混合云在高职实训教学中的应用研究

游俊慧

摘要：针对高职院校实训室的资源共享程度低、软硬件设备更新慢、资源扩展难、管理模式落后等问题，探讨利用云计算技术整合和部署实训室现有资源，并发挥公有云和私有云的优势，构建混合云实训教学资源支撑平台以解决上述问题。

关键词：云计算；公有云；私有云；混合云；实训教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）25-0109-03

Application Research of Practical Teaching in Colleges Based on Hybrid Cloud

YOU Jun-hui

（Department of Information Engineering， Guangzhou Institute of Technology， Guangzhou 510925， China）

Abstract：To deal with the problems in practical training room use of colleges， such as low degree of resource sharing， slow update of hardware and software， difficulty of resource extension， backward management etc. ， this paper discusses about using cloud computing technology to integrate and deploy the current resource in practical training rooms， and to express the advantages of public cloud and private cloud， establishes a practical teaching resource supporting platform based on hybrid cloud to solve the problems above.

Key words： cloud computing； public cloud； private cloud； hybrid cloud； practical teaching

1 研究背景

目前，在高职院校的常规实训教学中，虽然已构建实训环境来运行特定的应用程序，已基本能够满足实训教学对Web服务、代理服务、数据库服务、文件服务等应用的需要，但各实训室之间基本上仍是孤岛拓扑结构的关系，在这种工作模式下，实训硬件资源的使用率通常都会较低，表现为服务器的利用率一般占10%至15%，存储设备的利用率一般占30%至40%[1]，如此低的利用率对资源而言绝对是一种极大的浪费。同时，这种应用模式也不可避免地带来一系列的问题：

1）孤岛拓扑结构表现出的最明显问题就是服务器、网络和存储等资源都无法得到共享。在具体的实训教学中，若同时访问某项服务的学生特别多，或者在某项特殊的服务应用本身就需要占用许多资源的情况下，很容易就会导致服务器超负荷运行，甚至造成服务器崩溃，与此同时其他服务器资源却因不能共享而处于闲置状态。

2）部分实训受限于实训室的开放。有些实训对硬件设备或软件环境的要求很高，有些实训又必须用到专门的付费软件，这些软件学生无法通过免费下载来获取。而实训室的管理还做不到随时开放，缺少合适的实训环境和设备支持，学生就不能很好地利用课余时间来完成课后训练、课程设计、创新项目等课后的学习活动。

3）在实训对现有设备的软硬件需求增加时，无法及时对硬件资源或软件资源进行扩容和扩展，资源更新滞后。

诸如此类的问题不仅在一定程度上影响到了实践教学改革不断深化的进程，而且也有碍于高技能型人才的培养。而云计算的出现则使以上问题可以得到解决。

2 云计算

云计算是基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，是一种按是使用量来付费的模式其主要作用是通过互联网为互联网的外部用户快速地提供一组动态易扩展的、可管理的虚拟化共享资源，包括计算资源、存储资源、平台和服务等，可被认为是一种大规模分布式计算聚合体[2]。

云计算服务的应用模式主要分为：公有云、私有云和混合云3种[3]。

2.1 公有云

公有云有云服务提供商即第3方运行，当企业出某种业务原因，需要把某些业务应用外包出去时，由云服务提供商托管其基础架构或相关应用程序，并以服务的形式提供给企业[1]。通常托管在远离客户建筑物的地方，而且能在企业内部系统高峰工作负载时提供类似企业基础设施的灵活性甚至临时的可扩展性，但由于公有云有多个组织共享，其隔离性和数据安全性不能得到很好的保证[4]。

2.2 私有云

私有云是专门为企业单独使用而构建的，因而在数据、安全性和服务质量方面都能提供有效的控制。在私有云中，企业除掌控自身基础设施之外，还可以自主地在其基础设施上部署所需的应用程序[5]。从安全边界上看，私有云一般可部署在企业本地数据中心的防火墙内部，或选择一个安全的托管场所进行主机的托管，其安全性大大高于公有云。

2.3 混合云

公有云的可扩展性好，但通常性能比较滞后，私有云的可靠性高，但其可扩展性却不如人意[6]。混合云作为公有云和私有云的结合，能够同时利用两者的优势，即让企业把某些有特殊要求的应用部署在公有云上，把处理敏感数据及关键数据的应用部署在私有云上，其他应用跨越公有云和私有云[7]。混合云的工作负载可跨越私有云和公有云，基本分为以下两种情况：1）数据在公有云应用程序和私有云数据库或应用程序之间传递；2）为满足负载高峰需求将公有云服务器和存储资源作为私有云资源的补充。

