基于云计算的高校数据中心的建设与应用.pdf

1、第 卷第期 年月兰州交通大学学报 文章编号：（）：基于云计算的高校数据中心的建设与应用胡法红，火久元（兰州交通大学 现代信息技术与教育中心，甘肃 兰州 ；兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州 ）摘要：为解决当前高校数据中心建设中普遍存在的资源利用率低、运维成本高等问题，以构建符合高校数字校园建设需求的云数据中心为目标，通过对云计算和虚拟化技术的深入分析研究，提出了一套适于高校应用与实施的基于云计算的高校数据中心建设方案基于该方案在兰州交通大学实施了云数据中心项目，通过该项目的实施，有效地满足了学校数字化校园建设需求，大幅降低了学校信息化运行成本关键词：云计算；数据中心；虚拟化中图分类号

2、：文献标志码：，（，；，）：，：；近年来，随着高校信息化建设的不断深入，校园网建设日趋完善，以数字校园为主的高校教育信息化发展十分迅速，高校在信息化建设方面取得了很大的进展，各种信息化应用正推动着教师和学生的教学、科研、学习和生活方式的转变 数字校园对高校信息化建设尤其是高校数据中心提出更高的要求高校数据中心是数字校园的重要组成部分，是承载数字校园平台及其它信息应用系统的主要支撑平台数据中心存放着支撑学校信息化应用系统的各类服务器，是保证数字校园平台及应用系统高效、稳定运行的基础高校数据中心作为学校教学和日常管理等关键业务正常运行的平台和进一步发展的基石，随着信息技术逐渐渗透到学校的教学、科研

3、和办公等核心业务，各类信息系统的数量和存储的数据越来越多，数据中心规模越来越大，学校对数据中心的可靠性、安全性和灵活性提出了更苛刻的要求，传统的数据中心普遍存在以下问题：）资源利用率低由于应用与资源绑定，服务器全部以单机运行，每个应用都需要按照其峰值业务量进行资源的配收稿日期：学报网址：基金项目：甘肃省科技计划资助（）；中国博士后科学基金（）；兰州交通大学青年科学基金（）作者简介：胡法红（），男，四川大英人，工程师，主要研究方向为数据中心、云计算 ：第期胡法红等：基于云计算的高校数据中心的建设与应用置，这导致在大部分时间许多资源都处于闲置状态，不仅造成服务器的资源利用率较低，资源浪费严重，而且

4、系统的运行连续性也受到挑战，信息化平台的整体安全性存在单点故障隐患，对资源的共享、数据的共享也造成了天然的障碍）运维成本高随着学校应用系统的逐步增加，服务器、网络和存储的设备数量也会出现迅速的膨胀，大量服务器、存储系统维护复杂在传统的数据中心建设模式下，也会造成占地空间、电力供应、散热制冷和维护成本的急剧上升，为学校长远的 投入和运维带来挑战）业务部署缓慢在传统的模式下，学校的各个部门如果要部署新的业务，那么在提交变更请求与进行运营变更之间存在较大延迟，每一次新业务部署都要经历硬件选型、采购、上架安装、操作系统和应用程序安装以及网络配置等操作，使得新业务系统的上线和测试过程变得极为缓慢）管理策

5、略分散当前大部分高校数据中心的信息资源运维管理策略分散，不能有效监控、管理、报告和远程访问其基础设施而数据集中、基础设施集中和运行服务集中是实现对数据中心统一管理的必要条件云计算是一种新兴的共享基础架构的方法，它可以将巨大的系统池连接在一起给用户提供各种 服务，利用互联网连接的数据中心和服务器进行高效计算和信息存取的系统，使计算能力可以像电能一样提供给客户通过云计算技术在校园部署统一的云计算服务系统，整合校园的教学和科研资源，同时利用信息整合重定义校务管理流程，降低信息化整体投入，可以极大地提高资源利用率和系统运行的稳定性，使用户轻松获得各种信息服务，提升用户满意度；集中管理也降低了维护成本，

6、将各 管理人员从繁琐的计算机维护中解放出来本文结合兰州交通大学校园信息服务的需求和高校信息化发展的特点，以建设符合智慧校园需求的数据中心云为目标，对高校云数据中心中关键技术进行了深入分析，提出了一套适合高等院校应用特点的云计算数据中心建设方案，并在校园搭建全校性的统一云计算服务系统，实现各个部门的统一、透明的计算机服务相关技术 云计算云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源云计算目的是通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的计算实体，并借用先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中 云计算既是一种

