基于OpenStack的地方高校创新创业云平台构建

王 焱, 吴青林

(1. 汉江师范学院 教育系, 湖北 十堰 442000; 2. 汉江师范学院 计算机科学系, 湖北 十堰 442000)

创新创业是国家前进的基本动力,它可以改变人们的生活、学习和工作的方式,提升生活质量。2015年5月国务院办公厅下发了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》,提出将创新创业教育融入人才培养体系,进一步明确了高等学校创新创业培养的任务和途径。构建地方高校创新创业云平台是实现地方高校创新创业的重要途径,有利于加强地方高校对创新创业的管理,提升地方高校学生的创新创业能力。

1 地方高校创新创业平台建设存在的问题

(1) 创新创业平台定位不准。部分地方高校在建设创新创业平台时没有准确把握平台的功能定位,存在建设盲目性,缺乏系统的功能规划,部分高校甚至混淆了创新创业平台与教学资源平台的功能,与教学资源平台的资源内容出现重复,导致创新创业平台无法充分发挥功能。另外部分地方高校创新创业平台面向的对象局限在少部分优秀学生,难以在平台上满足大部分学生对创新创业的需求,不能充分发挥创新创业实训平台全面提升学生创新创业能力的功能。

(2) 信息易形成数据孤岛。数据孤岛主要体现在创新创业项目数据孤立和个人数据孤立两个方面。当前地方高校进行的创新创业项目在数量上呈现逐年增多的趋势,但项目之间的联系和差异性难以在平台中体现,学生在创新创业项目实践中缺乏对全校项目的整体把握,导致项目部分相似,重复建设,不利于团队之间相互合作。同时学生的个人数据也分别保存在不同的信息管理系统中,使得学生难以对自己的知识结构和能力水平进行整体把握。数据孤岛现象,不利于发挥学生的创新创业才智,创新项目难以在学生群体中进行持续深入研究。

(3) 难以提供在线基础设施服务。当前大多数创新创业平台主要以展示创新创业项目和创新创业视频课程资源为主,而对学生提供的创新创业需要的计算资源、存储资源等基础设施服务资源提供较少,这样对创新创业项目开展的支持力度有限。“互联网+”创新创业大赛中大多数项目都需要云主机、云桌面、云数据库等基础云资源,而传统的创新创业平台难以满足创业者对这类资源的需求,学生只有借助公共云资源进行实践创新,这样导致费用较高,增加了经济负担,不利于学生的创新创业实践。

2 地方高校创新创业云平台概念

云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,用户通过网络以按需、易扩展的方式获得所需计算、存储和网络带宽等资源和服务[1-2]。按云计算提供的资源和服务类型可以将云计算架构分为IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务)三个层次,包括虚拟化技术、分布式数据存储技术以及大规模数据管理等技术,具有良好的伸缩性和灵活性等特点。云计算可以动态地根据用户的不同需求完成软硬件资源配置,提供不同的服务,充分实现资源共享,使资源利用率达到最优化。

地方高校创新创业云平台是基于“互联网+”,以云计算技术为基础,将地方高校与创新创业工作相关的资源进行整合,并且充分发挥大数据分析的优势,对地方高校学生的创业行为数据进行分析,为学生创新创业提供个性化的服务。地方高校创新创业云平台主要目标是将创新创业项目管理、团队管理、训练体系、大赛管理、实践资源等各类资源整合在一起,从真实创新创业过程中采集数据建构虚拟学习情景,模拟创新创业过程,为地方高校学生提供创新创业实践活动的虚拟实践场所。

3 地方高校创新创业云平台的构建

3.1 可行性分析

2016年2月,教育部《教育信息化“十三五”规划》中明确提出利用云计算、大数据等新技术,创新资源平台、管理平台建设的发展方向,为地方高校创新创业云平台提供了良好的机遇。高校创新创业云平台实际上是云计算在教育领域的迁移应用,随着“互联网+”战略、云计算技术和大数据技术的发展,云理念逐步深入教育领域,在教学、科研、管理等方面都发挥着一定的作用。当前,大部分高校已建立了云计算办公系统,使用云终端代替原有PC机,为建立创新创业云平台奠定了一定的技术基础和物质基础,并提供了宝贵的建设和管理经验。另外,当前学生对网络平台具有很强的依赖性,建设创新创业云平台符合学生的思维和行为方式,有利于发挥“互联网+”的平台优势,引导学生创新创业,确保创新创业资源的高效管理和灵活调度,能够更好地满足地方高校大学生对创新创业的需求。