3 混合云实训教学资源支撑平台建设思路

针对前面提到的实训环境应用带来的问题，结合学院当前的实训资源设备使用情况和实训教学现状，提出构建一个混合云实训教学资源支撑平台，并把构建该平台的思路归纳成以下几个方面：

1）整合校内实训资源

对各实训室原本孤立的服务器资源进行重新整合，针对实训教学中对高性能硬件设备的要求和不同软件环境配置的特殊性要求，实现资源的统一虚拟化管理，使资源管理从分散单一化向复合集约化转变。根据实训对设备要求的不同，配置不同的虚拟机，这些虚拟机在CPU数量及核数、内存容量、硬盘容量等参数的配置上各不相同，同时为满足不同实训对软件环境的要求，制作出不同的镜像文件以供不同的实训环境搭建所用。

2）实现实训资源开放性

充分发挥云平台资源共享的特性，一方面，将各实训软硬件环境经虚拟化后整合到私有云服务端，供校园网内学生随时随地进行实训；另一方面，可向服务提供商租用部署在公有云中的一些需要购买而不打算购买的软件应用，采用按需付费的方式降低软件的采购成本以减轻学院信息化建设的负担。

3）提供基于云平台的社会服务

打破传统的高校实训资源平台建设模式，为深化校际合作和校企合作，将学校已购买的软件部署到公有云服务端，以租用的方式为其他高校或企业提供访问接口，并收取一定费用，以更好地实现高校的社会服务功能。

4）统一运维管理

统一规划管理是作为实训资源公共服务平台必不可少也是十分重要的一项功能，对整个平台的统一运维管理，包括业务迁移、安全管理等多个方面，且需要为管理提供一个人性化易操作的界面。

4基于混合云的实训教学资源支撑平台架构设计

云计算的服务模式按应用层次划分为3个层次，由表及里分别为：“软件即服务（Software as a Service，SaaS）”、“平台即服务（Platform as a Service，PaaS）”、“基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）”[8]。遵循云计算3个层次的服务模式并结合我院实训教学资源支撑平台的建设需求，设计出包含如下5个组成部分的混合云实训教学资源支撑平台：实训资源服务、实训平台服务、实训软件服务、运维管理、安全管理。

4.1 IaaS实训资源服务

IaaS实训资源服务是基于高校实训室硬件资源部署云服务。以虚拟化技术为基础，对服务器、存储器及网络等硬件资源进行池化，构建出计算资源池、存储资源池和网络资源池。这样一来，应用系统就能够从系统级和应用级上实现一些在非云环境下难以实现的功能，如业务在线迁移、动态负载均衡、虚拟机自动备份、容错等功能，从而搭建出一个能够提供高可用服务的系统平台，同时借助平台提供的管理服务，可以实现多用户访问功能以及资源池的动态调配功能等[9]。一方面，高校可以通过虚拟化池化自身的硬件资源部署到校内的私有云，在多个私有云之间实现实训资源的共享。另一方面，当前很多公有云IaaS服务提供商如亚马逊、谷歌、IBM、VMWare等，都可提供一些机构所需的基础设施服务，高校若希望在软硬件购置成本上节省开支，不妨可以考虑按需租用第三方的服务器、存储器、软件、带宽等资源。由于私有云安全性高，高校的核心服务和数据可以部署在高校私有云内，而第三方公有云IaaS服务的高可扩展性则可以解决高校实训室资源的相对不足以及更新扩展难等问题[10]，两者相结合构建混合云实训教学资源支撑平台可以为高校学生创建更好的实训条件，提高教学质量。

4.2 PaaS实训平台服务

PaaS实训平台服务是把软件开发环境作为一种虚拟化服务来提供的云计算，也称为中间件。高校既可以考虑租用平台上的中间件服务，也可以选择在配置好实训环境的虚拟开发平台上进行二次开发，由此对服务器系统资源、存储资源及网络资源等的管理都可全部交由PaaS服务提供商来处理，大大减轻了用户在管理资源工作上的负担。如此一来则可以避免许多在计算机开发类实训中安装实训软件、配置系统变量等繁杂的工作。从纵向上看，该平台包括了各种中间件的虚拟开发平台，如Google App Engine，force.com和Windows Azure Platform等；从横向上看，也包含了各中间件虚拟平台的通用功能，如中间件虚拟资源的动态调配，中间件虚拟环境的快速映像打包、部署和更新等。从总体而言，可认为PaaS实训平台是一个可共享的应用平台虚拟资源池，该资源池是对原有应用平台抽象化后结合平台中间件虚拟化得出的。

