北京科技大学：校园云按需租用资源

文/杨扬

北京科技大学：校园云按需租用资源

文/杨扬

利用云计算等技术，通过虚拟化IT资源，对现有的硬件资源进行动态的分配和管理，以租赁的方式将IT资源提供给用户。

目前，我国高校信息化建设面临的主要问题有：

1.公共资源重复购置，利用率低；2.资源分散管理、投资回报低；3.重复进行软件安装、升级和防病毒工作；4.无法弹性扩展，无统一接口；5.无法支撑决策分析，缺少办公化集中管理；6.独自进行科研工作，无法有效协作，成果无法共享；7.无法为科学计算提供有效支撑。

为了解决这些问题，人们不断进行理念的改革和技术的创新。北京科技大学利用云计算等技术开发了校园云解决方案。校园云可以将分散的异构资源整合为资源池，提高资源利用率，并对资源进行统一规划和管理，提高现有设备的利用率，降低购置成本，节省能源消耗等。同时，平台提供的虚拟机和相关应用的租用还可以节省用户的大量时间，用户只需要登录平台制定自己所需的虚拟机即可。

提高IT资源利用率

云计算是从2007年开始兴起的商业计算模型，通过虚拟化IT资源，对现有的硬件资源进行动态的分配和管理，以租赁的方式将IT资源提供给用户，可以提高资源的利用率，同时可以降低IT建设的投入，实现节能减排，低碳环保。

充分利用闲置且分散的机房资源

由于学校有计算机中心，每个学院也有自己的实验室机房，而有些课程（包括公共基础课和实验课）都是在计算机上实现的，如果把这些机房的资源都放到云平台上，既可以整合和充分利用资源，也可以节省场地和学生配置等诸多问题，还可以大大降低对计算机维护的工作量。

共享科技文献与科研成果服务

每位科研人员的手里都有大量科研文献和研究成果，但缺乏有效的管理和利用。利用云存储，可将科研人员在不同科研方向所整理的科技文献等资料集中、分类管理，实现资料的共享，并且实现与已有的科技文献库（例如高校图书馆科技文献库资源）集成管理。此外，我们可以以校园科研云为基础，为科研人员提供科研成果共享平台，提供二次开发基础，包括科研环境和平台共享，可以根据用户科研项目不同，支持不同科研环境的搭建，提供虚拟开发、测试、部署、运行环境的提供（包括虚拟网络环境），并为团队共享及协作提供支持。

办公化集中管理

学校行政处室系统分散，且每个部门都有自己的网站，管理不集中，会导致人员和资源的浪费与不均衡。如果我们把相应的办公软件都部署到云平台上，那么就能实现节省成本，节能减排的目的。因此，开发可靠的高性能校园云来解决高校面临的实际问题，是一项有意义的工作。

提供新型资源租用服务

云计算使按需服务成为可能

云计算本质是众多新技术发展的必然趋势，是社会需求的推动（资源，成本，能源）结果，是由需求引导的网络环境下的各个要素构成的有机体。它提供了一种新的以按需租用资源的业务模式。

个人和单个设备的能力有限，但在“云”的另一端，由成千上万台的服务器组成的集群为人们使用网络提供几乎无限多的可能。

云计算的特征是：

1.超大规模：前所未有的计算能力；2.虚拟化：任意获取相应服务；

3.高可靠性：数据多副本，计算节点同构可互换等措施；

4.通用性：不针对特定应用；

5.高可扩展性：动态伸缩，满足规模增长需要；

6.按需服务：提供庞大的资源池，用户可按需购买；

7.廉价：自动化集中式管理。

总之，云计算为人们提供了可靠、安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也很方便。而且，云计算为我们使用网络提供了诸多可能。

离开了云计算，仅仅使用个人计算机或手机上的客户端应用，我们是无法享受这些便捷的。个人计算机或其他电子设备不可能提供无限量的存储空间和计算能力，但在“云”的另一端，由数千台、数万台甚至更多服务器组成的庞大的集群却可以轻易地做到这一点。个人和单个设备的能力是有限的，但云计算的潜力却几乎是无限的。

云计算集中资源支持分散应用

网格计算和云计算有相似之处，特别是计算的并行与合作的特点，但彼此的区别也是明显的。主要有以下几点：

首先，网格计算的思路是资源发现、资源共享和支持QoS服务，通过支持各种设备的接口获取分布在不同地点的资源，这些资源主要包括软件和硬件资源以及网络资源，通过管理和调度算法实现对网络中各种资源的动态共享；而云计算除了将资源集中进行管理外，更强调的是服务，以高质量服务的可租赁方式提供给用户。

其次，在对待异构性方面，二者理念上有所不同。网格计算用中间件屏蔽异构系统，力图使用户面向同样的环境，把困难留在中间件，让中间件完成任务。而云计算实际上承认异构，用镜像执行或者提供服务的机制来解决异构性的问题。当然不同的云计算系统并不相同，比如Google一般用专用的内部平台来支持。

最后，网格计算更多地面向科研应用，商业模型不清晰。而云计算从诞生开始就是针对企业商业应用，商业模型比较清晰。

总之，云计算是以相对集中的资源，运行分散的应用（大量分散的应用在若干大的中心执行）；而网格计算则是聚合分散的资源，支持大型集中式应用（一个大的应用分到多处执行）。网格计算作为一种面向特殊应用的解决方案将会继续在某些领域存在，而云计算作为一场IT变革，则会深刻影响整个IT产业和人类社会。

