基于云计算的数字资源系统设计

张科星

（太原大学外语师范学院,山西太原 030012）

基于云计算的数字资源系统设计

张科星

（太原大学外语师范学院,山西太原 030012）

为有效共享与利用数字教学资源,借助虚拟云技术设计了教学单位数字化资源整合系统,并给出了配置方法,在有限的硬件资源基础上扩大了数字教学资源的内涵与外延,使数字资源的利用率最大化.经实际应用测试,系统展现了良好的实用性与可操作性,对教育教学有较大的促进作用.

云计算；数字资源；虚拟化

随着信息科技的快速开发,数字教学资源已成为高校发展的重点.但是,目前仍有许多高校特别是大专院校受限于人力、财力问题,无法负担建设数字教学系统的软硬件成本.针对这一问题,为能充分整合运用地理相近的大专校院间的教学资源,本文引入云计算技术与概念设计了区域性的教学数字资源中心,希望在既有的软硬件资源条件下服务这些院校,使现有的软硬件资源的利用率达到最佳.

1 云计算概述

云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备.用户不再需要了解“云”中基础设施的细节,不必具有相应的专业知识,也无需直接进行控制[1].云其实是网络、互联网的一种比喻说法[2].典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用,可以通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问,而软件和数据都存储在服务器上.云计算关键的要素,还包括个性化的用户体验.

云计算可以认为包括以下几个层次的服务：基础设施服务（IaaS）,平台服务（PaaS）和软件服务（SaaS）.云计算服务通常提供通用的通过浏览器访问的在线商业应用,软件和数据可存储在数据中心[3].

基础设施服务（Infrastructure as a Service,IaaS）：云服务供货商主要是通过网络直接提供运算服务器、网络服务器、在线储存空间给有需要使用云设备服务的企业,而租用IaaS云设备的企业则省下了计算机硬件成本与购买软件的费用.

平台服务（Platform asa Service,PaaS）：PaaS实际上是指将软件研发的平台作为一种服务,以SaaS的模式提交给用户.PaaS的出现加快SaaS的发展,尤其是加快SaaS应用的开发速度.

软件服务（Softwareasa Service,SaaS）：它是一种通过Internet提供软件的模式,用户无需购买软件,而是向提供商租用基于Web的软件,来管理企业经营活动[4].

2 系统硬件架构

虚拟技术是实现云服务底层的重要基础,通过有效的虚拟化技术,会使一台实体服务器可同时执行多个服务器工作负荷.其主要目的在于通过虚拟机器的运行方式,在逻辑上将工作负荷与实体服务器分离开来,这样我们才得以执行一些重要的云任务.

2.1 系统设计

云服务一个很重要的特性在于,使用者可以无须知道系统共有多少机器,也无须知道自己的服务内容被存放于何处.原因在于在实体机器或虚拟化层上,还有一层对于数据的存取机制,这一机制通常通过一层可扩展的分布式文件系统来实现.因此在异构化的硬件分布上,能够对大量的数据进行并行的文件存取动作,给大量的用户提供总体性能较高的可靠服务.

云服务具有计算能力与储存能力可以实时动态配置的优点,应用系统可以视需求动态延伸对于底层软硬件资源的需求范围,也就是有效的管理大量的节点,以及随时监控各应用服务的需求与资源使用情形,应用程序界面与开发工具都是云系统的基础[5-6].系统硬件的规划见图1.

图1 系统硬件结构Fig.1 System hardware structure

2.2 应用程序接口问题

云技术虽然具有计算能力与储存能力可以实时动态配置的优点,但如何有效地管理这些节点的状态,随时监控各应用服务的需求与资源使用情形,是现阶段许多开放源码系统或是云服务平台亟待解决的问题,否则无法有效管理这些信息资源.系统通过API的方式进行管理控制,这种方式对于资源的分配可以较为清楚地控制.

网络服务需要一个数据库系统来储存与处理数据,但是基于关系型的数据库不针对云系统这类具有大规模分布式计算节点的系统进行设计[7].云核心概念“MapReduce”是一种分布式的数据运算与处理模型,系统采用该架构,应用程序将系统的运算量分布于各节点,大幅扩充系统运算效能.因此系统中的云平台由一层具有弹性的数据库系统为数据提供分群机制,数据不单独存放于单一数据库节点上[8].通过网络进行平台和操作接口开发,在云基础架构上执行应用程序.

3 系统设计

在教学资源库的设计中,需要自行建立虚拟化的环境来抽象化现有的硬件资源,并利这些虚拟资源来建立平台服务所需要的扩展性服务,在这些基础上提供信息系统[9].系统架构见图2.

