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基于云计算的校园网络的建设与应用付向东， 等 基于云计算的校 园网络的建设与应用 付向东， 孙宁 ( 甘肃政法学院 现代教育技术中心甘肃兰州， 7 3 0 0 7 0 ) 摘要： 云计算是一种新兴的基于因特网的超级计算模式， 正在给信息化的建设和发展提出了“ 革命性的变革” 。本 文从云计算的概念、 特点和分类出发， 讲述了甘肃政法学院私有云的建设方法、 步骤与应用， 总结了私有云的实施效果， 为 高校信息化建设提供了一种可以借鉴和可行的方法。 关键词： 私有云； 建设； 应用； 微软云计算平台 Ab s t r a c t ： Cl o u d c o mp u t i n g i s a n e me r g i n g I n t e r n e t b a s e d s u p e r - c o mp u t i n g mo d e l ， i s p r o p o s e d f o r t h e c o n s t r u c t i o n a n d d e v e l o p me n t o f th e i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a” r e v o l u t i o n a r y c h a n g e ” De p a r t u r e f r o m the c o n e e p t ， c h a r a c t e r i s t i c s a n d c l a s s i fi c a t i o n o f c l o u d c o mp u t i n g ， the P a p e r d e s c ri b e s t h e p ri v a t e c l o u d b u i l d i n g s t e p s o f GANS U P OLI T I CAL S CI E NCE AND L AW I NS T I T UT E， i t s u mm e d u p t h e i mp l e me n t a t i o n o f t h e p r i v a t e c l o u d e f f e c t ， a n d a l s o p r o v i d e s a r e f e r e n c e an d f e a s i b l e me tho d for i n for - ma t i o n c o n s t r u c t i o n o f c o l l e g e s a n d Un i v e r s i t i e s Ke y wo r d s ： p r i v a t e c l o u d ， c o n s t r u c t i o n ， a p p l i c a t i o n ， M i c r o s o f t S c l o u d c o mp u t i n g p l a t f o r m 中图分类号： T P 3 1 1 。 1 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 9 2 2 7 ( 2 0 1 3 ) 一 0 1 0 1 1 0 0 3 0 引 言 云计算( C l o u d C o m p u t i n g ) 是一种新兴的基于因特网的超级 计算模式。它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上， 使各种应 用系统 能够 根据 需要获取计算 能力 、 存储空 间和 各种 软件服务。从2 0 世纪6 O年代麦卡锡( J o h n Mc C a r t h y ) 第一次提 出把计 算能力作为 一种像水和 电一样 的公共事业提供 给用户 ， 到 2 0 0 8 年 几乎 所有的主流 I T厂商 ( 包括硬件厂 商、 软件厂商 、 互 联网服务提供商 、 电信运营商等 ) 都开始研究云计算和发展云计 算 ， 给信 息化 的建设和发 展提 出了“ 革命 性的变革 ” 。