中科希望云计算实验室建设方案

中科希望云计算实验室建设方案北京中科希望软件股份有限公司2013年4月第一部分、关于云计算的相关知识一、云计算简介云计算（cloudcomputing）是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。在过去几年里，云计算和虚拟化的概念获得了巨大的发展动力，并且成为信息技术中的流行词。许多企业开始实现这些新技术，期望通过改进机器的利用率来降低成本，减少管理时间和基础设施成本。云计算是能够使用户在Internet上使用应用程序的一种环境，比如存储和保护数据，同时又能够提供服务。继个人计算机变革、互联网变革之后，云计算被看作第三次IT浪潮，是中国战略性新兴产业的重要组成部分。它将带来生活、生产方式和商业模式的根本性改变，云计算将成为当前全社会关注的热点。一方面，由于云计算正处在高速发展时期，其相关技术也处在日新月异，不断推陈出新的过程中，因此需要技术人员不断更新知识与技能；另一方面，云计算可以分为IaaS、PaaS、SaaS等多个层次，其相关技术涉及虚拟化、集群管理、分布式计算、WEB服务和大数据处理等多个领域，如何使教学与实验工作能涵盖众多层次与领域，成为云计算人才培养中的重要问题。二、云计算的五大优点（1）以服务为基础（2）可扩展性、弹性（3）共享（4）按使用计量（5）基于互联网技术三、云计算的架构层云计算平台可以根据需要动态提供、配置和重新配置服务器。云中的服务器可以是物理服务器或虚拟服务器。高级云通常包含其他计算资源，比如存储区域网络（SAN）、网络设备、防火墙和其他安全设备。总而言之，云服务提供商提供的服务主要可以分为以下三个类别：1.基础设施即服务2.平台即服务3.软件即服务（1）基础设施即服务（IaaS）IaaS就是指以服务的形式交付计算机基础设施。基础设施即服务提供了计算功能和基本存储作为网络上的标准服务。网络中包含了服务器、存储系统、交换机、路由器以及其他系统并可用于处理工作负载。IaaS云可以以一种非常经济的方式提供资源，比如按需从头构建应用程序环境所需的服务器、连接、存储和相关的工具。IaaS的优点包括快速供应、扩展能力、只为使用的资源付费。对于刚刚起步或较小的企业，面临的最大困难之一就是控制资金支出。通过将基础设施移到云中，就可以实现可伸缩的供应，就仿佛您拥有自己的硬件和数据中心一样（对于传统的托管服务提供商来说是不现实的），但是您同时可以将前期成本降至最低。VCL在一个位置同时交付不同的基础设施。它在大学内提供了一个平台（在其内部没有物理基础设施）虚拟化环境。通过使用该环境，学生不需要为其项目建立任何特定的物理基础设施。VCL为基础设施提供了以下服务：计算物理计算机虚拟计算机OS级虚拟化网络存储在将所请求的映像映射到硬件之前，VCL管理者为可用的硬件资源提供适当的虚拟化（聚合，解除聚合）。VCL服务主要关注平台级别的资源控制。（2）平台即服务（PaaS）平台即服务是一个虚拟化的平台，它包括一个或多个服务器（经过物理服务器集合虚拟化）、操作系统和特定应用程序（例如面向Web应用程序的Apache和MySQL）。在某些情况下，可以提供一个包含所有必需的特定于用户的应用程序的VM映像。平台即服务包含一个软件层并将其作为服务提供，这个服务可用于构建更高级的服务。从服务的创建者或消费者的角度来看，PaaS至少存在两种视角：创建PaaS（这里指VCL）的人可能会通过集成OS、中间件、应用程序软件甚至一个开发环境来生成一个平台，这个平台稍后会以服务的形式提供给用户。使用PaaS的人（大学中的用户）会看到一个封装好的服务，这个服务通过一个界面呈现给他们。用户只能通过界面与这个平台进行交互，该平台执行必需的任务来进行管理和扩展，从而提供给定级别的服务。虚拟设备可以归类为PaaS实例。