3.2 地方高校创新创业云平台整体架构

地方高校创新创业云平台整合了各类创新创业资源,对学生创新创业过程和实践资源进行统一管理,根据学生的创新创业项目的特点,按需为学生提供个性化资源。创新创业云平台整体架构见图1。

图1 创新创业云平台整体架构

创新创业云平台的设计应达到如下目标:

(1) 创新创业训练体系:构建“本地实验+虚拟仿真实验+在线实验”相结合的平台化实验模式,为创新创业提供各类虚拟实践资源,完成从虚拟创业到实际创业的过渡。

(2) 创新创业项目管理:构建项目产生、项目申报、项目实践、项目评价、项目孵化、项目实战等全生命周期的项目管理方式。

(3) 创新创业团队管理:以创业为牵引、以指导教师为核心,构建团队组建、团队分工、团队协同的统一管理体系。

(4) 创新创业大赛管理:创新创业大赛流程采用网络形式管理,协调大赛组织步骤。

(5) 大数据分析:构建统一的管理流、数据流和视频流通道,为大数据分析提供支撑。

3.3 地方高校创新创业云平台设计

地方高校创新创业云平台主要采用OpenStack技术进行设计[3],OpenStack是由NASA(美国国家航空航天局)和Rackspace合作研发并发起的开源云计算管理平台项目。OpenStack获得授权许可十分便利,方便进行二次开发,是当前使用率最高的云平台构建工具。创新创业云平台包括物理资源层、资源虚拟化层、云服务管理层和服务层四个层次[4-5]。四个层次的关系如图2所示。

图2 创新创业云平台层次图

创新创业云平台四个层次功能如下:

(1) 物理资源层:包括服务器资源、存储设备资源和网络设备资源三部分,主要为云平台正常运行提供硬件设施的物理保障。地方高校创新创业云平台的安装配置和部署分为管理节点、资源节点和存储节点。管理节点采用1台Think Server RD650服务器,用于管理和控制整个创新创业云平台系统; 资源节点由7台Think Server TS560服务器组成; 存储节点由3台存储型配置的Think Server服务器构成。

(2) 资源虚拟化层:云平台通过虚拟化技术对计算型服务器资源、存储型服务器资源和网络资源进行池化,将各种孤立的计算、存储、网络资源整合成为可以统一管理、弹性调度、灵活分配的资源池,各个业务系统共享云中的资源。采用Linux系统下开源的KVM(kernel-based virtual machine)技术实现计算虚拟化,采用Ceph整合本地存储服务器的存储能力实现存储虚拟化,Ceph的块设备存储可以对接OpenStack的Cinder后端存储、Glance的镜像存储和虚拟机的数据存储,采用万兆网络与VLAN相互配合的方式实现网络虚拟化。

(3) 云资源管理层:主要实现自动管理和动态分配、部署、配置、重新配置以及回收资源,也可以自动安装应用。该层是创新创业平台的核心,由OpenStack开源软件实现,主要包括Nova(计算组件)、Keystone(认证服务)、Swift(对象存储)、Glance(镜像服务)、Horizon(仪表板)、Clinder(块存储)、Neutron(网络服务)7个组件,其中Keystone组件主要起到身份认证的作用,它是各个组件工作的门户,经过Keystone组件身份认证后,其他组件才能正常工作,以上组件共同完成对虚拟资源的管理,统一对外提供服务。组件相互关系见图3。

(4) 服务层:服务层主要实现与平台用户的交互,平台上有管理员用户和普通云用户两种用户,管理员用户通过主节点对创新创业云平台的后台进行管理,包括云服务状态监控、各种虚拟资源的管理以及云端用户的管理。普通云用户需要通过Web界面实名注册,当管理审核通过后,根据实际需求申请虚拟资源,获得使用资源的权限,才能实现对云平台的操作。用户操作云平台的具体流程见图4。

地方高校创新创业云平台采用Fuel自动化工具进行快速多节点安装的方式实现,Fuel 是一个为OpenStack端到端“一键部署”设计的工具,具有节点的自动发现和预校验、支持多种操作系统等特点,其配置简单、快速。创新创业云平台搭建主要过程为:首先下载Fuel,安装完成后通过浏览器进入Fuel的用户界面,然后对OpenStack环境进行搭建,对OpenStack的部署模式、计算、网络、存储等属性进行设置,接下来通过Fuel为云平台添加控制节点和计算节点,最后通过OpenStack界面对应用云平台的用户服务。