作 为信息 化 的前沿 阵地 一一高等 院校再 不能采 用“ 应用 系统+ 单 台服务 器” 的模 式， 而是应 该利 用云计算这个新兴的技术做好信息化 的 规划和建设工作。 1 云计算的概念、 特点和分类 1 1 云计算的概念 云计算炒得火热 ， 但其定义却千差万别 ， 各不相 同。这主要 是大 家对 这一概 念 的理解存 在差 异， 更重 要的是 如维 基百科 、 I B M、 G o o g l e 等都是从自身角度出发来进行定义的。目前比较认 可的定义为 ： 云计算是一种基于互联 网的计算方 式， 是传统计算 机技 术和 网络 技术 发展融合 的产物， 也是 引领未 来信息产 业创 新的关键战略性技术和手段 。1, 1 0 ： 云计算是一种基于 因特 网的 超级计算模式， 在远程的数据中心， 几万甚至几千万台服务器连 成一片 ， 用户通过 电脑 、 笔记 本、 手机等方 式接入数据 中心， 按各 自的需求进行存储和运算。 1 2 云计算的特点口 1 1 2 1 动 态的高扩展性 云技术使用户可以随时随地地根据应用的需求动态地增减 I T资源 。由于应 用运行在 虚拟平 台上， 没有事先预 订的固定 资 源所锁定 ， 所以云业务量的规模可以动态伸缩， 以满足特定时 期、 特定应用及用户规模变化的需要。 1 2 2 虚拟化 的超大规模 收稿 日期： 2 0 1 2 - 1 0 - 2 5 l l 0 云业务 的需求和使用 与具体 的物 理资源无 关 ， I T应用和 业 务运行在虚拟化平台之上。云支持用户在任何有互联网的地 方、 使用任何 上网终端获 取应用服 务。用户所请 求 的资源 来 自 于规模巨大的云平台。 1 2 3 高可靠性 云平 台使 用数据 多副本拷 贝容错、 计算节 点同构互 换技术 来保障服务的高可用性。任何单点物理故障发生， 应用都会在 用户完全不知情 的情况 下， 转移到其他物理资源上继续运 行， 使 用云计算 比使用其他 计算手段 的可靠性更高 。 1 2 4 按需使用， 按需付费 云业务是一个庞大的资源池 ， 用户按需购买， 如同像 自来 水 、 电、 煤气那样计 费 。无论 是短期还是 长期 ， 云计算 的商业模 型是按使用量付费。 1 2 5 资源复用， 成本廉价 由于云计 算采用资源 统计复用技 术， 所 以 I T物理 资源的利 用率大 为提高 ， 从而使 云的业务成 本大大 降低 。节约设 备投 资 5 0 一6 0 ， 延缓数据 中心扩充 3 5 年， 维护性开销减少四分 之一 。 1 3 云计算的分类 云计算按部署方式来划分的话分为： 公共云、 私有云、 混合 云 0 1 。 1 - 3 1 公 共 云 公共云是由第三方( 供应商) 提供的云服务。他们在公司防 火墙之 外 ， 由云提供 商完全承载和 管理 。客 户只要为其 使用 的 资源付费即可。 1 3 2 私有云 私有 云是建立在企 业( 单位 ) 放火墙之 内， 由企业 ( 单位 ) 负 责设置和维护 。 1 - 3 - 3 混合云 混合 云是 公共 云和私 有 云 的混 合 。这些 云一般 由企业创 建 ， 而管 理职责 由企 业和公共 云提 供商分担 。混合 云同时提供 公共云和私有云的服务 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表) 2 o 1 3 年第 1 期( 总第 1 6 5 期) 2 甘肃政法学院私有云的建设 甘肃政法学院目前的应用系统非常多， 涉及到教学、 科研、 管 理的各个 层面 ， 普遍采 用“ 应用系 统+ 服务器 ” 模 式或“ 应用 系 统+ 服务器+ 存储” 的模式。无法实现服务器和存储资源的共享， 导致资源综合利用率较低， 同时由于服务器和存储设备日益增 多， 使得对设备的管理日益复杂。为此 ， 通过虚拟化技术， 构建 学校的私有云平台， 实现主机和存储资源的一体化整合、 主机和 存储资源的共享利用， 提高了资源的利用率、 降低了硬件成本， 也降低了管理的复杂性， 避免了每上一套应用系统就要购置服 务 器或者存储现象的发生 。 2 1 微软私有云软件的构成 我校私有云的建设是利用微软公司提供的私有云建设方 案 ， 部 署在校 园网 的内部 ， 基于客 户个性化 的性能和 成本要 求、 面 向客户服务的内部应用环境 。