基于云計算的高?？蒲袑嶒炂脚_的構(gòu)建

基于云計算的高?？蒲袑嶒炂脚_的構(gòu)建

高中畢業(yè)的教師和研究生需要進行大量的實驗工作，科學(xué)研究需要大量的計算機硬件資源。因此，大學(xué)在構(gòu)建實驗室中的信息設(shè)備方面投入了大量資金。目前,高校的科研實驗室存在著以下問題:(1)建設(shè)成本高、利用率低。高校實驗室采購的設(shè)備都是比較先進的、主流的配置。校內(nèi)各實驗室都是根據(jù)自己的需求進行設(shè)備采購,很多設(shè)備都是重復(fù)采購,導(dǎo)致成本增加。實驗室中的一些設(shè)備的利用率并不高,幾年后就被淘汰,這就造成了嚴重的資源浪費。而一些普通院校,因為資金問題,無法為師生提供良好的科研實驗環(huán)境。(2)受時間與地點的限制。有的實驗室開關(guān)門時間固定,而實驗必須依靠實驗室的計算環(huán)境,師生的科研實驗受實驗室開放時間的限制,無法充分利用時間進行實驗。由于需要特殊的實驗環(huán)境,師生還必須到指定的實驗室來完成實驗。(3)管理問題較多。每個實驗室的管理維護都必須由專業(yè)人員來負責,而且實驗室的軟硬件資源維護也是一個非常繁瑣的工作,一些學(xué)生進入實驗室不是為了實驗,而是為了上網(wǎng)“娛樂”,這就帶來了很大的管理問題。為解決上述高?？蒲袑嶒炇掖嬖诘膯栴},本文給出了基于云計算的高?？蒲袑嶒炂脚_的解決方案,讓實驗資源更好地為科研工作服務(wù)。1云計算資源服務(wù)目前,業(yè)界對云計算的定義各不一致,維基百科把云計算表述為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算,在云計算中,資源、軟件和信息以一種按需分配的方式提供,就如同日常生活中的電網(wǎng)一樣。IBM認為云計算是一種新型的信息服務(wù)模式,用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)獲得需要的信息資源,并按實際使用情況付費,不用關(guān)心資源所處的位置。在云計算中,以分布式共享形式存在的硬件和軟件資源通過網(wǎng)絡(luò)以服務(wù)的方式提供給用戶。云計算服務(wù)提供的方式主要有3種:IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))、PaaS(平臺即服務(wù))和SaaS(軟件即服務(wù))。(1)IaaS基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)。它為用戶提供靈活、低成本的網(wǎng)絡(luò)、存儲及計算等資源,用戶可以通過基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)快速創(chuàng)建和部署業(yè)務(wù)。目前基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)主要利用虛擬化技術(shù)來實現(xiàn)。(2)PaaS平臺即服務(wù)。為用戶提供了應(yīng)用開發(fā)、運行和管理環(huán)境。用戶不需要對計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲等基礎(chǔ)設(shè)施資源進行管理,在遵守平臺特定的規(guī)則下,可以將自己的應(yīng)用部署到平臺上。(3)SaaS軟件即服務(wù)。它是一種軟件服務(wù)模式,用戶不需要購買軟件,只需向提供商租用軟件,通過互聯(lián)網(wǎng)來使用。軟件的管理和維護由提供商負責,用戶無需對軟件進行維護。2云計算平臺的特點科研實驗工作往往是間斷性的,對信息資源的利用也具有突增性,這些特點正適合云計算的應(yīng)用?？蒲袑嶒炂脚_的構(gòu)建利用云計算技術(shù),將實驗資源以服務(wù)的形式提供給用戶。用戶需要使用實驗資源時,只需租用服務(wù)即可。科研實驗平臺的提供基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)和平臺服務(wù)。2.1存儲輔助技術(shù)虛擬化技術(shù)可以屏蔽物理資源在底層架構(gòu)上的差異,實現(xiàn)對物理資源進行統(tǒng)一的管理與分配。實現(xiàn)虛擬化是云計算的第一步。運用虛擬化技術(shù)可以方便地實現(xiàn)資源的分配與調(diào)度,從而達到資源的充分利用。IT基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化又分為服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化及網(wǎng)絡(luò)虛擬化等。