通过使用VCL，学生们不需要在其机器上安装任何特定的服务、解决方案堆栈或数据库。VCL为他们提供了映像，他们只需要选择这些映像并在云中提供的机器上使用它们。服务解决方案堆栈AspJavaPHP.NET存储数据库文件存储（3）软件即服务（SaaS）SaaS是指以服务的形式通过Internet访问软件的能力。软件即服务以服务形式按需提供完整的应用程序。软件的一个实例在云中运行并为多个终端用户或客户组织提供服务。远程应用程序服务的一个最佳例子就是GoogleApps，它通过一个标准Web浏览器提供了多个企业应用程序。VCL允许使用任何软件即服务解决方案、虚拟化解决方案和终端服务解决方案。VMWare、XEN、MSVirtualServer、Virtuoso和Citrix都是典型的例子。VCL还允许任何访问/服务交付选项，这些选项适合从RDP或VNC桌面访问到X-Windows再到Web服务或类似服务等各种内容。四、云计算基础设施模型在从标准的企业应用程序部署模型迁移到基于云计算的模型时，云计算架构师需要对基础设施模型做出几点考虑。对于大学中的云计算，可以考虑三种基本的服务模型，比如公共（Public）、私有（Private）和混合（Hybrid）云。1、公共云公共计算云面向任何希望登录到其中并使用它们的用户。公共云由供应商运行，来自不同用户的应用程序可能会混合存放到云中的服务器、存储系统和网络中。公共云的优点之一就是它们拥有比公司的私有云更大的规模，并且可以提供按需扩展或缩减的能力，将基础设施风险从企业转移给云提供商。IBM为其客户运作一个云数据中心。多名客户共享相同的基础设施，但是每名用户的云都得到了保护并彼此分离，就好象他们位于自己的防火墙之内。2、私有云设计私有云的目的是使组织能够获得比使用由供应商托管的服务更多的数据控制。私有云是为某个组织专门构建的，只能由该组织使用，提供了对数据、安全性和服务质量的最大程度的控制。私有云通常位于组织（企业或大学）的防火墙之后，只有该组织内部的人员有权访问云及其资源。3、混合云混合云同时结合了公共云和私有云模型。这个模型引入了判断如何在公共云和私有云之间分配应用程序的复杂性。在数据量较小或者应用程序无状态时使用混合云，与在数据量较大时使用公共云来进行少量处理相比，前者效果更好。VCL可以处理混合云模型。它可以为一个大学内的学生和教师提供服务和基础设施来作为他们的私有云。它还可以使用公共云在大学之间扩展这些服务。这需要更加安全的网络。五、高校数据中心的发展高校数据中心的发展共有三个阶段：面向标准化的数据大集中、面向资源的虚拟化和面向服务的云计算。（1）传统不同学校不同院系往往建立独立物理网络、独立的服务器资源。（2）新一代通过网络、服务器、存储虚拟化整合IT硬件资源、提供了多样化的教学方式，真正使信息化建设给企业的发展、学校的教学和科研带来帮助。随着虚拟化技术在高校数据中心应用的普及，虚拟机和虚拟机迁移等新特性的出现，传统的网络结构已经不能完全满足虚拟化的要求。云计算的本质是改变IT模式，能够让全局的IT资源更灵活、更高效、更经济的进行统一调配。其中，大集中是前提，虚拟化是方法，而云计算则是未来数据中心的目标。目前，部分信息化建设开展较早的高校已经完成了数据大集中，正处于虚拟化的阶段，通过服务器虚拟化和网络虚拟化等技术手段，整合了资源，提供了多样化的教学方式，真正使信息化建设给学校的教学和科研带来了帮助。随着越来越多的高校数据中心进入虚拟化阶段，云计算也离我们越来越近，构建云计算中心成为占领云计算制高点的重要环节。六、云计算五大领先技术（1）软件集群（2）负载均衡（3）计算能力分布（4）数据集中存储（5）专业权限与安全文件管理随着云技术的发展，以上5大领先技术，促使教育即将全面进入云时代。