7、技术，也是一种服务，它以网络为中心，以服务为提供方式，实现资源的池化与透明化，具有虚拟化、大规模、高可靠性、通用性、高可扩展性、按需服务和廉价等诸多优点云计算提供了种基本的服务模式：（），（）和 （），用户可通过这些模式获得云资源服务 （基础设施即服务）以资源为中心，通过云技术整合众多服务器等硬件资源，形成虚拟高性能资源池，统一管理、按需分配、出租服务，为用户提供一个虚拟化的基础设施 （平台即服务）为用户提供共享的中间件系统作为服务，用户可将自己的应用程序打包部署并运行在云平台中 （软件即服务）通过多重租赁的方式并根据用户需求提供一整套应用程序作为服务三者之间的关系如图所示通过云计算的服务模式

8、，可将有限的资源集中起来提供无限的服务，极大地提高资源利用率，同时用户可轻松地访问使用各种计算机服务，将其从繁琐的计算机系统的使用和维护中解放出来 虚拟化云计算中最主要和最基础的技术是虚拟化技术在计算机上，虚拟化是一个虚拟版本而并非实际版本的创建，例如硬件平台，操作系统，中间件、存储设备或者网络资源等 虚拟化的目标是集中管理任务，同时提高可扩展性和工作负载虚拟化技术可以应用到计算机中的硬件与软件、服务器系统与网络系统、主机系统与存储系统中，并根据应用范围不同，分为平台虚拟化、资源虚拟化和应用程序虚拟化 虚拟化技术可以提高硬件和软件资源复用性和利用率、系统资源的动态扩展性和便捷部署、迁移和容灾以

9、及管理方便性，是推动数据中心和云计算发展的重要动力之一 虚拟化技术与高校数据中心的结合可有效提高硬件使用率和灵活性，减少服务器数量、优化资源配置以及简化管理 但目前，大多数高校仅仅实现了服务器虚拟化，即使用虚拟机代替物理服务器，信息服务系统无法与其依托的硬件资源脱离关联，因此虚拟化技术所提供的高可用性、高可靠性和资源动态分配等优势得不到实施和发挥兰州交通大学学报第 卷云用户：浏览器、移动终端软件即服务平台即服务基础架构即服务IssS：计算机、存储、网络、负载均衡PssS：WEB服务、数据库、开发工具、中间件、实时运行库SaaS:Email、虚拟桌面、OA、教务管理、学生管理云计算图云计算服务模

10、型 基于云计算的高校数据中心系统架构数据中心的建设经历了“物理数据中心”、“虚拟化数据中心”、“基础设施云”到“混合云”等个阶段的发展过程 目前，高校信息化建设正处于从基础设施云到混合云的转换阶段，即在建设基础设施云的基础上，建设统一规划、统一部署、统一管理、面向各类用户群体和各个应用领域混合云，如高性能计算云、应用服务云和共享资源云 高校数据中心云建设目标从兰州交通大学数据中心信息化发展方向以及发展现状出发，加强综合协调和统筹规划，借助现代、前沿的信息化技术，形成集成能力强、运作效率高和具有可持续发展能力的学校云数据中心平台，真正为学校提供可持续发展的云信息服务兰州交通大学云数据中心平台的建

11、设目标如下：）以“统规、统建、统维”思想为指导，以丰富的云基础设施、云存储、云安全和各类云服务共同构建兰州交通大学云数据中心平台，服务于学校各级部门和科研机构）通过虚拟化技术，实现校园内全部 资源虚拟化、整合和统一管理以及按需分配 将所有业务系统如 网站、系统、后台数据库、教务管理、招生就业管理、图书管理、邮件服务等应用进行统一规划、部署和数据备份，形成有效的 管理架构）采用高性能、高可靠服务器为用户应用提供可靠的硬件保障，提高硬件系统可靠性和可用性；基于云计算平台，为各应用系统提供 （动态资源调度）和 （动态资源扩展）功能，保证各应用系统的连续性和高可用性；使用专业的管理软件，保证硬件系统和

