借力云技術(shù)構(gòu)建先進(jìn)經(jīng)管類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐環(huán)境

溫聰源

(廣東金融學(xué)院 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，廣東 廣州510521)

一、引言——借力云技術(shù)，擺脫困境

廣東金融學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是集實(shí)驗(yàn)教學(xué)、研發(fā)、建設(shè)與管理為一體，以金融學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和管理學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為主體，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和英語(yǔ)自主學(xué)習(xí)中心為兩翼，其他專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室為補(bǔ)充的經(jīng)管類(lèi)示范性綜合實(shí)驗(yàn)基地。

由于學(xué)院是典型的經(jīng)管類(lèi)院校，這類(lèi)學(xué)校的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以借助信息化技術(shù)仿真現(xiàn)實(shí)社會(huì)為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展的，這就必然使用到大量的計(jì)算機(jī)技術(shù)和各類(lèi)軟件。[1]實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心集中管理整個(gè)學(xué)院的各類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室（以計(jì)算機(jī)為主體），各類(lèi)實(shí)驗(yàn)軟件紛繁復(fù)雜，而且各學(xué)科軟件基本是在各個(gè)時(shí)期建設(shè)的，這就跟國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)經(jīng)管類(lèi)院校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室一樣，都面臨著應(yīng)用分散、資源利用率不高、數(shù)據(jù)信息共享困難、軟硬件管理問(wèn)題層出不窮的困擾。具體表現(xiàn)如下。

（1）煙筒式發(fā)展：對(duì)于眾多的應(yīng)用每一個(gè)都存在安裝硬件、軟件、運(yùn)行環(huán)境測(cè)試，眾多的環(huán)節(jié)導(dǎo)致部署一個(gè)新的信息系統(tǒng)往往要耗費(fèi)大量的時(shí)間，這種系統(tǒng)建設(shè)方式可以稱(chēng)為煙囪式架構(gòu)。[2][3][4]據(jù)有關(guān)調(diào)查人員測(cè)算，服務(wù)器處理器的平均利用率不足30%，浪費(fèi)大量的性能以及空耗運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的虛能耗問(wèn)題，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。

（2）校內(nèi)大量的資源無(wú)法很好地推送至校外，教師學(xué)生被束縛于校園孤島式的體系內(nèi)，而無(wú)法很好地異地遠(yuǎn)程訪問(wèn)、調(diào)度、分配、定制資源。

（3）單機(jī)管理、桌面管理由于設(shè)備、系統(tǒng)差異化根本無(wú)法集中控制管理，而且?guī)?lái)大量的單機(jī)災(zāi)備維修工作，損耗大量的人力物力。

（4）服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備間的連接太死板，無(wú)論哪個(gè)硬件環(huán)節(jié)需要做設(shè)備遷移，都會(huì)導(dǎo)致大量的網(wǎng)絡(luò)等硬件的重新部署。而且每次調(diào)整都需要多方技術(shù)人員協(xié)同工作。

（5）服務(wù)器和應(yīng)用程序結(jié)合得太死：不管應(yīng)用程序是否工作，基本上都需要獨(dú)立的一套服務(wù)器，無(wú)法隨需供應(yīng)資源。

（6）大多數(shù)PC服務(wù)器目前存在單機(jī)、單網(wǎng)卡等單點(diǎn)故障，由于架構(gòu)的零散性，在現(xiàn)有人力資源配置情況下，難以對(duì)現(xiàn)有的眾多系統(tǒng)和硬件設(shè)備進(jìn)行有效的管理。

因此，為了解決上述信息化難題，伴隨學(xué)院升本后高速發(fā)展機(jī)遇而帶來(lái)的大量技術(shù)支撐與投入，多年來(lái)積淀下巨量的設(shè)備資源和信息資源足以構(gòu)建龐大的資源池，學(xué)院以先進(jìn)的云技術(shù)為依托，全方位打造以數(shù)據(jù)為中心、以服務(wù)為中心、以用戶為中心的云架構(gòu)支撐體系，筑基夯實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系運(yùn)行支撐平臺(tái)。[5][6]

