 多个相互独立的虚拟 OS 相互隔离运行于虚拟化平 台上。由 VMware ESX 构建的虚拟机架构主要包括 两大模块： 虚拟机管理器（ VMM） 负责对硬件资源进 行抽象，包 括 CPU 和 内 存 等 的 虚 拟 化。VMkermel 作为监控平台，负责对虚拟机进行托管以及对物理 资源的管理和调度。利用 VMware ESX 进行虚拟化 的应用实例如图 3 所示［9］。 4． 2 平台层
图 1 高校信息资源共享云平台体系架构
物理层提供的虚拟硬件资源上，构建相互隔离的、基 于不同业务需求的虚拟机，并且通过多机冗余备份， 提高数据的安全性和服务的可用性。 3． 3 资源整合层
资源整合层介于平台层和应用层之间，是高校信 息资源共享平台不可或缺的组成部分。该层主要实 现各种元数据库、索引库的构建，借助一系列标准化 辅助工具（ 导入导出工具、编目工具、元数据生成工 具等［5］） 进行资源元数据的生成、编辑、转换、导入、 导出等操作。将高校分散、异构的多媒体素材、网络 课程、视频等各类信息资源进行标准化，整合成统一 的信息资源视图，简化高校信息资源管理，同时为上 层应用服务的实现打好基础。值得指出的是，在对 高校信息资源进行标准化时，必须严格遵循相关的 技术标准规范，使标准化的资源具有规范性和互操 作性。在构建云平台前期，已结合国内外资源建设 现行标准，构建了教育资源标准化的概念模型及元 数据实例表，为资源的标准化做好了准备。借助元 数据生成工具对资源进行元数据提取的流程（ 如图 2 所示） ［6］。
中国医学教育技术
第 27 卷第 1 期
行安全、高效地配置，保证资源共享云平台发挥最佳 效能。在此基础上，应用服务部分再根据用户需求 灵活定制个性化的资源应用系统。用户只需通过云 平台提供的用户交互接口进行一次登录，就可实现 对校内所有信息资源系统的登录和访问［7］。 3． 5 访问层
访问层包括用户自助服务门户和云平台管理门户， 是不同身份角色的用户访问云平台的入口。用户通 过 SaaS 方式获取个性化云服务，系统管理员负责统 一身份认证和系统管理。此外，各种软硬件、应用程 序均存储、运行在云中，而不是本地计算机。用户不 需要配置高端设备，利用现有的各种移动设备如智 能手机、笔记本电脑、平板电脑通过网络即可接入云 平台。
2 云计算在促进高校信息资源共享中的优势
云计算作为一种新型的服务交付和使用模式，通 过网络以按需、易扩展的方式向用户提供所需的硬 件、平台、软件和网络资源［2］。提供资源的网络被称 为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩 展的，并且可以随时获取、按需使用和扩展、按使用 量付费。这种特性经常被称为像水电一样使用 IT 基础设施、软件和资源服务。 2． 1 虚拟化技术提高了高校基础设施利用率
第 27 卷第 1 期
姜晓旭等． 基于云计算构建高校信息资源共享平台的设计方案
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的紧缺［1］。 1． 4 信息资源运维难度大、成本高
面对复杂多变的信息环境，高校不仅面临着高成 本的人力、物力投入，还面临着更高难度的系统运维。 单纯增加人员管理，难以提高系统运维的效率。一旦 发生故障很难快速恢复，从根本上来说系统的安全稳 定性有待提高。
收稿日期： 2012-09-28 作者简介： 姜晓旭（ 1988-） ，女，河北赞皇人，硕士研究生在读，主要研究方向： 计算机教育应用。 通信作者： 罗辉（ 1967-） ，女，陕西周至人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向： 计算机多媒体和网络教育。
电话： 13669289776； E-mail： luohui@fmmu． edu． cn
第 27 卷第 1 期 2013 年 2 月
中国医学教育技术 CHINA MEDICAL EDUCATION TECHNOLOGY
·资源开发与应用·
Vol． 27 No． 1 Feb． 2013
基于云计算构建高校信息资源
共享平台的设计方案
姜晓旭，罗 辉
第四军医大学教育技术中心，西安 710032
【摘要】： 介绍了高校信息资源建设存在的问题及云计算技术在其资源建设中的作用与优势， 初步构建了高校信息资源共享云平台，并对其体系架构和实现进行了分析，以期为高校信息资源共 建共享提供借鉴。
3 高校信息资源共享云平台的核心架构
结合高校信息资源建设存在的问题及云计算在 资源建设中的优势，拟采用云计算技术构建高校信 息资源共享云平台。设计理念是以面向服务的架构 （ SOA） 为基础。对信息资源实施分布存储和集中管 理为方法，以实现信息资源开放共享为目的。其体 系架构自下而上分为物理层、平台层、资源整合层、 应用层和访问层（ 如图 1 所示） 。 3． 1 物理层