12、软件系统的可管理性，从而降低管理成本和提高管理效率）为学校各部门集中提供基础的信息处理能力，统一实施各部门的应用系统迁移和部署，实现相关云数据中心的资源整合、集中部署与统一管理）资源利用最大化，缩减资源购置、管理及运维成本）为灾难恢复、业务连续性提供可靠的技术支持保障 高校云数据中心建设方案如图是高校数据中心建设的方案体系和云架构示意图 按照“云网融合、应用开放”的原则，高校的数据中心建设主要分为以下部分 各个部分相辅相成，实现整个系统的完整和统一 基础设施与资源基础设施为整个数据中心建设提供基本的支撑运行环境主要包括网络环境、服务器和存储等基础硬件设备 资源是由数据库系统、应用系统等构成的数

13、据汇聚等各种信息、数据资源）云网络环境网络虚拟化是实现网络资源复用、降低管理维第期胡法红等：基于云计算的高校数据中心的建设与应用护复杂度、提高网络设备利用率和保证全局服务策略一致性的关键，同时也是为自动化资源调用和配置打下基础 高校数据中心所承载应用业务的特点决定了云网络环境设计时既要考虑传统校园的网络接入，又要考虑数据中心网络接入高校数据中心云总体架构：云网融合、应用开放用户应用系统IaaS云平台老师学生校外用户管理员第三方校园网站群图书管理校园一卡通网上选课网上办公电子邮件教务应用系统教学应用系统IT管理平台云业务运营中心（平台管理、弹性计算、弹性存储）虚拟化内核与平台管理计算资源池网络资

14、源池存储资源池教务管理学生管理招生就业管理教务资源库网教平台科研管理计算资源池网络资源池存储资源池图高校云数据中心组织架构图 ）计算资源虚拟化通过服务器虚拟化软件构建虚拟机来实现计算资源的虚拟化任务虚拟机作为主要的计算资源为客户提供服务，需要能够根据实际业务发展情况灵活调配云资源池中资源的分配 在高校中应用最广泛、最具有代表意义的服务器虚拟化软件有 公司的 、微软的 、（思杰）以及开源 和系统）存储资源虚拟化存储虚拟化技术可以将底层存储设备进行抽象化统一管理，向服务器层屏蔽存储设备硬件的特殊性，而只保留其统一的逻辑特性，从而实现存储系统的集中、统一和便捷管理虚拟化存储作为主要的存储资源为客户提

15、供服务，提供分布式、高安全性和高扩展的存储能力，满足高速数据处理、海量存储和海量分析需求，提供灵活的灾备空间调整能力 云计算管理平台云计算管理平台是实现云数据中心的关键组成部分，它负责整个数据中心资源管理、实现校园内各种软硬件资源的虚拟化和资源池管理，是用户任务提交、系统工作和运行的管理平台针对不同类型的资源池，云计算管理平台应能提供统一的管理接口实现对数据中心内的各资源池的资源管理、监控、配置、诊断、故障检测、审核及统计数据收集等方面的管理云计算管理平台应当具有良好的扩展性和用户界面，用户通过 方式即可提交服务申请并能自动获得相关服务，从而减少系统管理复杂性和成本 高校云应用系统高校云应用系

16、统是面向校园各类角色提供各类应用的具体实现主要包括如教务管理、学生管理、招生就业管理、一卡通、办公自动化、人力管理、科研管理、档案管理、图书管理和统一身份认证等业务系统和校园网站群、校园门户、电子邮件、视频点播和网络课程等公共服务系统 校园云服务基于云技术的数据中心可为高校师生提供多种形式的服务：基础设施云服务采用虚拟化技术，将服务器资源与存储资源建立为统一的基础设施云，通过 的服务模式提供给学校所有单位使用，管理中心根据用户的需求，建立相应的虚拟服务器和存储系统提供给用户使用，用户实际得到的是虚拟的服务器和存储系统，其并不需要清楚系统的具体硬件平台是什么、在什么位置以及在那台物理服务器上通过虚拟化系统的动态迁移和资源动态兰州交通大学学报第 卷分配功能，保证提供服务的虚拟机系统的高可用性及高性能 公共平台云服务学校的各种应用系统支撑平台服务，主要包括中间件、服务器和数据库等 通过虚拟化技术，构建统一的公共平台，通过 的服务模式提供给用户使用，用户只需向管理中心申请所需要的中间件服务、系统以及相应的数据库系统等，即可以在之上部署其应用，用户无需自己构建这些平台，节省了投入和运行维护成本