高校云计算数据中心的构建解析

巫莉莉，黄志宏

(华南农业大学 现代教育技术中心，广东 广州 510640)

高校云计算数据中心的构建解析

巫莉莉，黄志宏

(华南农业大学 现代教育技术中心，广东 广州 510640)

本文分析了目前高校数据中心的建设现状，引入了一种新的数据中心模型——云计算数据中心。同时，对云计算的特点和优势进行了介绍，对高校云计算数据中心的构建进行了初步分析。

高校信息化；云计算；数据中心

一、引言

高校信息化的不断发展，信息化建设范围的不断扩大，信息数据量的不断增多，导致高校各部门信息系统之间无法进行有效的信息交互和资源共享，形成了很多信息孤岛，出现了数据更新不及时、数据不兼容等问题。为了解决这些问题，提出了数据中心（Internet Data Center，简称IDC）的概念。通过建立数据中心，实现系统间的资源共享，统一学校内各个应用系统的数据，提供集中的数据交换，减少数据冗余，提高数据的利用率。

目前，有越来越多的高校认识到了数据集中、IT基础设施集中、运行服务集中的必要性。以清华大学、复旦大学数据中心建设为代表，国内各高校纷纷在数字化校园建设的进程中规划建设自己的数据中心。高校数据中心建设正逐渐成为高校信息化领域的一大热点。

二、高校数据中心建设概述

高校数据中心，指的是在数字化校园的建设过程中，以电信级机房设备向校园各用户提供专业化和标准化的数据存放业务和相关服务的统一支持环境。[1]高校数据中心主要是为数字化校园建设的公共基础服务、各类应用服务提供全方位的运行和管理功能。

1．高校数据中心的建设内容

高校数据中心主要定位于服务数字化校园建设。建设内容包括：物理层面、数据层面与应用层面的集中。

（1）物理层面的建设：包括机房建设、系统等底层建设、网络建设以及安全建设。

（2）数据层面的建设：通过采取一定策略，使不同业务部门的数据实现集中与共享，同时实现数据备份和恢复系统的建设以及数据安全建设。

（3）应用层面的建设：对高校各部门应用系统的开发和集成。

2．高校数据中心的现状及发展瓶颈

高校数据中心是一种拥有完善的设备 （包括高速互联网接入带宽、高性能局域网络、安全可靠的机房环境等）、专业化的管理、完善的应用级服务的服务平台。在这个平台基础上，为校园网用户提供互联网基础平台服务以及各种增值服务（学校邮箱、网站建设、VPN、数据存储等）。

目前，高校数据中心在规模不断发展的同时，其成本也在不断上升，多套物理割据业务增加了网络基础建设的整体建设和维护成本，各自独立的软、硬件导致计算、网络、存储的利用率低下，遇到了发展的瓶颈：比如电力、机房的面积和带宽不可能随着规模扩大而快速地扩展；同时，IDC90%的服务器，90%的时间，CPU占有率低于10%，这意味着资源有很大的浪费；IDC的管理和维护成本随着规模的扩大也在不断上升。IDC需要有新的技术手段，充分利用现有的资源，发挥其更高的效率。[2]

三、云计算的概述

1．云计算的定义

关于云计算的定义，目前还没有公认的定义。云计算（Cloud Computing）是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，或者说是这些计算科学概念的商业实现。[3]

2．云计算的特点

（1）以数据为中心：基于海量的数据进行分析，获得大量的新知识。

（2）以服务为中心：人性化云服务是吸引用户的关键。

（3）以用户为中心：数据存在于云海之中，用户可以在任何时间、任何地点以某种便捷的方式安全地获得云中资源或与他人分享。[4]

3．云计算的优势

（1）可靠、安全的数据存储：用户将数据存储在云端，不用再担心数据的丢失、病毒入侵等麻烦，不必担心数据存放位置及安全性问题，因为“云”里有最专业的团队来帮用户管理信息。同时，严格的权限管理策略支持数据的共享，降低了数据外泄的可能性。

