云计算和虚拟化技术在中小学数字化校园建设中的应用

作者:崔力维 发表日期:2020-05-10 09:39  点击:[ ]

在教育行业,特别是大规模校园网的建设中,随着教育信息化的不断深化,面临能源消耗过多,运维成本较高的问题,提高了计算机软硬件资源共享的效率。在校园系统中。对于大中型园区网络来说,降低运维成本和能耗已成为当务之急。近年来,云计算和虚拟化技术已经成熟,并且它们的应用在IT行业中不断涌现。在数字校园建设中应具有非常广阔的应用前景。以铜仁市第一中学数字校园规划建设为例,讨论如何根据应用需求确定云计算和虚拟化技术的应用。

2云计算和虚拟化技术

云计算(Cloudputing)是由分布式计算,并行处理(Parallelputing),网格计算(Gridputing)开发而成的,是一种新兴的业务计算模型。当前,对云计算的理解在不断变化,并且云计算仍然没有一致的标准定义。广义上讲,云计算是指需要通过网络以按需服务和易于扩展的方式获得的各种服务。这些服务可以应用于信息技术的所有方面,也可以应用于任何其他服务。从狭义的角度来看,云计算是指使用IT基础架构交付和使用模型,以基于网络,按需,可扩展且具有成本效益的方式获取所需的资源(硬件,软件等)。提供资源的网络称为云[1]。

云计算和虚拟化技术在中小学数字化校园建设中的应用

云计算系统使用许多技术,包括虚拟化技术,数据管理技术,数据存储技术和云计算平台管理技术。其中最关键和最核心的是虚拟化技术。虚拟化技术可以分为存储虚拟化,计算虚拟化,网络虚拟化等。根据对象,计算虚拟化分为系统级虚拟化,应用级虚拟化和桌面虚拟化[2]。虚拟化是为某些对象(例如操作系统,存储设备和网络资源)创建的虚拟化版本。虚拟化技术是云计算和云存储服务的关键技术之一。它通过虚拟化将应用程序和数据公开到不同级别的不同级别,从而使不同级别的开发人员,用户和维护人员可以轻松地使用存储数据的开发和维护进行计算和管理。程序。

3.1需求分析

2001年,我校在贵州中小学建立了第一批千兆校园网。通过十多年的教育教学应用,基于Office软件的本地文档处理和基于Web的网络信息查询,发布和通信应用。最。近年来,人员数量迅速增加。教职员工人数已超过300,并将在三年内逐步增加到约400。新园区将于2014年完工,已基本完成10G骨干网和千兆到台式机的基础网络平台。基于网络管理,将扩大应用范围。目前,通过政府招标购买了基于网络的教育管理,IP广播,视频监控和校园卡等项目。新项目应成为信息管理和维护的重点。如果需要在传统的PC和服务器模式下部署1,000多台普通计算机,则可以满足100多个班级和7,000多名学生的教育和教学应用。这样,由此带来的能耗和运维管理成本巨大,信息技术运维人员也将无法做到。为了提高运维管理效率,减少资源浪费,我们计划应用基于云计算和虚拟化技术的大量应用程序,以解决新校园教师的电子备课和信息管理等教育信息化问题。

3.2技术选择

在当前的虚拟化市场中,主流产品包括Microsoft的VirtualPC和Hyper-V系列产品,VMware的VMwareWorkstation,VMwareServer系列产品和Xen的XenEnterprise系列产品。其中,Vmware在该领域还相对较早,目前在x86服务器领域。占据了一半以上的市场份额,但是随着微软最近推出了新的虚拟化战略浪潮,他的市场份额正在逐步扩大,越来越多的用户加入了微软的Hyper-V阵营[3]。从服务器虚拟化技术的角度来看,以上三家公司的产品都有各自的优势。 Hyper-V属于受操作系统约束的半虚拟化技术,VMware是硬件虚拟化,而Xen使用半虚拟化技术。从功能上看,基本上可以满足用户的需求。因此,我们选择的关键考虑因素是性价比。

微软收购了XenSource,以获取半虚拟化技术并将该技术与下一代服务器操作系统WindowsServer2008/2012有效集成,并且价格相对较低。对于中小学,一般申请不是很复杂(主要基于Office申请)。通常,中小学的运维人员只熟悉Windows Server操作系统,没有精通Linux的运维人员。因此,Windows版本的Hyper-V是第二选择。