该平 台利用成熟的Wi n d o w s S e r v e r 和 S y s t e m c e n t e r 等工具构建。为此， 根据实际情况我校采 购 了微 软的私有云构建平 台软件如表 1 所示 。 表 1 ： 软件清单 2 2 甘肃政法学院私有云建设方案 2 2 1 物理服务器分配虚拟机方案 根据学校服务器的使用情况 ， 主、 从域控制器分别安装到2 台I B M3 6 5 0 机器上， S C O和S C VMM分别以虚拟机方式装到主控 域机器上 ， 后期可以挪到高可用性机器上。分配方案如表 2 所示 。 表2 ： 物理服务器虚拟机分配方案 服 务器类 型 内存 存储 应用 8 G 2 * 3 0 0， 组 RA I D1 I B M3 8 5 0 2 * 5 0 0， 组 RA 1 D1 64 G ( 高可用性机器) I B M存储 单机通过网络连接， 用域进行管理， 单 机开 3 4 虚拟机。 通过 网络连 接 ， 用域 进行管理 ， 将 存储 划成 l 一 3 T 大的一个卷+ 剩余空间， 单机 可开 1 0 虚拟机 ( 按 用户应用定 ) 。 2 2 2 具体 物理连接拓扑如 图2 所示。 图 2 物理 连接拓扑图 2 2 _ 3 逻辑功能分配方案 私 有 云 服 务 器所 使用 I P地 址 范 围为 ： 2 1 0 2 6 6 4 1 3 0 2 1 0 2 6 6 4 1 9 3 、子 网 掩 码 为 ：2 5 5 2 5 5 2 5 5 1 9 2 、网 关 为 ： 2 1 0 2 6 6 4 1 2 9 。域名称定义为： g s l i e d u e n 。主机命名方式采用 HO S T + 两位数字分别为： HO S T 0 1 一 H O S T 1 0 。私有云逻辑功能详 见表 3 所示 表3 ： 私有云逻辑功能 2 3 甘肃政法学院私有云建设步骤 第一步： 安装 主域控制 器 必须 要设置 a d mi n i s t r a t o r 的密码 ， 而 且不 能为 弱密码 、 设 置 I P 地址， 修改网卡名称为L A N( 为后面使用不至于弄错用) D N S 设置成 自己的 i p 。设置 主机名 为 H O S T + 序 号 的格 式 ， 改完后 重 启、 新建林、 新建域 ， 根域F Q D N， N E T B I O S 名称、 新建组织单位， 例 如 X J Z X、 在 单 位 中新 建 用 户 HO S T A MI N、 MO MA d mi n 、 VM MA d mi n 、 S Q L S E R V E R、 完成域设置后， 装Hy p e r v角色、 添加角 色 ， H y p e r V， 网卡选 连网线 的网卡 、 进入 h y p e r v 、 在其他 分区建 立I S O( 存放镜像) 、 V M( 虚拟机 目录) 、 新建 V M机器后， 修改属 性为调整使用的C P U数量， 修改内存为动态调整、 修改 H y p e r - V 的虚拟网络管理器为外部 第二步： 安装辅助控制器 选上面建立 的林加入域 ， 写入主域 的用户名和密码 第三步： 安装S C O M虚拟机 S C O M用 来 监 视 各 节 点 的 状 态 、 产 生报 警 及 报 表 。在 装 S C O M之前 ， 首先 安装首先 需要 I I S 和 N E T ， 然 后安装 S Q L S e rve r 2 0 0 8 和S P补丁。安装 S C 0 M 2 0 0 7 R 2 S P 1 ， 插入光盘后， 首先选 择安装 O p e r a t i o n s Ma n a g e r 2 0 0 7 R 2 ， 导入管理包 I I S 、 S Q L 、 WI N D O WS 、 H Y P E R V。