cloud platform
随着信息技术在高校信息资源建设中的普及与应 用，高校信息资源建设成果显著。在数量激增的基础 上，信息资源建设正朝向内容多元化、形式多样化、结 构复杂化方向发展。面对纷繁复杂的海量信息资源， 有效提高服务质量，发挥资源最大效能，是对资源深 层开发和利用的更高要求。云计算作为一种新兴的 共享基础架构方法，在高校信息资源建设与应用方 面大有可为。
物理层也称基础设施层，主要负责为整个平台的 正常运行提供硬件支持。主要包含服务器集群、网络 设施和高性能存储集群等。利用虚拟化软件将这些 设备虚拟为一个大型资源池，屏蔽各类不同型号设 备之间的差异，对上层提供统一的服务接口，以基础 设施即服务（ IaaS） 的方式向上提供动态可伸缩的物 理资源。 3． 2 平台层
将高校物理位置分散的异构信息资源进行整合， 存储在“云”这个庞大的计算与存储集群中，由云端 集中管理和调度。实现信息资源的分布存储和集中 管理，避免信息资源重复建设，消除信息孤岛，共同营 造一个信息共享空间。例如： Amazon Simple Storage Service（ S3） 是 Amazon 公司提供的基于云平台的网 络存储服务。借助 S3，用户可将数据存放到存储云 上，通过互联网进行访问和管理，可以节省用户维护 数据的成本。通过 S3 提供的 REST 或者 SOAP 接 口，云平台中的应用程序也可以自动访问、调用存储 云中的数据。 2． 3 并行处理和分布式计算技术提供了强大的计 算能力，且动态可扩展
1． 1 基础设施利用率低，造成资源浪费 高校为支撑信息资源建设的数据中心配备了大量
的服务器、网络和存储等基础设施。然而，这些设备更
新换代很快，一旦利用率低，就会造成无形的资源浪 费，增加数据中心建设成本。 1． 2 信息资源重复建设，无法真正实现资源共享
高校资源建设尚未遵照统一的技术标准规范，导 致数据异构、格式冲突、可扩展性和通用性差，缺乏 开放的互操 作 接 口，“信 息 孤 岛 ”现 象 层 出 不 穷，优 质信息资源难以共享。 1． 3 信息资源分布不均，资源使用效率较低
Center of Educational Technology，Fourth Military Medical University，Xi＇an 710032，China 【Abstract】： This article discusses the problems existing in college information resources construction as well as cloud computing and its role and advantages in college information resources construction． We constructed a cloud platform of college information resources，and this article analyzes the structure and realization of this cloud platform in the hope of providing reference for co-construction and sharing of college information resources． 【Key words】： cloud computing； college information resources； co-construction and sharing；
【关键词】： 云计算； 高校信息资源； 共建共享； 云平台 【中图分类号】： G434 【文献标志码】： A 【文章编号】： 1004-5287（ 2013） 01-0038-04
Design plan of the college information resources sharing platform based on cloud computing Jiang Xiaoxu，Luo Hui
虚拟化技术作为云计算的核心技术之一，将高校 现有的硬件设备整合为虚拟资源池，屏蔽服务器、网 络、存储等物理设备间的差异，动态部署、分配给不 同的应用和服务，提高底层资源的利用率，降低建设 成本。实验证明，采用虚拟化技术能使每台服务器 的平均利用率从 7% 提高到 68% ～ 80% ； 部署时间 从小时级降低到分钟级； 服务器重建和应用加载时 间从 20 h ～ 40 h 降低到 15 min ～ 30 min； 建设成本 节约 30% 以上［3］。 2． 2 云存储技术提高了高校信息资源共享能力