七、云计算的意义根据联合国的预测，到2012年全世界的城市人口将超过总人口的55%。但是在城市化进程飞速发展的今天，人们的城市生活也越来越面临一系列挑战：空间冲突、文化摩擦、资源短缺和环境污染等。建设“和谐城市”能够保持城市的活力、提高城市生活的质量，让市民享受城市发展所带来的丰硕成果。构建“和谐城市”需要感知纷乱庞杂的城市信息并具备海量数据的分析存储能力。基于新兴的物联网和云计算技术构建的“云”平台，能够使建设“和谐城市”的理想变成现实。作为城市最重要的IT基础设施，城市云是构建数字宜居城市、提升城市公共服务水平和促进城市可持续发展的重要保障。城市云是指通过建立和整合一个城市内的计算、存储、网络、安全、应用等IT资源，为一定范围内的政府、市民、行业企事业单位提供统一云计算服务的城市大型IT基础设施。(一)构建数字宜居城市城市的组织形式首先是为人类居住服务的，因此“和谐城市”首先需要让城市居民和来访者享受到城市的便利性和宜居性。平安城市平安城市通常建设三个平台：公共安全服务平台、城市安防体系平台和应急指挥平台。城市云是最好的平安城市公共服务支撑平台，可以利用其强大的计算能力、存储能力为包括城市视频监控系统、数字化城市管理系统、道路交通和危险源检测等多个系统提供技术保障。智能交通系统智能交通系统(ITS)是基于现代信息技术面向交通运输的服务系统，它基于对大量实时交通信息的采集分析、集成处理和综合应用，为交通参与者提供多样化的管理和服务，促进交通设施的有效利用和交通运行的组织优化，保障交通运输安全，提高路网通行能力和交通运行效率。食品安全由于监管体制没有完全建立和监管手段有限，我国食品安全面临着严重的公共卫生问题。基于物联网技术的食品安全溯源系统能对产品原料的来源和加工历程进行查询，能跟踪饲料或食品生产、加工和分销在特定阶段的流动情况实时状态，从而实现对原料端、生产端、运输端、流动端等环节实施实时监管与无缝衔接，最大程度的在技术上保证产品质量和食品安全。感知环保“感知环保”是结合物联网技术对水体水源、大气、噪声、放射源、废弃物等进行感知、处置与管理，建设成为一个集智能感知能力、智能处理能力和综合管理能力于一体的新一代网络化智能环保系统，旨在推进污染减排、加强环境保护，实现环境与人、经济乃至整个社会的和谐发展。(二)城市公共服务体系城市规模的快速扩大和城市人口的快速聚集对很多城市在城市管理、科学规划和公共服务上提出了更高的要求。建设城市云可以极大地提高城市的运营效率，节约社会资源，提高政府的决策水平，有助于提升整个城市公共服务水平，创造一个人际关系更加和谐的城市环境。一站式政务信息服务建设面向社会的政务信息服务系统，承担政策法规和服务信息网上公告、办事查询、表格下载、递交有关许可审批申请、网上投诉受理等功能，为市民提供“一站式”在线政务服务，是城市管理者转型为服务型政府的主要途径。医疗信息服务电子健康档案中的个人健康信息包括基本信息、主要疾病和健康问题摘要、主要卫生服务记录等内容。统一电子健康档案的建立，可以实现医疗机构间的信息互联互通，健康信息共享，切实解决群众看病就医问题。(三)加快传统产业升级制造业信息化是制造业迈向现代化、增强竞争力的必然过程，其主要的手段就是广泛采用基于高性能计算的CAD/CAE/CAM技术，实现“虚拟产品设计与优化仿真”，以促进传统制造业改造，提高制造业产品研制能力。以高速铁路、航空航天和船舶制造业为代表的高端制造业是城市云主要的服务对象之一，城市云计算中心的强大计算能力是发展区域高端制造业，带动区域传统产业升级改造的重要手段。(四)促进新兴产业发展发展新兴产业是提高城市产业经济效率，寻找区域新的经济增长点，实现城市的可持续发展的重要途径。数字新媒体广电数字新媒体业务以新一代数字技术、网络技术、信息技术为基础，具有兼容、开放、共享、多样、对等、通用的突出特点，给广播电