在 S C O M M中发现需要管理的客户端 第 四步 ： 安装 S C V MM虚拟机 安装虚拟 机后 ， 插 入 S C V MM的光盘 ， 依次安装服务器 、 控制 台和服务门户、 添加主机、 系统中心中配置O M、 通过 S C VMM可 以对物理机的虚拟机部分配置进行修改、 修改主机的P R O、 通过 图可 以查看各个节 点的情况 第五步： 配置I B M存储 高可用性要求存储为R A I D1 + 0 模式， R A I D 5由于具有校验 所以影响性能； 另外要求存储至少有2 部分： 5 G以下的一个卷为 仲 裁盘 ： 其他 的卷为 数据盘 、 安 装好 I B M存储 配置工 具后 ， 按照 手册进行连接后运行管理工具 第六步： 配置 高可用性机器 对于H O S T 0 1 ， 打开磁盘管理， 配置并格式化相应阵列存储、 进行MP I O配置、 用双绞线连接H O S T 0 1 和HO S T 0 2 的另外两个 网卡， 配地址， 做心跳线、 进行高可用性配置、 管理工具一 故障转 移群集管理器、 配置集群仲裁盘、 启用群集共享卷、 建立后， 做数 据 存储 的磁 盘消失 ， 改为在 C盘 中 出现 C l u s t e r S t o r a g e 的 目录 ， 即 为群集存储的目录， 虚拟机可以放到这里、 在故障转移群集管理 ll l 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于云计算的校园网络的建设与应用付向东， 等 器 中新建虚拟机 、 在 S C V MM中 ， 选择添加集群 。 第七步 ： 使用p 2 v 技术将物理主机迁 移为 虚拟服务器 远程连入 S C VM M的服务器( 需提前 打开远程 桌面 ) ， 登陆用 户 为 g s l i h o s t a d m i n 、 在 S C V MM的控制 台中选择 “ 转换物 理服 务 器” 、 上面为在线转， 需要能够通过 转换机器I P能够访问共享， 如果不能访问， 则需要检查转换机器的防火墙及管理共享、 如果 不能在线转， 需要下载离线转工具 。可以下载d i s k 2 v h d 工具进 行转换、 转换完成后， 将v h d 文件放到物理节点中， 然后新建虚拟 机 、 建立 完虚拟 机后 ， 如 果虚 拟机再 次启 动后提 示缺 少相应 驱 动 ， 则 需要 通过 安装 驱动 来 完成 ( 注意 ， 需要 转换 机器 的 Wi n d o w s 2 0 0 3 至少在 S P 2 以上 ， 否则报错) 。 3 甘肃政法学院私有云的应用 ( 1 ) 实现 6台服务器承 载 l 0多个应 用系统 ； ( 2 ) 实现 1 O分钟为 新应 用配置服务器 ， 不需要重复采购； ( 3 ) 不用在担 心服务器硬件 故障造 成应用系统宕机 ； ( 4 ) 服务器采用双网卡绑定模式 ， 增强 了 网络高可用； ( 5 ) 服务器硬件池化， 实现动态分配物理资源： ( 6 ) 核 心数据全部存放I B M存储中， 提升数据安全性； ( 7 ) 核心数据实现 备份 ， 实现数据容灾 。 4 效果评价 ( 1 ) 服务器利用率 显著增加 ， 大大 降低 了硬件成本 ； ( 2 ) 保障 业 务系统连 续性 ， 不再担心硬件 故障造成 应用系统 宕机 ； ( 3 ) 部 署管理简单， 系统维护和管理的工作量减少 8 0 以上； ( 4 ) 实现 绿色数据中心， 低碳环保； ( 5 ) 降低了电能、 制冷、 机架、 信息点、 U P S 等需求 。 5 结束语 云计算的出现和成熟， 为高校信息化建设提供 了新的思路 和方法。应用系统建设遇到数据整合、 资源共享等问题都可以 通过云计算获取很好的解决方案(4 1 。但 目前高校云计算的建设 和应用才处于起步阶段， 为了真正的将云计算的思路和方法应 用到 高校 信 息化 建 设 的每 一 个环 节 ， 还需 要做 大 量 的深 入 的 研究。 参考文献 1 】 苑亚钦 云计算概 念和发展历程 J 计算机与网络， 2 0 0 6 ， ( 1 5 ) ： 9 1 4 一 2 殷康 云计算概念 、 模型和关键技术 J 中兴通讯技术， 2 0 1 0 ， ( 4 ) ： 1 8 2 3 3 】 雷万云 云计算 企业信息化建设策略与实践 M 】 清华大学出版社， 2 01 0 4 吴绍 忠， 李靖 基 于云计算架 构的公安情 报信息平 台建设研究 中国 人 民公安大学学报( 自然科学版) ， 2 0 1 0 ， ( 3 ) ： 3 9 4 1 ( 上接 第 1 0 9 页) 前文可 知理 想状态 下 时间生 成逻辑 的每 秒偏 差最大 为 2 N毫 秒， 实际的N ( 扫描周期) 是变化， 另外由于每个负荷触发前新增 加了T O N指令， 这样每个负荷实际触发时间的最大误差变成： s ( 2 x N) +P x ( 2 x N) +仅， 其中S 为设定时间， N为扫描周期， P为 P L C中步 骤数， 为其它环节 误差。