二、整合資源，打造云計(jì)算平臺(tái)

現(xiàn)階段學(xué)院基本建成以支持異構(gòu)的、資源充分整合并支持各系部各學(xué)科的中心支撐平臺(tái)為核心的云計(jì)算平臺(tái)，將學(xué)院各學(xué)科紛繁復(fù)雜的各類(lèi)別實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件或融入或整合或遷移至先進(jìn)的云計(jì)算平臺(tái)之中。最終實(shí)現(xiàn)資源池中計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理，整合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，例如實(shí)驗(yàn)教學(xué)綜合管理平臺(tái)、虛擬交易所、智盛教學(xué)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)銀行軟件、人力資源系統(tǒng)等等，并動(dòng)態(tài)地為各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)分配所需資源。另外，還可以為后續(xù)需要建設(shè)的應(yīng)用系統(tǒng)（例如金融ERP、ERP開(kāi)發(fā)、金融服務(wù)等等）提供通用的云計(jì)算資源平臺(tái)。以面向全校性的公共服務(wù)平臺(tái)身份，向全校師生免費(fèi)開(kāi)放，充分實(shí)現(xiàn)云計(jì)算平臺(tái)下真正意義上的資源共享。

1.整合資源構(gòu)建虛擬化環(huán)境——云計(jì)算基礎(chǔ)

首先，云計(jì)算是虛擬化基礎(chǔ)上的一個(gè)理所當(dāng)然的演進(jìn)過(guò)程，沒(méi)有虛擬化就沒(méi)有云計(jì)算，因此虛擬化是云計(jì)算的基礎(chǔ)。[7]

學(xué)院經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，在教學(xué)資源（教學(xué)資料、教學(xué)軟件、應(yīng)用軟件等）、教學(xué)設(shè)施（基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、PC、其他基礎(chǔ)設(shè)備等）都有了大量的積累沉淀，這就為建立虛擬化平臺(tái)提供必要的先決條件。依據(jù)虛擬化的標(biāo)準(zhǔn)我們就可以將大量符合條件的軟硬件資源整合進(jìn)虛擬化的資源池中。學(xué)院云計(jì)算架構(gòu)如圖1所示。

圖1 學(xué)院云計(jì)算架構(gòu)

學(xué)院的做法是以業(yè)界領(lǐng)先的虛擬化平臺(tái)VMWARE技術(shù)為載體，實(shí)施從桌面到數(shù)據(jù)中心的全面虛擬化解決方案，其架構(gòu)如圖2所示。VMware ESXIServer是目前數(shù)據(jù)中心虛擬化應(yīng)用的最佳軟件平臺(tái)。其工作原理是：直接在計(jì)算機(jī)硬件上面插入一個(gè)精簡(jiǎn)的軟件層，該軟件層包含一個(gè)以動(dòng)態(tài)和透明方式分配硬件資源的虛擬機(jī)監(jiān)視器。[8]多個(gè)操作系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行在單臺(tái)物理機(jī)上，彼此之間共享硬件資源。由于是將物理機(jī)封裝起來(lái)，因此虛擬機(jī)可與所有標(biāo)準(zhǔn)的x86操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完全兼容。[9]可以同時(shí)在單臺(tái)計(jì)算機(jī)上安全運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，每個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都可以在需要時(shí)訪問(wèn)其所需的資源。

圖2 VMWARE虛擬化架構(gòu)