服務(wù)器虛擬化是一種能夠通過區(qū)分資源的優(yōu)先次序,并隨時隨地能將服務(wù)器資源分配給最需要它們的工作負載來簡化管理和提高效率,從而減少為單個工作負載峰值而儲備的資源的方法。通過虛擬技術(shù),一臺服務(wù)器可以虛擬出多個虛擬機,每個虛擬機都有一套獨立的操作系統(tǒng),并且虛擬機之間是互相隔離的。通過對服務(wù)器進行虛擬化,能夠減少運行同樣多的應(yīng)用程序所需要的服務(wù)器的數(shù)量,同時減少物理服務(wù)器的數(shù)量,這意味著節(jié)約了運行設(shè)備進行供電和冷卻的能耗開銷。存儲虛擬化技術(shù)將不同類型、不同廠商的底層存儲設(shè)備進行抽象化并統(tǒng)一管理,向服務(wù)器層屏蔽存儲設(shè)備硬件的特殊性,而只保留其統(tǒng)一的邏輯特性,從而實現(xiàn)了存儲系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一、方便的管理。利用存儲虛擬化可以將原有的存儲資源統(tǒng)一管理、充分利用,購買服務(wù)器時也節(jié)省了購買大量的硬盤的開支。利用虛擬化技術(shù),將科研實驗設(shè)備中的服務(wù)器資源和存儲資源按需分配給教師和學(xué)生,實現(xiàn)實驗資源的共享。平臺運用虛擬化軟件VMWareServer,將物理服務(wù)器虛擬成多臺虛擬機,每個虛擬機上的資源與數(shù)據(jù)是完全隔離的,虛擬機上都可以運行獨立的操作系統(tǒng)及應(yīng)用,用戶獲得虛擬服務(wù)器的使用權(quán)后可以方便地進行實驗,系統(tǒng)操作及效果跟在物理服務(wù)器上一樣。利用虛擬存儲產(chǎn)品內(nèi)置的虛擬化數(shù)據(jù)管理引擎,整合異構(gòu)存儲環(huán)境,由統(tǒng)一界面進行集中存儲管理,使得存儲空間利用率最大化,服務(wù)器可以直接使用存儲資源池里的資源。平臺運用云存儲設(shè)備,將SATA磁盤陣列、SAS陣列、FC陣列等存儲設(shè)備整合到一個存儲資源池中,以SAN、NAS等形式的存儲資源展現(xiàn)給應(yīng)用服務(wù)器利用,虛擬服務(wù)器通過ISCIS協(xié)議對虛擬存儲進行訪問。將數(shù)據(jù)保存在虛擬存儲設(shè)備中與存放在服務(wù)器硬盤中比較,不僅有容量上的優(yōu)勢,還有安全上的優(yōu)勢,當服務(wù)器發(fā)生故障時,可將虛擬存儲掛接到其他服務(wù)器上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)的快速遷移。而且通過快照、鏡像、復(fù)制等服務(wù)可以讓存儲設(shè)備的安全性更高。平臺實現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示。虛擬服務(wù)器及虛擬存儲資源均可根據(jù)需要進行動態(tài)擴展和配置,當需要增減虛擬服務(wù)器資源時,可以通過WMWareServer對服務(wù)器CPU、內(nèi)存、硬盤等資源進行調(diào)整,WMWareServer還提供了虛擬機資源的使用監(jiān)控。通過虛擬化數(shù)據(jù)管理軟件可以對虛擬存儲容量、質(zhì)量進行調(diào)整以滿足用戶對存儲資源的需求。2.2平臺層功能介紹用戶進行科研實驗所需的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等軟件價格昂貴,而且部署這些運用需要花大量的時間?？蒲袑嶒炂脚_除了將物理資源通過虛擬化共享給用戶外,還為用戶提供具備實驗所需的應(yīng)用開發(fā)、運行和管理環(huán)境的平臺層服務(wù)。平臺用VMWareServer將常用的虛擬機及其軟件環(huán)境導(dǎo)出為模板,在需要時將模板導(dǎo)入即可將可以進行實驗的軟硬件環(huán)境提供給用戶使用。另外,平臺層還將實驗所需的一些常用數(shù)據(jù)或應(yīng)用接口以Web服務(wù)的方式提供給實驗用戶,用戶在實驗過程中需要時可以直接調(diào)用這些服務(wù)。平臺層功能如圖2所示。平臺層的基礎(chǔ)部分是操作系統(tǒng)。平臺提供給用戶選擇的操作系統(tǒng)有:WindowsServer2008、WindowServer2003、Linux等常用的操作系統(tǒng)。在應(yīng)用程序、開發(fā)環(huán)境方面,提供了常用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SQLServer、Oracle、MySQL及.NET、JavaEE開發(fā)運行環(huán)境等。