（2）方便、快捷的云服务：云计算时代，用户将不需要安装和升级电脑上的各种应用软件，只需要具有网络浏览器，就可以方便快捷地使用云计算提供的各种服务。

（3）超强的计算能力：云海中由成千上万的计算机群提供的强大计算能力、存储能力等将能够为用户完成传统上单台计算机无法完成的事情。

（4）经济效益：在运营成本、维护成本和空间成本上，云计算都能实现以比较低廉的架构成本进行运作。[5]

四、高校云计算数据中心的构建解析

1．云计算数据中心的优势

高能耗、高成本、低效率是传统数据中心最严重的问题，已经严重影响了数据中心的日常运行，所以迫切需要寻求一种新的方式建设新一代的数据中心，降低数据中心的IT成本，提高节能减排的效率。

随着云计算概念的盛行，云计算数据中心的概念也随之出现。基于云计算技术建设新一代的数据中心，既可以满足对带宽、存储和计算能力的突发需求，又可以提供丰富的应用服务。

第一，云计算通过集中管理和集中使用解决数据中心的能耗问题。传统数据中心的能耗正以高于GDP的增速发展，已成为最浪费的行业。通过云计算使IT资源集中管理和共享使用，克服了传统IT的重复、低水平建设，大大降低了IT能源消耗。

第二，云计算通过虚拟化方式降低数据中心的应用成本。在信息化时代，低成本的IT服务需求尤为迫切。云计算通过虚拟化、可扩展的方式满足这一需求，从而直接减少购买昂贵设备所需要的成本。

第三，云计算通过灵活可扩展的方式实现资源共享，提升运行效率。传统的服务器和网络设备的利用率仅在20%～30%之间，数据中心的数据信息不能共享，导致效率低下，资源能力也不能相互调度。但通过云计算可以实现各个业务系统之间的资源相互调度，实现资源扩展，使IT资源的利用率提升至60%，通过扩展资源使用率提升运行效率。

云计算本质上是一种更加灵活、高效、低成本、节能的信息运作的全新方式。在全球倡导节能减排的大背景下，下一代数据中心的建设中引入云计算正好符合了新一代数据中心的发展趋势。

2．高校云计算数据中心的建设目标

（1）构建安全有弹性、可灵活扩展、可方便管理、面向应用、低能耗、持续可用的服务运维环境，为集中管理全校的各种应用服务提供硬件基础；

（2）构建安全、高效的数据资源集中存储体系，保证数据实时更新和高度一致，并建立完备的存储策略和重要数据的备份容灾机制；

（3）构建安全、高速、稳定的数据中心网络体系，有良好的监测机制，防止单点故障，保证业务系统不间断的持续运行，为数字化校园的各项应用服务提供网络保证。

3．高校云计算数据中心的服务体系架构

高校云计算数据中心是服务于高校整体发展策略、服务于教学科研业务、服务于广泛校园网用户的网络基础设施和公共支撑平台，其应用服务体系架构包括物理层、虚拟层、管理层和应用层，如图1所示，其中管理层是提供优质校园网服务的核心。

图1 高校云计算数据中心的服务体系架构

（1）物理层

物理层是高校云计算数据中心的最底层，是云计算结构的核心层，也称为 HaaS（Hardware as a Service，硬件设施即服务）。

本层拥有设施完备的机房环境和充足的带宽资源，拥有大量的硬件和交换机等网络设备，是形成云的基础骨架。在该层采用大量PC级的服务器可以获得极高的性能，降低了硬件成本，为校园网用户提供了丰富的计算资源和数据存储资源，具有强大的资源开发的运行潜力。

（2）虚拟层

虚拟层是云基础设施层，也称为IaaS（Infrastructure as a Service，基础设施即服务），是指计算机基础设施的交互使用，典型地表现为一个平台虚拟化环境。

本层将物理层的基础设施硬件（包括服务器、存储与网络设备）全面虚拟化，建立一个共享的、按需分配的基础资源设施，实现节能环保、降低能耗与能源成本；建设分布式的数据存储系统，用于海量数据的存储和访问。