修正后公式 中S x ( 2 x N) 部分 可 以忽略， 此时 的最大误差为 P ( 2 N ) +d 。 如果采用其它方法修正， 尽量避免T O N指令的使用， 将公式 S x ( 2 x N) +p x ( 2 x N ) + 中 的S x ( 2 x N) 部分和 p x ( 2 x N) 部分 消 除， 顺序带载器的时间偏差会变得更小。在时间生成逻辑中， 1 秒 需要 1 0 0 0 个 l ms 的脉冲 ， 但是在 这个逻辑 中实际每个扫 描周 期 因各种 比较、 计算 ， 会导致每个扫描周 期收到的脉冲实际少于 平均值 ， 使得收到 1 0 0 0个 l m s 脉冲时的实际时间大于 1 秒 ， 即 T O N指令动作一次的时间间隔会大于1 秒。如果直接对时间生 成 逻辑 中的基础 时间 1 秒 进行校准 ， 那么 负荷 触发逻 辑 中T O N 指令就可以去除， P L C中负荷触发时间的设定值可以恢复成原 始值 。 在 误差计算 公式 S x ( 2 x N) +o 【 中， 如果 N能够固定 ， 那 么可 以直接将时间生成逻辑中的T O N指令的P T赋值为l O 0 0 m s -2 x N， 这样 基础时 间 1 秒 就会更精 确 。根 据这个思 路， 在 试验 平台 上将 P L C的扫描周期 固定设置在 1 0 ms ， 同时将 时间生成逻辑 中 T O N指令的 的值改成9 7 9 ms 、 9 8 0 m s 、 9 8 1 ms 、 9 8 2 ms 进行修正， 试验 数据如 下。对顺序 带载控制器进 行试验 ， 测 试结果可 以验 证按照这个思路修正时间生成逻辑， 能够减少顺序带载器的负 荷触发时间偏差。试验数据如下图( 见图9 ) ： 对比上图中各 曲 线 ， 发 现使用 9 7 9 m s 进 行修正 ， 试 验测量 的时 间偏 差最小 ， 因此 将使用 9 7 9 ms 修正过 的P L C程序投入 现场使用 。固定 P L C的扫 描周期， 对时间生成逻辑的基准时间 1 秒进行校准， 可以将消除 l l 2 顺序带载 器时 间偏差 的效果达 到最优 ， 而且这种 方法仅 需要 固 定扫描周期 ， 修正基础 时间 1 秒， 比通过负荷触发逻辑 进行修正 时间偏差更容易实现。此修正法对P L C内逻辑影响最小， 所有 的修正不 需要在逻辑 上进行变动 ， 减 少其它修 正法因增加 逻辑 而引入 的未 知隐患。 图9 试验 数据趋 势图 +9 8 s 一 +9 8 2 ms = 9 8 1 m s 第 一 次 一 9 8 1 m s 第 二 次 一9 7 9 s 第 一 次 0- 9 7 9 m s 第 二 次 一 9 8 0 一 一 9 8 0 a m 第 = 次 3 总结 自2 0 1 1 年 3月份 发生 日本福 岛事 故后 ， 核 电厂 再次提 高备 用柴油发电机的安全等级， 严格审核每次试验。通过不断优化 备用柴油发 电机顺序带载控制系统 ， 完善备用柴油机 的控制 ， 保 证了顺序带载的及时、 准确、 可靠， 保证核电三厂两台机组的安 全稳定运行 。 参考文献 1 】 D e s i g n Ma n u a l 9 8 5 2 0 0 0 一 DM一 4 0 0 2 J C l a s s I I I P o w e r Re q u i r e m e n t s f o r S t a n d b y G e n e r a t o r L o a d s and L o a d S e q u e n c i n g9 85 2 0 0 0一 DG 一0 01 【 3 陈在平 ， 赵相宾 可编程序控制器技术 与应用 系统设计 M】 机 械工 业 出版社 2 0 0 7 年 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m