在應(yīng)用服務(wù)方面,提供了一些實驗方面的計算、數(shù)據(jù)處理等Web服務(wù),如實驗素材服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)、報表生成服務(wù)。3實驗平臺資源用戶需要使用實驗資源,首先要提交實驗申請,通過Web頁面填寫實驗申請書。申請書的內(nèi)容包括實驗所需要的計算、存儲等硬件資源,操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、應(yīng)用服務(wù)等軟件資源,實驗資源的使用時間等。平臺管理員在審核申請后為實驗用戶分配所需的實驗資源,利用WMWareServer創(chuàng)建虛擬機,分配CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、硬盤等資源,通過將事先準備好的常用的虛擬機模板導(dǎo)入就可以快速完成實驗用戶需要的操作系統(tǒng)、軟件環(huán)境等平臺資源的配置。比如用戶需要大容量的存儲資源,管理員利用虛擬存儲管理軟件在存儲資源池中的空間分配給所需的用戶,并在虛擬機中運用ISCSI連接程序?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)存儲掛接到虛擬機上。運用平臺應(yīng)用管理系統(tǒng)將平臺層的Web服務(wù)授權(quán)給用戶使用。整個實驗平臺配置過程完成只需要不到10min時間,而以往這個工作需要一兩天才能完成。在獲得實驗資源的授權(quán)后,實驗用戶通過網(wǎng)絡(luò)就可運用這些資源進行科研實驗。通過虛擬桌面、遠程桌面、SSH,用戶可以像管理本地服務(wù)器一樣操作實驗資源,用戶實驗的時間地點不受限制。通過對Web服務(wù)接口的調(diào)用,用戶可以獲取到常用實驗服務(wù),如數(shù)據(jù)、計算、報表等。管理員通過WMWareServer可以實現(xiàn)對資源使用的監(jiān)控,當資源不足時用戶可以提出增加實驗資源的申請,管理員核實后會為用戶增加相應(yīng)的資源。當服務(wù)器出現(xiàn)故障時,可方便地進行系統(tǒng)的動態(tài)遷移,最大化地降低故障對實驗的影響,實驗時間結(jié)束后,管理員會將實驗資源回收以準備分配給其他用戶。為了確保平臺的安全性,平臺資源只對校內(nèi)師生服務(wù),如有外網(wǎng)用戶需要使用實驗資源,可通過VPN(虛擬專用網(wǎng))來實現(xiàn)。用戶先通過VPN撥號,利用加密隧道進入校內(nèi)網(wǎng),就能像校內(nèi)用戶一樣實現(xiàn)實驗資源的利用。平臺的服務(wù)流程如圖3所示。4云計算平臺有待加強基于云計算構(gòu)建的科研實驗平臺相比傳統(tǒng)的實驗室具有以下優(yōu)勢:(1)降低了科研實驗室的建設(shè)成本、提高了資源的利用率。校內(nèi)的各實驗室無需花高價購買高性能的服務(wù)器及存儲等實驗設(shè)備,師生需要進行實驗時向科研實驗平臺申請資源的使用,即可獲得該資源的使用權(quán)?？蒲袑嶒炂脚_的資源對全校師生共享,提高了資源的利用率。(2)實驗的時間地點不受實驗室的限制。由于實驗資源通過網(wǎng)絡(luò)利用,所以實驗時間不受實驗室時間及實驗室地點的限制,只要是在申請實驗資源的使用期限內(nèi),實驗用戶可以在任何時間及地點進行科學(xué)實驗。(3)管理維護方便。運用云計算技術(shù)將軟硬件資源統(tǒng)一管理,方便管理人員維護,確保實驗資源的正常使用。同時,學(xué)校無需為各實驗室配置過多的實驗管理人員,降低了人力成本。(4)在平臺資源使用低的時候,為了不浪費資源,可以將實驗資源對校外科研人員開放,提供收費資源租用服務(wù),讓校內(nèi)資源更好地為社會服務(wù)。平臺有待加強的方面:(1)安全性。由于在云計算中,用戶的業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)均在平臺上運行及存儲,平臺遇到安全問題影響的面大,因此保證用戶數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)的安全性就成了一個最重要的問題。云計算環(huán)境的安全問題與傳統(tǒng)的安全問題有所不同,在云環(huán)境中,服務(wù)暴露在網(wǎng)絡(luò)中,任何一個服務(wù)節(jié)點及它們的網(wǎng)絡(luò)都可能受到安全威脅,所以平臺的安全防護模式需要不斷地研究與改進。(2)高性能。虛擬技術(shù)是云計算中的重要技術(shù),目前,平