图2 .教学资源云系统架构Fig.2 The teaching resourcesofcloud system structure

3.1 教学资源管理系统

平台采用Hadoop软件建立稳定并可上线的虚拟化环境,再通过Microsoft TestManager软件建立相应的测试环境,希望能克服开放原始码的缺点,并逐步调整到具有高稳定性的虚拟化管理系统.采用关系型数据库加上大量内存的快取服务来提高扩展性,关系型数据库在某些特定的数据操作上较非关系型数据库具有优势.采用MySQL运行数据库的服务,MySQL的网络数据库具有快速、设置容易、可调整等优点,比同类型开放原始码的项目优势明显.

系统底层文件系统与数据库需要提供一层具扩展性的抽象层,能够让系统在设计时忽略底层硬件的限制.通过一层的分布式文件系统来实现.

3.2 分层结构

教学资源对于一个教育单位来说是最宝贵的资源,因此平台如果没有足够安全的保障将很难被普遍采用.系统开发一个文件中间层的服务,专门用来处理各云平台间的差异,并提供一个统一的接口让不同的应用程序都可以通过此接口,无缝地将数据储存在不同云平台.通过统一的API可不影响原先系统存取文件的接口,让使用者不管在哪里都能够存取到所需的信息内容.通过虚拟化管理系统所提供的API可动态地配置出教学系统并可监控其虚拟机器运作状态.各院校可自行决定储存背景与备份策略,确保信息的拥有者.

3.3 资源转换

现有的文件系统可以较为容易的转换为分布式的文件结构供系统使用,但是文件在某一平台向另一平台却无法轻易转移.因此设计一个支持FTP、SFTP、NFS等各种公开协议的文件转换系统来处理这一问题.各使用单位可自行转换信息,确保信息的通用性.系统通过再设计一个中间层来实现文件转换系统,让系统的文件存取部分在实施的时候供管理者设置,与现有的受到认可的云服务提供商的服务衔接.

4 系统评价

为了解系统是否能在教学中起到积极和有益的作用,在系统完成后对系统进行了评测.首先针对使用者进行了培训,了解本系统的使用方法.要求教师授课过程中应用本系统,待教师和学生使用系统进行一段时间的学习后,针对系统的使用情况进行评价,并将评价结果进行数据处理,整理如下：

（1）使用难易度.93.4%的使用者表示系统稳定、功能强大且简单易用.

（2）接口易用性.对于系统的接口规划方式,有78.9%的使用者认为浅显易懂,但也有使用者表示接口应该多些文字说明.

（3）系统特色.87.8%的使用者认为系统在平台学习新知识的速度快、很方便,但也有人认为系统查询有待加强.

（4）需要改进的地方.44.5%的使用者认为资源库不够丰富,希望数字资源的质量能再提升；68.3%的使用者认为针对不同学科的数字资源分类仍需改进；还有部分使用者希望能有直接链接的背景数据库,可节省搜索学习知识的时间.

（5）系统有用性.98.6%的使用者认为对于学习有帮助,利用终端可以方便地查询并学习知识.

5 小结

本文基于云计算开发出能够有效利用硬件并集中教学资源的数字资源系统.系统简单易用,运行稳定可靠,能较好地满足教育教学的需求.但仍有不足之处,有待进一步研究改进.

[1]张建芬.云计算将信息资源共建共享进行到底[J].现代情报,2010（12）：34-41.

[2]王艳坤,周庆梅.区域性高校图书馆联盟构建——以哈尔滨市为例[J].农业图书情报学刊,2010（9）：78-89.

[3]赵苹.广东高职院校图书馆联盟构建设想[J].图书馆学研究,2010（4）：92-99.

[4]杜海宁.基于云计算的图书馆海量数据存储研究[J].图书与情报,2010（3）：35-42.

[5]张建勋,古志民,郑超.云计算研究进展综述[J].计算机应用研究,2010（2）：101-112.

[6]蒋海鸥,王希斌.云计算中存储资源管理策略的探究[J].程序员,2010（5）：77-84.

[7]王平.云计算关键技术在数字图书馆中的应用研究[J].情报资料工作,2010（5）：113-121.

[8]章泽昂,邬家炜.基于云计算的教育信息化平台的研究[J].中国远程教育,2010（6）：73-82.

[9]熊聪聪,肖桐.基于云计算的高校数字化资源整合系统方案[J].天津科技大学学报,2011（3）：43-51.

Design of tertiary digital resources system based on cloud com puting

Zhang Kexing
（Foreign Language NormalCollegeof Taiyuan University,Taiyuan 030012,China）

In order to share and utilize digital teaching resources effectively,by means of cloud technology, university digital resources integration system was designed and developed.Based on limited hardware resource, extension and intension were enlarged in digital resources teaching platform,the use rate of digital resources was maximization.The system shows good practicability and practicability,have a greater promoting role in education and teaching.

cloud computing；digital resources；virtualization

TP393.1

A

1008-7516（2013）01-0091-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.01.022

2012-12-26

山西省教育科学“十二五”规划课题（GH-11170）

张科星（1980-）,女,山西太原人,硕士,助教.主要从事计算机应用研究.

卢奇）