图2 云计算体系结构

构建“云”网络

云计算平台是一个强大的“云”网络，连接了大量并发的网络计算和服务，可利用虚拟化技术扩展每一个服务器的能力，将各自的资源通过云计算平台结合起来，提供超级计算和存储能力。通用的云计算体系结构如图2所示。

云用户端

云用户端提供云用户请求服务的交互界面，也是用户使用云的入口，用户通过Web浏览器可以注册，登录及定制服务，配置和管理用户，打开应用实例与本地操作桌面系统。

服务目录

云用户在取得相应权限（付费或其他限制）后可以选择或定制服务列表，也可以对已有服务进行退订的操作，在云用户端界面生成相应的图标或列表的形式来展示相关的服务。

管理系统和部署工具

管理系统和部署工具提供管理和服务，能管理云用户，对用户授权、认证、登录进行管理，并可以管理可用计算资源和服务，接收用户发送的请求，根据用户请求转发到相应的程序，调度资源，智能地部署资源和应用，动态地部署、配置和回收资源。

资源监控

监控和计量云系统资源的使用情况，以便做出迅速反应，完成节点同步配置、负载均衡配置和资源监控，确保资源能顺利地分配给合适的用户。

服务器集群

服务器集群是虚拟或物理的服务器，由管理系统管理，负责高并发量的用户请求处理、大运算量计算处理、用户Web应用服务，存储云数据时采用相应数据切割算法采用并行方式上传和下载大容量数据。

用户可通过云用户端从列表中选择所需的服务，其请求通过管理系统调度相应的资源，并通过部署工具分发请求、配置Web应用。

技术积累孕育校园云

北京科技大学云计算平台源自十多年来对高性能计算和网格计算的积累，整合多种技术发展而形成，提供IaaS（架构即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）能力，是私有云的一体化解决方案。该平台提供了更好的资源整合与更加智能化的资源分配能力，可以更快地响应业务需求，提供更高的资源利用率和更低的成本。

高效的平台体系

北京科技大学云平台（以下简称：平台）提供给用户架构和软件级服务，平台承载虚拟机的租赁使用、用户自定义应用的部署以及软件的使用等服务。平台呈现给用户良好的操作界面，直观简单，使得用户只要利用最简捷的操作，就可以完成自己的服务请求。

平台具有完善的统计分析系统和计费系统、准确有效的分析历史数据、形象直观的平台服务数据分析和统计图标、完善精确的计费系统，保证用户最大限度地节约资源，最有效地使用资源。图3是校园云平台体系结构图。

十大技术特色

1.提供完备的架构即服务的支持

支持物理机和多种虚拟机计算环境，不依赖和受限于特定虚拟化技术厂商，可创建一个共享的计算架构。目前支持的虚拟机技术包括：VMWare、Citrix Xen、Red Hat Xen和KVM，提供资源预约和按需分配的调度策略，提供灵活完善的资源感知的分配策略，可根据用户的资源请求和资源的可用情况动态分配资源。

2.提供快捷的平台即服务的支持

应用开发者通过所见即所得的应用程序参数表单定制服务界面，通过智能化的向导创建标准的服务，灵活快捷地定制各种应用服务。

3.提供完善的软件即服务的支持

图3 校园云平台体系

支持单用户、多租户的体系结构，利用集中化优势将来自不同服务提供商的软件绑定在一起，为终端用户提供功能丰富的体验。

4.自助式服务

像“购物车”一样，用户可以按自己的需要选择服务的类型、数量和起至时间，系统自动生成服务合同和账单。

5.基于角色的权限管理

支持用户角色定义和LDAP，提供细粒度的权限控制，可根据角色的权限，对页面进行访问控制。

6.完善的运维监控平台

提供可视化的流程定义和监控管理，在硬件级上，支持对云状态的实时监控；在软件级上，支持统一管理许可证服务（启动和停止）与错误报警和自动恢复。

7.完善的统计分析和报表平台

通过对校园云中每个物理和虚拟节点的使用率、作业运行时间、计费明细等进行详细地统计分析，生成各种统计报表，为管理者提供决策依据。

8.良好的可扩展性

云平台支持动态部署，并可在两个层面扩充。在单云层面，可以扩充到几千台计算机在单一的云中；从整体架构层面，可以支持几十至上百个云的整合。基于该云平台的应用程序易于构建和维护，并可根据访问量和数据存储等需要的增长轻松扩展。

9.开放的架构和接口

云平台全生命周期的事件都向第三方开放，包括合同、资源请求和资源可用状态等。事件处理框架允许通过第三方的系统触发业务流程，支持如下方式的事件处理：SMTP、SNMP Trap、JMS、命令等。

10.成熟可靠

该平台基础架构由可靠、成熟的系统模块组成。

北京科技大学校园云以“北京科技大学云计算实验室”为依托，已经建成一个可用的最小实现平台。该平台已达到几大目标：在目前平台的基础上，根据新的需求进行研究与开发；能够针对未来的业务进行扩充；具有学术研究的功能，能对研究的算法进行验证，并能在平台上进行研究，提供有价值的研究算法，能为云计算储备研究与开发力量，云计算实验室作为和企业合作的典范，能为企业输送优秀的人才；不仅能为校园网云计算提供实际可行的演示环境，具备快速推广功能，还应该能为其他行业提供可信的云计算服务演示；具有远程服务和培训的功能。

（作者单位为北京科技大学网络中心）