本层可为高层提供功能性资源，根据校园网用户的应用需求，可以组成新的云软件环境或应用。通过虚拟机给用户提供计算资源，允许用户在远程硬盘上存储数据并可以在任何地方任何时候访问。

（3）管理层

管理层可以称为是高校云计算数据中心的决策层，可称为 PaaS（Platform as a Service，平台即服务），它将计算平台作为一项服务，通常基于虚拟层来支撑其上的云应用，主要实现用户管理、任务管理、资源管理和安全管理。

本层在总体上规划分布式的数据和计算资源，设计相应的分布式数据存储系统，定义资源的单元和生命周期；负责检测和响应应用层提交过来的服务请求，动态分配虚拟化资源，提供和释放计算资源，实时更新可用资源库，达到负载平衡和电源减耗；提供标准化的资源模板，用户可以根据需求选择应用程序、计算资源、存储资源等模板进行快速部署；实时侦测各种资源的工作状态，做到非正常状态时能够报警并自动调整资源的分配；与此同时，保证数据的安全性，构建统一的用户身份认证和授权。[6]

（4）应用层

应用层是数据中心和校园网用户的接口层，可称为SaaS（Software as a Service，软件即服务），为校园网用户使用云计算数据中心资源提供规范的接口。本层是高校云计算数据中心中对用户可视化最好的一层，面向不同层次的用户需求提供差异化的云计算服务。

高校云计算数据中心实现的最终目的是通过应用层给校园网用户提供基础的网络服务、软件服务和平台服务，以及计算服务和存储服务等。

4．高校云计算数据中心的实现机制

高校云计算数据中心整合了大型存储、小型服务器以及X86服务器等，通过自动化、虚拟化、分布式存储等技术实现基础设施的资源整合，将门户、OA、教务、一卡通、财务、科研等应用系统集成管理，构建了统一架构的应用服务平台。校园网用户不必在本地机器上安装和运行应用，所有应用的操作、维护和升级均可在服务器端进行，可以减轻用户的软件维护和日常操作负担。

如图2所示，高校云计算数据中心的用户交互接口以Web Services方式向用户提供应用访问接口。服务目录是用户可以访问的服务清单。系统管理模块负责管理和分配所有可用的资源，其核心是负载均衡。配置工具负责在分配的节点上准备任务运行环境。监视统计模块负责监视节点的运行状态，并完成用户使用节点情况的统计，确保用户使用云计算数据中心的整体安全。

校园网用户通过云计算数据中心的用户交互接口访问门户，从服务目录中选取所需的应用服务并调用一个任务，该请求传递给系统管理模块后，将为用户分配恰当的资源，然后调用配置工具为用户准备访问应用服务的运行环境。用户可以在不改善本地机器性能的情况下进行远超本地机器性能上限的高强度计算和大存储容量的工作。

五、结束语

云计算在高校数据中心建设中的应用，通过实现从环境、资源到应用的全部数字化，在传统校园基础上构建一个数字空间，以拓展现实校园的时间和空间维度，提升传统校园数据中心的运行效率；与此同时我们还需要在云计算数据中心的标准化、可靠性、数据安全性以及隐私保护等问题上继续探讨，最终实现教育过程的全面信息化，从而达到提高管理水平和更好地服务于用户的目的。

[1]郭静.对高校“数字化校园”数据中心建设的研究和实践[J].中国教育信息化.2007(12):48.

[2]张敏,陈云海.虚拟化技术在新一代云计算数据中心的应用研究[J].广东通信技术.2009(5):37.

[3]刘鹏.云计算[M].北京:电子工业出版社,2011.

[4]万利平,陈燕.云计算机在教育信息化中的应用探究[J].中国教育信息化.2009(9):75.

[5]王萍,张际平.云计算与网络学习[J].现代教育技术.2008,18(11):82.

[6]张敏,陈云海,林立宇.电信运营商云计算机数据中心的构建分析[J].电信技术.2009(6):102-103.

TP302.1

A

1673-8454(2011)19-0011-03

（编辑：金冉）