基于云计算架构的高校计算服务中心建设的研究 |
| 2012-12-16 19:24 作者：王振邦 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，通过对作者所在校区的现有网络及服务器的使用情况的定量分析，描述了现有学校网络服务中存的问题，总结服务中心应具备的功能，并提出基于云计算技术的架构和参考模型；即如何利用云计算架构为高校建立计算服务中心，提高软硬件的使用效率和服务质量。
关键词：云计算；计算服务中心；虚拟化
0引言
由于信息化建设的需要，结合学校之前在信息化建设上的前期投入，校内建设了相当数量的系统应用来满足学校及各院系日常教学、科研、管理、协作交流等各种方面的需求，这些应用系统分布式部署在各院系和学校相应实验室的服务器当中。这种运维体系带来了大量的问题，本文立足现状，对各种困难进行了详细的分析研究，并对基于云计算构架的高校计算服务中心的建设进行了整体的部署。
1高校信息化建设中存在的问题分析
目前，省内大多数高校信息化建设已初具规模，但配备的服务器大多分散于各个院系和学校的网络中心，无法实施统一的运维和管理，也无法统一了解分散的服务器和存储的利用率及系统健康状况。其次，不同服务器应用高峰的差异，导致每个服务器部署的时候在存储和计算能力上都做了大量的冗余，系统利用率相对较低，平均每台服务器的性能利用率只有10%左右，存储利用率为20%左右。图1给出了台州某高校一天中流媒体服务器、教学课件下载服务器和计算实验平台每小时的CPU利用率，大部分情况下流媒体服务器和教学课件下载服务器处于空闲状态。图2给出了2011年1-12月的流媒体服务器、教学课件下载服务器和计算实验平台的存储利用率，大多数情况下，空闲着大量存储，且不同服务器之间差别较大。最后，新应用部署周期较长也是突出问题。各院系的师生和科研人员都有各自不同的创新需要，而这就需要通过开发相应的系统应用来进行满足。在当前的环境下，要完全符合这些应用的部署需要，必须进行服务器等硬件设备和相应系统软件的添置。如此一来，往往导致建设周期过长，同时受经费等原因限制，往往无法采购到所要求的硬件设备和系统软件，而且，容易造成原有服务器和存储资源的浪费。
图1流媒体服务器、教学课件下载服务器和计算实验平台每小时的CPU利用率
图22011年1-12月的流媒体服务器、教学课件下载服务器和计算实验平台的存储利用率
2基于云计算构架的高校计算服务中心建设的需求分析
为了尽最大可能解决上述问题，新建设的校区服务中心系统至少需要满足以下功能需求：
1）学校的信息服务中心能方便地统一管理各个层面的服务应用，也就说学校内各个院系不再具有相应的小机房，即各种应用不再会运行在各个院系的硬件上，而是运行于统一的服务中心平台之上。
2）学校各个院系可通过网络递交WEB申请需求，服务中心管理员可方便的批准和驳回他们的申请，并且能让平台自动的分配申请者所需的硬件资源（例如CPU、内存、存储等资源），同时能在此（虚拟的）硬件资源上安装好所需的系统软件，保证他们所需要的应用能够进行方便的运行和管理；在申请到期后，中心管理员可以根据需要回收相应的硬件资源。
3）能对中心管理的所有数据进行相应的备份和恢复、监控、安全防护、管理；管理员可以方便地查询到平台中各项资源的使用情况、运行在平台中的各类应用的运行状况，以此来告诉各级管理员需要对哪个应用增加相应的系统资源，对哪个应用减少系统资源；当硬件资源或者操作系统出现相应问题的时候能够提醒管理人员，大幅降低服务中心的运行压力，提升工作效率。
4）能够将当前已有的高性能小型机和一些高端存储及部分台式电脑给纳入到服务中心的硬件体系中，从而不会浪费这些设备，造成重复的投资。
从这些需求来看，云计算技术是最适合用于构建学校的服务中心，并提供高效和安全的服务。
3基于云计算构架的高校计算服务中心建设的详细部署
图3校区服务中心架构
根据前面提出的校区服务中心系统功能需求，对于使用者来说云计算的后台技术是不可见的，他们面对的仍然是原有的平台和界面，因此，服务器虚拟化将是基于云计算的服务中心的最重要的组成部分，是本文考虑的核心问题。通过分析，现提出服务器虚拟化的逻辑架构，如图3。
如图3所示，在服务器虚拟化的架构中，服务中心的主要功能包括：
1）通过存储虚拟化管理组件，可以虚拟化分布式的存储系统、旧有的EMC/IBM存储和其它存储，并进行统一的管理，使得运行在虚拟机上的操作系统、应用软件和其它系统软件等能更好的运行。
2）安装POWERVM、VMWare、Xen、KVM等虚拟化软件到IBM小型机和X86服务器上。一般情况下，x86服务器上安装Xen、KVM或VMWare，IBM小型机上安装PowerVM。
3）在服务中心平台上，部署相应的云计算服务管理软件，操作包括申请、安装、管理和维护等。
在服务器虚拟化的架构中，服务中心运行的基本流程包括：
1）资源申请者：通过网络（通常为WEB界面）提交对硬件资源的需求，其中包括CPU数目、内存大小、本地磁盘容量、虚拟化存储系统大小等；同时提出对操作系统的要求。
2）平台管理者可通过平台提供的服务管理软件，查看平台中硬件资源的使用情况（如云计算平台中硬件资源的利用情况），通过对硬件资源剩余量的情况，来决定是否批准申请者的资源请求。
3）平台管理者通过平台服务管理软件与PowerVM、Xen、KVM、VMWare等通讯，并建立相应的虚拟机，包括相应的硬件资源和操作系统；与存储虚拟化管理组件通讯，申请所需要的虚拟化共享存储并注入到虚拟机系统中。
4）平台管理者通过平台服务管理软件，在虚拟机中安装申请者所需要的一系列系统软件，例如ApaChe、MySQL、Tomcat、WAS等；最后，以邮件或短信的形式，资源完成情况反馈给申请者和使用者，并提供使用手册。
5）资源使用者获得通知后，即可通过网络使用他们所需要的资源。
6）平台管理者通过服务管理软件提供的监控界面查看服务中心的硬件资源使用情况，并进行相应的备份和维护操作。
通过在学校的服务中心中使用云计算的方法，可以对全校的服务器统一进行运维和管理，及时了解服务器和存储的利用情况、健康情况，以及做更好的管理和控制，以保证服务器的年健康率达到更高的值。利用云计算技术中的虚拟化的方法，可以保证每台物理服务器及存储器的利用率维持在70%以上，充用利用硬件资源。
4结束语
由于资金和设备使用等方面的关系，本文所描述的系统只是在作者搭建的模拟平台上完成了初步的实验，只是初步验证了文中模型和方法的可行性，并没有在真正的校园网络系统中长时间测试其各方面的性能。作者将在以后的工作中，积极联系多个院校的相关部门，在学校的网络使用和实践文中所提的技术和方法，并不断加以完善。
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