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数字化校园云平台的设计与实现
作者：徐安令
来源：《智能计算机与应用》2017年第04期
摘要： 云平台部署校园应用系统具有较大的优势，既可提供大量的服务功能、降低建设成本，又能够提高系统的运行效率。本文首先分析数字化校园建设的现状，然后研究云平台的设计、实现、运行和测试，为建设数字化校园云平台提供参考。 关键词： 云平台； 设计； 实现； 虚拟化 中图分类号：TP391 文献标志码：A
文章编号：2095-2163（2017）04-0067-03 0引言
随着数字化校园应用的不断发展，各类各级学校对服务器数量、可靠性、稳定性等提出了切实高端的要求，要求提高服务器响应时间并获得大量的磁盘存储空间等。由于受到建设成本的，不可能也没有必要通过购买大量服务器来部署应用系统。为提高信息化建设的水平，解决当前存在的问题，需要在新的技术架构下展开研发设计，基于云平台的数字化校园建设具有很好的应用前景。
1数字化校园建设现状分析 1.1服务器计算能力现状分析
随着数字化校园的大范围推广普及，校园应用系统少则几十个，多则上百。如果每个系统都独占自己的服务器，那么建设成本就会很高。因此，数字化校园建设对服务器的计算能力提出更高要求。
服务器虚拟化是一种可在单台物理机上有效运行多个虚拟机的热点技术[1]。服务器虚拟化技术可以实现对原有及新购服务器的集中和整合，充分地利用了学校服务器资源，大大提高了服务器计算速度，一次投入就可以降低建设成本和总体运维成本，所以在数字化校园建设中引入服务器虚拟化是非常有必要的。 1.2数据存储能力现状分析
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数据是重要的信息资源，学校每天都要产生大量的数据，对数据的存储设计则尤显其基础性的支持作用。随着数字化校园应用规模的进一步扩大，信息更新快，信息量增加也随即更趋可观，对存储空间的需求量就将呈现出激增态势。
存储虚拟化就是把多个存储介质模块通过一定的技术手段集中到存储池[2]。虚拟存储池其实是一个超强的存储系统，可以按需进行存储的分配。所以，存储虚拟化是解决海量数据存储的最佳方式。
1.3网络传输能力现状分析
数字化校园系统中，一些子系统具有实时发布、实时处理的功能，这些应用系统的使用对数字化校园的网络传输能力和稳定性提出了实时增进式的技术要求。
随着服务器虚拟化和存储虚拟化的发展，网络虚拟化也随即出现，可以通过软件虚拟交换机实现，在虚端口级配置网络参数，感知虚拟机的存在，提供大量的网络资源，从而提高数据传输的能力。网络虚拟化作为虚拟化技术的重要组成部分，在云平台建设中提高了数据的传输能力。
1.4系统安全现状分析
校园应用系统涉及教学、科研、管理等方面的工作，应用的广泛和功能的强大决定了内含子系统数量上的繁多，其安全性不容忽视。
服务器虚拟化、存储虚拟化和网络虚拟化从客观上保证了对数字化校园的安全防护。其中，服务器虚拟化实现了数字化校园系统与物理服务器的隔离，在云计算中心划分资源池，创建虚拟机，虚拟机与物理机相隔离；存储虚拟化可以在云平台划分虚拟存储空间与物理服务器衔接，按需对存储进行分配；网络虚拟化提高了网络安全防护能力，实现系统软件与物理设备相隔离。
2数字化校园云平台体系架构设计
平台的体系架构，是支撑和提供网络资源集中化管理、信息资源共享利用、平台应用服务架构的技术基础结构 [3]。图1即为数字化校园云平台的体系架构图，云平台一般由标准体系、基础平台体系、安全体系三部分组成。其中，基础平台体系是云平台的核心。在此，针对每一部分的结构设计给出如下的研究阐释。
1）基础设施层（IaaS）是数字化校园云平台的最底层。通过虚拟化技术，可以在云平台上，按需分配相应的资源等，在虚拟机上安装并运行不同操作系统。每个虚拟机都安排管理员对其进行管理，管理员完全可以利用和控制自己的虚拟机系统，自主决定运行什么样的应用。
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2）平台管理层（PaaS）是数字化校园云平台的第二层，也是平台的核心层，包括了系统软件、数据中心、资源管理、门户管理等。
3）软件即服务（SaaS）是数字化校园云平台建设的最终目的层，即创建虚拟资源提供服务，主要是数字化校园系统的部署和应用。目前，本校的十几个应用系统主要提供的就是SaaS服务。
3数字化校园云平台实现 3.1云平台的网络拓扑结构
为了提高学校网络资源的利用率和应用系统的服务能力，必须按照先进性、实用性、开放性、可靠性、安全性和经济性设计原则对云平台进行建设，运用服务器虚拟化和存储虚拟化技术整合资源，通过物理交换和虚拟交换将二者联通，建立云平台资源池。云平台的网络拓扑结构好坏会影响到平台的可靠性和稳定性，现经反复多次的分析、设计和研究，数字化校园云平台的网络拓扑实现可如图2所示。 3.2云平台的资源配置 3.2.1平台硬件资源配置方案