3.4 关键技术

(1) IaaS层虚拟化解决方案。IaaS即“基础设施即服务”,将虚拟化的物理资源进行分割和包装,用户通过互联网可从完善的计算机基础设施获得服务,包括计算机、存储空间、网络连接、负载均衡和防火墙等基本计算资源服务,以及存储、镜像、身份认证、监控等配套服务[6-7]。通过虚拟化可以实现资源的动态迁移、虚拟机快照、虚拟机克隆、P2V(physical to virtual machine)等功能。OpenStack对当前流行的虚拟化管理程序Xen、KVM、Hyper-V、VMware等都支持,但由于以前OpenStack是基于KVM开发的,多数情况下在进行云平台构建时会选择KVM虚拟化管理程序。

图3 OpenStack组件的相互关系

图4 云端用户使用云平台操作流程

(2) 云存储方案。云存储就是将存储资源放到云端供用户访问存取的一种网络存储方案,以数据存储和管理为核心,将网络中的各种不同类型的存储设备通过一定的调度机制进行整合,向云终端用户提供云存储服务[8-9]。云存储改变了传统的数据存储在某一台物理设备的存放模式,通过在逻辑上统一的存储资源池对云端用户提供服务,具有良好的可扩展性和安全性。本平台采用Ceph整合本地存储服务器的存储能力实现存储虚拟化,Ceph是当前非常流行的开源分布式存储系统,提供块存储服务、对象存储服务以及文件系统存储服务,是OpenStack的主流后端存储,为OpenStack提供统一共享存储服务。

(3) 数据迁移方案。原有平台数据需要迁移到创新创业云平台数据中心上,数据迁移应保证原有数据的安全性和完整性,避免因数据迁移造成原有数据的丢失。根据数据库的引擎类型、数据库的数据量大小、业务读写数据库的频率等因素,迁移数据库的方法有所不同。主要涉及云平台数据库初始化、备份本地全量数据库、导入全量数据到云平台数据库、全量或者增量迁移、数据校验和订正、应用和数据库程序改造等步骤。全量校验及增量数据要做到实时校验,快速、准确地验证迁移数据的一致性[10]，其迁移过程见图5。

图5 数据迁移过程

4 地方高校创新创业云平台特点分析

(1) 高度的灵活性和扩展性。传统的创新创业平台受到物理空间资源、人力资源、财力资源等多方面的局限,难以满足地方高校大学生创新创业的需要。创新创业云平台利用“互联网+”理念探索出虚实相结合的创新创业云平台,创业团队可以突破时空限制,可以在任何时间和地点利用云平台的资源。该平台广泛采用虚拟化、分布式存储、分布式计算等先进技术与应用模式,与地方高校创新创业活动紧密结合,兼顾了学校、教师、学生以及企业的不同需求,具有高度的灵活性和扩展性。

(2) 资源集成度高。地方高校创新创业云平台将创新创业活动的相关资源融为一体,不同参与方形成利益共同体,都可以从云平台获取资源,地方高校、企业、大学生协同工作更为方便,由松散型合作向深层次紧密合作方向发展,云平台会通过大数据分析项目特点和投资者的投资偏好,将项目推荐给具有类似偏好的投资者,实现资源按需分配和利益互惠,提升创新创业能力、业务水平和经济效益,创新创业云平台成为一个没有围墙的开放的共享平台。

(3) 建设与管理成本低。地方高校创新创业云平台将创新创业资源统一集中到服务平台上,为创业团队提供了全方位创新创业服务。与传统创新创业平台相比,云平台动态部署和分配,学校无须再为终端购置专门软件,降低了软件采购成本,在新的创新创业云平台中原有的服务设备能够继续利用,与云平台融为一体,原有硬件的使用周期大为延长。整个云平台数据采用分布式存储在云平台中不同的结点,由云服务管理平台集中管理和调度,建设和管理成本大为降低。

5 结语

地方高校创新创业云平台是为地方高校创新创业搭建的资源共享平台,解决了传统创新创业平台对大部分学生创新创业需求无法满足的实际问题,对培养创新创业型人才具有重要的意义。