4.3 SaaS实训软件服务

SaaS实训软件服务是由高校将自身的实训应用软件资源整合后部署到云服务端所提供的云服务。对于一些专业性的实训软件，如企业经营模拟系统、银行业务模拟系统等，可在云服务端以Web服务的方式向其他高校用户提供访问接口，向缺乏此类资源的高校共享其实训资源，从中收取服务费。对于通用性较高的应用软件服务，可采用按需付费的形式租用在线的SaaS服务，以降低购买软件的成本，如金蝶公司友商网的在线进销存系统、Salesforce的客户关系管理系统等。这些应用运行在公有云服务端，只需通过浏览器就可直接使用，避免了用户安装软件、配置环境等琐碎的工作，同时也免去了应用初期高昂的软硬件投入费用，用户只要按照即用即付的形式进行付费即可。

4.4 运维管理

运维管理平台主要负责对云平台实训资源的运维管理、对不同层次上操作的统一监控以及向用户交付资源。在资源运维管理方面，由于资源池是共享的，硬件资源不会被任何应用或系统独占，用户可以根据业务应用的实际需求合理地分配和回收资源，使得资源的管理更趋灵活。在运维监控方面，其监控范围从底层硬件层、网络层向上延伸至虚拟化层，再跨越至操作系统、中间件和数据库，往上最终覆盖至业务应用层。在用户自动化交付方面，首先由用户通过云管理服务门户提供的应用界面，根据实际需要对包括系统资源、数据资源和应用资源在内的各种资源进行定制并提交申请，申请一旦通过，云管理服务门户就会在后台自动运行交付功能，将系统资源、数据、应用等资源交付给相应的用户。

4.5 安全管理

由于实训教学资源平台采用混合云模式后与采用前相比，其网络和安全边界均发生了变化，对安全性提出了更高的要求，需要制定一套完整的云平台安全管理机制来保障其安全运行。例如，原有的物理数据中心变成虚拟数据中心后，依然符合现有的安全等级保护要求，其外部仍可使用以往的物理安全保护方式，但内部软件定义的数据中心的安全防护措施则需要从物理安全、网络安全、主机安全、应用安全和数据安全等多个角度来进行考虑，以此来支撑IaaS、PaaS、SaaS各服务层次的安全运行。同时，还需根据不同的服务层次、业务应用、用户和安全级别等，将统一的资源池分解为粒度更小的资源池，并在各个资源池的边界上采取相应措施加大安全防护的力度。

5结束语

混合云计算模式为高校的实训资源管理提供了全新的思路和方法。作为一种新兴的技术，云计算至今仍没有一个统一的标准，如何应用云技术手段对高校实训室资源进行整合再利用还存在着许多问题，例如：如何把不同厂商的云架构产品应用在实训室资源建设；如何统一和整合现有的设备和资源；如何利用中间件来实现异构资源的共享和统一；如何保证业务数据在公有云和私有云之间迁移时的数据完整性和保密性；如何在相关法律法规尚不健全的情况下保障云服务使用者的利益不受损害；等等。尽管如此，实训室资源管理应用云计算技术已是大势所趋，其在为教师和学生提供一个易于扩展的高性能的资源使用平台的同时，也向周边企业和学校提供云资源服务，使得“产、学、研”真正融合在一起，为推进教学改革与创新提供了有力的支持。

参考文献：

[1] 樊光辉. 云计算技术在高校实践教学中的应用研究[J].电脑编程技巧与维护， 2012（22）：125-128..

[2] 陈磊， 吕辉. 基于“云计算”的体育教学“云空间”构建研究[J].中国教育信息化， 2012（23）： 88-92.

[3] 龚强. 云计算应用展望与思考[J]. 信息技术， 2013（1）：1-4.

[4] 张子浪. 基于混合云的企业信息平台架构研究[J]. 信息安全与技术， 2014（4）： 60-65.

[5] 孔琳俊. 高校混合云存储服务平台研究与应用[J]. 商， 2015（10）： 192-193.

[6] 赵学敏， 任翔， 田生湖. 混合云计算模式下高校信息化建设新思路初探[J]. 中国教育信息化， 2012（1）： 7-9.

[7] 柏嵩. 论混合云在企业生产运营中的作用与发展[J]. 中国电子商务， 2013（10）： 11-12.

[8] 余真翰， 黄文富， 胡秋菊，等. 基于混合云的智慧旅游区内旅游物流信息化管理平台研究——以青城山——都江堰景区为例[J]. 物流技术， 2014（8）： 396-399.

[9] 钟达彬， 李刚， 谭健雄. 教育混合云平台建设的探讨——以佛山职业技术学院为例[J]. 中小企业管理与科技， 2014（8）： 243-244.

[10] 王毅， 安红. 云学习时代教师虚拟学习社区构建研究[J]. 中国电化教育， 2010（1）： 118-122.