云计算资源服务器群由4台四路服务器组成，最大可以支持4个英特尔至强处理器XeonXeonE7-8867v3（2.5 GHz/16c）/9.6GT45ML3，32个内存插槽最大可以定制生成2 TB的内存池。
2台四路服务器组成核心数据库双机系统，能够通过控制软件实现核心数据应用的不中断。1台双路服务器为云平台的管理服务器，承载平台的资源配置、管理功能，当然其功能也可以由资源池中的1台虚拟机（VM）来调制设定。
整个云平台和数据库平台的数据存储在高端存储（磁盘阵列）上，服务器通过冗余光纤链路和冗余的光纤交换机连接到存储上，保证数据的集中管理和访问的高可用。
云计算备份一体机作为云平台和数据库系统的备份设施，提供数据保护的最后一道“防线”，做到有备无患。 3.2.2平台网络资源配置
配置服务器与存储设备、服务器与服务器的互联互通即为平台网络资源配置。
存储网络配置方面，通过光纤交换机将服务器和存储设备建立网络连接，形成存储网络架构，可以按需给服务器分配存储空间。
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在服务器集群网络方面，主要构建2类配置：一是配置物理服务器之间的网络连接；二是采用网络虚拟化技术配置虚拟服务器之间的网络连接。 3.2.3平台软件资源配置
平台采用开放性的系统架构及模块化设计。虚拟化平台采用Xen虚拟化技术实现，采用Oracle提供对数据库平台数据的管理，并安装管理平台软件Inspur iCenter。为了满足不同应用系统对不同类型操作系统的需求，创建虚拟机可以选择Windows Server 2008 R2 （-bit）、LinuxRedHat_6.3_、CentOS 6.0等多类操作系统。 3.3校园应用系统部署
3.3.1建立统一的学校信息门户平台
在统一的门户平台上，每个师生员工可以根据自己的喜好定制应用界面，可以浏览、查询到相互关联的数据，并方便地进行相关的事务处理。 3.3.2建立统一身份认证系统
在数字化校园中，每个师生的身份是不重复的，师生用户采用单点登录的方式。统一身份认证系统可保证师生在学校门户网站直接登录。师生用户一次登录，多次使用。不需要每次使用时输入账号和密码，也不必为每个应用系统设置相应的账号和密码，实现“一次认证，到处通行”，这给用户使用各业务系统带来了极大的方便。 3.3.3部署其它应用系统
在整合迁移原有站群系统、财务管理系统、教务管理系统、图书管理系统的同时，部署校园其它应用系统，如OA系统、学工管理系统、综合查询系统、人事管理系统等等。 4数字化校园云平台运行与测试 4.1平台运行
平台运行后，管理员可以通过登录Inspur iCenter管理平台，查看平台运行的性能状态和资源利用率，包括CPU、内存、存储、网络等资源，从以上信息可以了解平台资源的利用率，对平台的运行性能在简单分析后可得概述内容如下。
1）CPU资源。每个结点128个，共计512个，已分配178个，目前虚拟机数量为28台。完全可以满足数字化校园系统及其他实验系统的部署应用。
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2）内存资源。每个结点约128 GB，共计512 GB，已使用270 GB，利用率53%，能够满足目前数字化校园各业务系统的内存需求。 3）存储资源
① 磁盘阵列，空间10 905 GB，已分配9 386.6 GB，利用率86%；
② 资源服务器，A结点利用率6%，B结点利用率8%，C结点利用率10%，D结点利用率7%。能为各应用系统提供充足的存储空间。
4）网络资源。[JP2]服务器地址段10.10.10.0-10.10.10.254，每台虚拟机配置IP地址1个，能满足扩展的需要。[JP] 4.2平台测试
平台的测试主要是在平台上部署应用数字化校园系统后，对平台设计展开的功能、性能、负载等测试。
首先，测试平台能否支持多种操作系统，如表1所示测试用例，能成功安装Windows Server、RedHat Linux等操作系统，平台运行良好，没有出现异常情况。
其次，在云平台上部署应用系统后，对其将引入性能测试。现对国有资产管理系统进行测试，如表2所示，国有资产管理系统在数字化校园云平台上运行良好，远程访问正常。 5结束语
本文首先对数字化校园建设现状展开了研究分析，针对数字化校园建设存在的问题，提出了将云平台有效运用于数字化校园建设的可行性方案。其次，对数字化校园云平台进行了设计和实现，并在云平台部署应用系统。最后，运行与测试数字化校园云平台，状态表现平稳，其功能和性能等方面均达到了预期的目标。 参考文献：
[1] 周波. 服务器虚拟化的优缺点分析及趋势[J]. 微型电脑应用， 2012，28（9）：56-58. [2] 王楠，蒋金虎. 存储虚拟化技术研究与比较[J]. 洛阳师范学院学报， 2007（2）：73-76. [3] 王红. “云图书馆”平台的架构与实现[J]. 情报理论与实践， 2010，33（10）：108-112.