平台层以平台即服务（ PaaS） 的方式提供上层应用 程序开发环境、运行环境、数据库环境、开放 API 和 Web Service 模块。开放 API 是一种新型 Web 2． 0 服务模式， 利用这些 API 可以对分散资源和服务进行整合，能 带来具有新价值的 Web 服务［4］。将平台层部署在
40
图 2 元数据提取流程
3． 4 应用层 应用层包含管理中间件和应用服务两部分。在
管理中间件的统一调控下，使资源按照用户需求进
4 高校信息资源共享云平台的实现技术与实例
高校信息资源共享云平台的实现主要涉及虚拟 化技术、分布式存储、并行计算等关键技术在云平台 上的具体实现。下面结合具体实例加以介绍： 4． 1 物理层
通过云计算实现分布式、异构信息资源的负载均 衡，避免网络过载。利用冗余备份、容错容灾等技术 避免因操作不当而造成的数据丢失、破坏以及病毒 入侵、服务中断、硬件损坏等威胁高校信息资源共建 共享的安全问题。同时，也使用户从复杂、专业性极 强的网络安全与系统运维中解脱出来，而专注于资 源应用本身。现有的云服务提供商如 Amazon、IBM、 Google 大多提供了集 VPN、身份认证、数据加密、冗 余备份、安全存储等技术于一体的安全保障体系，用 于保障云平台的安全性和服务的连续性。
通过大规模分布式文件系统，将信息资源以分块 和多副本备份的方式分散存储在云中，对数据的分析 处理也以大规模并行计算和分布式计算技术实现。
例如： 谷歌文件系统（ google file system，GFS） 和 Hadoop 分布式文件系统（ hadoop distributed file system，HDFS） 共同采用的 MapReduce 编程模型，运行于一个虚拟 服务器集群上，采用并行处理的方式将数据或应用 程序的功能分割成若干个模块，由网络上多台计算 机协同完成。此外，云平台提供各种开放 API 支持 异构接入，根据需求灵活扩展，自动同步、实时更新 信息资源，为在更广的范围内实现信息资源共享创 造条件。 2． 4 云计算营造稳定安全的信息空间
不同区域间高校的信息资源建设水平良莠不齐。 国内一些知名高校拥有丰富的信息资源，但仅能使 有限区域内的少数人获益，供大于求会造成优质信 息资源闲置。而一些普通高校由于缺乏有效的共享 渠道和机制，难以获取优质的信息资源而造成资源
基金项目： 教育技术科学研究“十二五”规划重点课题“云计算环境下军校信息资源共建共享模式研究”（ BCA110020） 阶段性 成果。
物理层主要提供 IaaS 服务，实现的关键技术是虚 拟化技术，包括对服务器、网络和存储设备的虚拟化。 目前比较成熟的硬件虚拟化软件有 VMware 公司的 vSphere 系列、微软公司的 Hyper-V 系列和思科公司 的 XenServer 平台［8］。这些虚拟化软件提供对物理 设备的系统管理。以服务器虚拟化为例，将服务器 虚拟化为多个虚拟机，根据上层应用需求分配合适 的虚拟硬件资源，实现资源的统一调度以及不同进 程之间的负载均衡，提高服务器利用率。在对服务 器进行虚 拟 化 时，可 借 助 市 场 主 流 虚 拟 化 软 件Biblioteka Baidu如 VMware ESX 将 虚 拟 化 平 台 直 接 架 构 在 物 理 层 之 上，客户机原有 OS 无需做任何修改即可被划分成 多个相互独立的虚拟 OS 相互隔离运行于虚拟化平 台上。由 VMware ESX 构建的虚拟机架构主要包括 两大模块： 虚拟机管理器（ VMM） 负责对硬件资源进 行抽象，包 括 CPU 和 内 存 等 的 虚 拟 化。VMkermel 作为监控平台，负责对虚拟机进行托管以及对物理 资源的管理和调度。利用 VMware ESX 进行虚拟化 的应用实例如图 3 所示［9］。 4． 2 平台层
图 1 高校信息资源共享云平台体系架构
物理层提供的虚拟硬件资源上，构建相互隔离的、基 于不同业务需求的虚拟机，并且通过多机冗余备份， 提高数据的安全性和服务的可用性。 3． 3 资源整合层
资源整合层介于平台层和应用层之间，是高校信 息资源共享平台不可或缺的组成部分。该层主要实 现各种元数据库、索引库的构建，借助一系列标准化 辅助工具（ 导入导出工具、编目工具、元数据生成工 具等［5］） 进行资源元数据的生成、编辑、转换、导入、 导出等操作。将高校分散、异构的多媒体素材、网络 课程、视频等各类信息资源进行标准化，整合成统一 的信息资源视图，简化高校信息资源管理，同时为上 层应用服务的实现打好基础。值得指出的是，在对 高校信息资源进行标准化时，必须严格遵循相关的 技术标准规范，使标准化的资源具有规范性和互操 作性。在构建云平台前期，已结合国内外资源建设 现行标准，构建了教育资源标准化的概念模型及元 数据实例表，为资源的标准化做好了准备。借助元 数据生成工具对资源进行元数据提取的流程（ 如图 2 所示） ［6］。
中国医学教育技术
第 27 卷第 1 期