3.3云计算服务器配置方案

大多数云环境基于虚拟化基础架构技术。根据之前的需求分析,我们以WindowsServer2012和Hyper-V服务器虚拟化桌面管理解决方案为例,以我们学校的400个教学和研究准备课程为例。购买8台IntelXeonE5服务器(每个配备的处理器是2台IntelXeonE5-2650v2CPU,它是八核,16线程,20MB高速缓存CPU,内存配置8 * 16GBR-ECCDDR3或更多,硬盘配置2 300GB15K热插拔3.5英寸SAS硬盘,5英特尔千兆以太网端口)。每个单元可以为50个用户提供计算服务。该存储系统基于400 * 200GB高速硬盘存储空间的共享配置。每个客户端只需要配置一个约7W功耗的云终端(由于电流弱,故障率低),就可以实现主机以传统PC200W功耗实现的桌面计算功能,并根据当前市场价格,其构建基于400位用户的云计算虚拟化技术的总体成本,略低于购买400台传统PC的成本。

通过具有Hyper-V虚拟化技术的Windows Server 2012为400个用户提供“虚拟环境”(简称VM)。它可以减少初始投入成本,增强安全性,提高利用率,并可以大大减少后期的运行和维护成本(见下文)。 4云计算技术方案应用预期效果

云计算和虚拟化技术在中小学数字化校园建设中的应用

通过基于虚拟化基础架构技术,可以预期以下效果

(1)节能环保,降低投入成本。按照每5300元的400台PC的计算,基于虚拟化的云计算技术可节省约16万元的一次性投资成本。由于虚拟终端的平均能耗仅为7W左右,与传统PC主机200W的能耗相比,随着使用时间的增加,节能降耗的优势更加明显。有关详细信息,请参见表1。

(2)使用虚拟化技术集成服务器并提高服务安全性。服务器和存储系统的安全性能远远高于普通PC,可以减少单点故障并提高服务安全性。

(3)采用虚拟化技术进行统一管理和维护,大大减少了管理工作量。服务器整合改变了基础架构的分散,复杂状态,允许管理员使用集中式管理控制台集中管理多台服务器。同时,每个部门还可以使用用户控制面板来管理和维护单个VM,例如启动,停止,重启,备份,恢复等。灵活的集中式管理模式将使管理员能够从简单的操作重复进行操作。机器(例如重新安装系统)。从中间解放出来,大大减轻了管理工作量。

(4)改善资源配置,提高资源利用率。传统PC具有自己的硬件资源(例如CPU,内存和硬盘空间)。很多人使用它们,而有些人使用它们的方式不足。借助Hyper-V虚拟化技术,信息中心可以根据不同应用程序所需的不同资源对物理服务器进行动态分区,以提供最合适的虚拟环境,从而大大提高了硬件利用率,并使资源分配更加合理。虚拟环境的大规模使用还可以改变过去在单个服务器上部署单个应用程序的弊端。除了减少单点故障的可能性外,它还减轻了资源利用率低引起的整体资源短缺,并增强了数据。安全和灾难恢复功能可在多用户环境中最大化数据安全性[4]。

(5)降低运维成本。部署虚拟化解决方案后,所有应用程序都将在虚拟环境中运行,从而将软件和硬件完全分开。借助Hyper-V虚拟化技术,还可以实施零停机迁移技术,以将迁移工作对业务的影响降低到零。无需使用昂贵的专用存储设备即可实现高质量的备份/恢复方案,而无需备份现有的虚拟环境或整体迁移VM。通过部署虚拟化技术,您可以改善信息中心管理基础架构的方式,并大大减少管理工作量。传统的PC技术程序需要维护400台PC,并且部门人员的工作需要复制大量数据甚至移动PC。应用程序云技术解决方案仅需维护8台服务器和一个存储系统。在园区网络中任何地方登录办公室的人员都具有相同的环境,从而节省了管理和维护成本。使用几年后,如果需要升级,则只需升级服务器系统和存储系统,而无需升级超过400台传统PC等计算机。

4个问题与对策

4.1技术人员不足

由于中小学的大多数技术管理人员都是信息技术的兼职教师,并且缺乏使用服务器的经验,因此在部署虚拟化解决方案后,他们将面临管理人员不称职的问题。这需要加强对技术人员的培训,并提高管理人员的技能。水平。

4.2使用习惯

用户每次使用该帐户时都需要通过该帐户登录。存储在云中的其他数据是云(远程服务器存储系统)。这与普通PC不同。用户需要使用简单的方法和安全技术培训。

4.3对网络质量的高度依赖

目前,虚拟化并不是一项新技术。当虚拟化诞生之初,它最大的批评就是支持虚拟系统的硬件投资,对网络环境的需求以及更高的网络带宽。如果网络不合理,则无法执行任何操作。在此基础上,我们将在早期阶段为校园网络基础架构的建设打下坚实的基础(我们学校现在计划要具备的10 Gb骨干网到台式机的校园网络基础)。第二是为每个教学和研究小组配置单独的PC灵活应用程序。由于服务器和存储系统都存储在网络中心内,为了减少故障并延长使用寿命,网络中心环境也得到了很好的构建。