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，學(xué)院逐漸積累的各類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件和平臺(tái)多達(dá)五六十種。以往大部分的教學(xué)軟件、平臺(tái)運(yùn)行于傳統(tǒng)的物理服務(wù)器之上，每一臺(tái)設(shè)備、每一個(gè)應(yīng)用幾乎都需要管理員去熟悉、部署、重復(fù)調(diào)試（安裝），因?yàn)槊恳粋€(gè)都幾乎是獨(dú)立的個(gè)性體。[10]大部分軟件不得不交叉并存于同一個(gè)物理系統(tǒng)上，更多的時(shí)候共用相同的數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)致各類(lèi)兼容性問(wèn)題頻出，更致命的是單一軟件的故障就可能導(dǎo)致多套軟件不可用，管理人員疲于奔命。在實(shí)施VMWARE虛擬化平臺(tái)后，大部分的設(shè)備演變成一個(gè)完善的超級(jí)整體，就如大量的水分子組成了一個(gè)大水池。[11]通過(guò)控制中心（V-center）可視化管理，所有的設(shè)備就如一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)（云的雛形），管理集中化、應(yīng)用透明化，每一個(gè)應(yīng)用都可獨(dú)立占用一個(gè)虛擬機(jī)，如同獨(dú)享一臺(tái)物理機(jī)而互不干擾。通過(guò)利用原有的相對(duì)強(qiáng)大的10臺(tái)左右的服務(wù)器與10T左右的存儲(chǔ)設(shè)備，就已經(jīng)輕松運(yùn)行了將近70臺(tái)虛擬服務(wù)器（近60個(gè)應(yīng)用）。同時(shí)淘汰出落后的硬件設(shè)備，并將早期的應(yīng)用通過(guò)VMotion技術(shù)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)、在線遷移至更為強(qiáng)大的虛擬機(jī)中，達(dá)到統(tǒng)一管理、高效、穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的效果，而新的應(yīng)用直接部署于虛擬化平臺(tái)。虛擬機(jī)與服務(wù)器之間的映射關(guān)系如圖3所示。

圖3 虛擬機(jī)與物理服務(wù)器之間的映射關(guān)系

2.以數(shù)據(jù)為中心、以服務(wù)為中心、以用戶為中心將資源推送給全體師生

云計(jì)算的本質(zhì)就在于它是一種更加靈活、高效、低成本、節(jié)能的全新信息運(yùn)作方式。

（1）以數(shù)據(jù)為中心

數(shù)據(jù)的重要性不言而喻：沒(méi)有數(shù)據(jù)就沒(méi)有應(yīng)用、就沒(méi)有服務(wù)。[12]學(xué)院經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展沉淀了大量的資源，虛擬機(jī)資源池部分展示如圖4所示。而這些巨量的資源整合將帶來(lái)龐大的數(shù)據(jù)流，針對(duì)這些海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，我們可以抽取、應(yīng)用大量的數(shù)據(jù)分析、挖掘，去獲取大量的新知識(shí)。

（2）以服務(wù)為中心

通過(guò)以用戶需求為中心的服務(wù)體系，根據(jù)環(huán)境和用戶需求的變化調(diào)整自身的運(yùn)行機(jī)制，通過(guò)交互平臺(tái)最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)云計(jì)算系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作進(jìn)而實(shí)現(xiàn)按需提供服務(wù)，隨需定制應(yīng)用。教師或?qū)W生只需通過(guò)瀏覽器或虛擬桌面的訪問(wèn)方式即可實(shí)現(xiàn)校外、校內(nèi)的文檔、表格、課件的編輯制作，制作完成后的文件直接存放在服務(wù)器端。

（3）以用戶為中心

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于云架構(gòu)之中，無(wú)論是學(xué)生還是教師可以通過(guò)身份認(rèn)證體系在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)、PDA等移動(dòng)設(shè)備在線調(diào)用“云端”的電子教案、教學(xué)視頻、各種電子圖書(shū)資源，隨時(shí)進(jìn)入模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)等。

圖4 虛擬機(jī)資源池部分展示

3.通過(guò)聯(lián)想云終端、幻影桌面系統(tǒng)、VMWARE桌面虛擬化方式全方位構(gòu)建云桌面

云桌面是作為用戶直接體驗(yàn)、使用云計(jì)算平臺(tái)直觀交互的桌面。聯(lián)想云終端架構(gòu)如圖5所示。它是基于分布式云計(jì)算存儲(chǔ)技術(shù)，集成互聯(lián)網(wǎng)精華應(yīng)用，依托高度加密算法，為互聯(lián)網(wǎng)各個(gè)層次用戶提供最簡(jiǎn)便、最豐富、最安全、最貼心的服務(wù)。[13]