行安全、高效地配置，保证资源共享云平台发挥最佳 效能。在此基础上，应用服务部分再根据用户需求 灵活定制个性化的资源应用系统。用户只需通过云 平台提供的用户交互接口进行一次登录，就可实现 对校内所有信息资源系统的登录和访问［7］。 3． 5 访问层
访问层包括用户自助服务门户和云平台管理门户， 是不同身份角色的用户访问云平台的入口。用户通 过 SaaS 方式获取个性化云服务，系统管理员负责统 一身份认证和系统管理。此外，各种软硬件、应用程 序均存储、运行在云中，而不是本地计算机。用户不 需要配置高端设备，利用现有的各种移动设备如智 能手机、笔记本电脑、平板电脑通过网络即可接入云 平台。
2 云计算在促进高校信息资源共享中的优势
云计算作为一种新型的服务交付和使用模式，通 过网络以按需、易扩展的方式向用户提供所需的硬 件、平台、软件和网络资源［2］。提供资源的网络被称 为“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩 展的，并且可以随时获取、按需使用和扩展、按使用 量付费。这种特性经常被称为像水电一样使用 IT 基础设施、软件和资源服务。 2． 1 虚拟化技术提高了高校基础设施利用率
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姜晓旭等． 基于云计算构建高校信息资源共享平台的设计方案
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的紧缺［1］。 1． 4 信息资源运维难度大、成本高
面对复杂多变的信息环境，高校不仅面临着高成 本的人力、物力投入，还面临着更高难度的系统运维。 单纯增加人员管理，难以提高系统运维的效率。一旦 发生故障很难快速恢复，从根本上来说系统的安全稳 定性有待提高。
收稿日期： 2012-09-28 作者简介： 姜晓旭（ 1988-） ，女，河北赞皇人，硕士研究生在读，主要研究方向： 计算机教育应用。 通信作者： 罗辉（ 1967-） ，女，陕西周至人，教授，硕士研究生导师，主要研究方向： 计算机多媒体和网络教育。
电话： 13669289776； E-mail： luohui@fmmu． edu． cn
第 27 卷第 1 期 2013 年 2 月
中国医学教育技术 CHINA MEDICAL EDUCATION TECHNOLOGY
·资源开发与应用·
Vol． 27 No． 1 Feb． 2013
基于云计算构建高校信息资源
共享平台的设计方案
姜晓旭，罗 辉
第四军医大学教育技术中心，西安 710032
【摘要】： 介绍了高校信息资源建设存在的问题及云计算技术在其资源建设中的作用与优势， 初步构建了高校信息资源共享云平台，并对其体系架构和实现进行了分析，以期为高校信息资源共 建共享提供借鉴。
3 高校信息资源共享云平台的核心架构
结合高校信息资源建设存在的问题及云计算在 资源建设中的优势，拟采用云计算技术构建高校信 息资源共享云平台。设计理念是以面向服务的架构 （ SOA） 为基础。对信息资源实施分布存储和集中管 理为方法，以实现信息资源开放共享为目的。其体 系架构自下而上分为物理层、平台层、资源整合层、 应用层和访问层（ 如图 1 所示） 。 3． 1 物理层
cloud platform
随着信息技术在高校信息资源建设中的普及与应 用，高校信息资源建设成果显著。在数量激增的基础 上，信息资源建设正朝向内容多元化、形式多样化、结 构复杂化方向发展。面对纷繁复杂的海量信息资源， 有效提高服务质量，发挥资源最大效能，是对资源深 层开发和利用的更高要求。云计算作为一种新兴的 共享基础架构方法，在高校信息资源建设与应用方 面大有可为。
物理层也称基础设施层，主要负责为整个平台的 正常运行提供硬件支持。主要包含服务器集群、网络 设施和高性能存储集群等。利用虚拟化软件将这些 设备虚拟为一个大型资源池，屏蔽各类不同型号设 备之间的差异，对上层提供统一的服务接口，以基础 设施即服务（ IaaS） 的方式向上提供动态可伸缩的物 理资源。 3． 2 平台层
将高校物理位置分散的异构信息资源进行整合， 存储在“云”这个庞大的计算与存储集群中，由云端 集中管理和调度。实现信息资源的分布存储和集中 管理，避免信息资源重复建设，消除信息孤岛，共同营 造一个信息共享空间。例如： Amazon Simple Storage Service（ S3） 是 Amazon 公司提供的基于云平台的网 络存储服务。借助 S3，用户可将数据存放到存储云 上，通过互联网进行访问和管理，可以节省用户维护 数据的成本。通过 S3 提供的 REST 或者 SOAP 接 口，云平台中的应用程序也可以自动访问、调用存储 云中的数据。 2． 3 并行处理和分布式计算技术提供了强大的计 算能力，且动态可扩展