圖5 聯(lián)想云終端架構(gòu)

（1）學(xué)院通過(guò)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的IT運(yùn)營(yíng)商聯(lián)想集團(tuán)自主研發(fā)的面向教育、企業(yè)IT基礎(chǔ)架構(gòu)端到端的云計(jì)算解決方案，其對(duì)桌面/應(yīng)用/用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一存儲(chǔ)、統(tǒng)一計(jì)算，并向云終端交付Windows虛擬桌面/應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)中心將之部署于會(huì)議室、研究室以及部分課室。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)只要開(kāi)啟終端并輸入用戶名和密碼以及展現(xiàn)層服務(wù)器名稱(chēng)登錄就可以使用各種應(yīng)用軟件，無(wú)需安裝、按需定制，方便快捷，基本做到免維護(hù)。

（2）幻影桌面虛擬化平臺(tái)是用于實(shí)現(xiàn)桌面PC操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境的集中控制和集中管理、應(yīng)用環(huán)境隨需供應(yīng)以及提高PC系統(tǒng)的安全性、可靠性的虛擬化平臺(tái)。平臺(tái)界面如圖6所示。

圖6 幻影桌面虛擬化平臺(tái)

首先它實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集中化的類(lèi)模塊管理，使用戶需要的桌面環(huán)境（包含操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、設(shè)置等）在網(wǎng)絡(luò)上流動(dòng)起來(lái)，通過(guò)扇區(qū)流的方式隨需組合呈現(xiàn)并且載入到本地硬盤(pán)里。[14][15]我中心通過(guò)該桌面虛擬化平臺(tái)將傳統(tǒng)的本地硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)軟件的方式集中至服務(wù)器，管理好單一的鏡像文件則相當(dāng)于管理好了整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的所有本地軟件。通過(guò)遞增的軟件與原有鏡像的組合方式就可擴(kuò)展出多種軟件環(huán)境，達(dá)到按需配置的要求。

（3）Vmware桌面虛擬化可為每位用戶提供一個(gè)獨(dú)立的虛擬機(jī)來(lái)進(jìn)行桌面計(jì)算，通過(guò)為每位用戶提供自己定制的操作系統(tǒng)，桌面虛擬化提供了企業(yè)部署集中式桌面所需的穩(wěn)定性和性能管理功能。其架構(gòu)如圖7所示。

圖7 Vmware桌面虛擬化架構(gòu)

從云計(jì)算中心通過(guò)VMware View為師生從本地和遠(yuǎn)程訪問(wèn)即時(shí)部署桌面。創(chuàng)建經(jīng)審核桌面的映像，然后自動(dòng)部署所需數(shù)量的桌面。VMware View將桌面作為托管服務(wù)交付，使管理和資源集中化，并消除遠(yuǎn)程辦公室的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。通過(guò)這種方式中心所有的資源使用將不再受地理位置、軟件所需環(huán)境以及時(shí)間的限制，24小時(shí)運(yùn)作的云平臺(tái)可直接將所需資源以虛擬桌面的方式推送給用戶。中心將之部署于物理位置分布較為分散的多媒體課室、學(xué)生活動(dòng)室等。

三、結(jié)束語(yǔ)——“騰云”而上，高速發(fā)展

云計(jì)算給學(xué)院（中心）帶來(lái)最直接的效益就是管理高效集中化、資源高度共享、設(shè)備尤其是服務(wù)器的新投入急劇減少（以前是購(gòu)置一套軟件就得相應(yīng)添加服務(wù)器）、軟硬件運(yùn)行更為穩(wěn)定且效率更高；校內(nèi)資源隨時(shí)定制，任何時(shí)候、任何地點(diǎn)皆可借助云平臺(tái)學(xué)習(xí)、備課、教學(xué)、資源調(diào)用、存儲(chǔ)，為學(xué)校的快速發(fā)展奠定了優(yōu)質(zhì)的基石。☉

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