上海海事大學：把實驗室放上云端
近年來，國家號召高教行業(yè)實行信息化，要求教育教學系統(tǒng)的信息化改造，全國高校掀起了實驗室建設(shè)熱潮，形成了三大類物流實驗室：硬件模擬實驗室、軟件仿真實驗室以及優(yōu)化計算實驗室。在實驗室建設(shè)過程中雖然成果顯著，取得了一系列引人矚目的進展，然而實驗教學涉及的范圍寬廣，輔助教學的軟硬件系統(tǒng)種類繁多，傳統(tǒng)的管理模式造成使用復雜，教師使用積極性不高等問題，嚴重影響教學效果，而且對教學過程中的使用情況難以獲得，難以評估教學效果。目前，實驗室的各軟硬件系統(tǒng)主要是依賴傳統(tǒng)服務器的方式，在實際使用和業(yè)務發(fā)展中面臨著如下幾個主要突出問題：
1.實驗室基礎(chǔ)設(shè)施運維成本高，無法做到對各系統(tǒng)集中管理和使用情況的監(jiān)控；
2.實驗室硬件利用率不高，軟件的安裝與維護管理工作量不?。?
3.實驗室維護人員經(jīng)驗不足，故障處理時間長；
4.實驗教學需求快速變化，信息化資源的發(fā)放無法滿足教學、科研的需要；
5.實驗室一些昂貴軟件受制于加密措施而無法實現(xiàn)多用戶共享，利用率不高；
6.實驗室日常管理和使用情況記錄與統(tǒng)計手段比較原始。
iLogistics平臺簡介
2012年以來，上海海事大學積極研發(fā)構(gòu)建全新一代開放式實驗平臺--iLogistics教學科研公共服務平臺（簡稱：iLogistics平臺，如下圖1所示），以高度開放、集聚、共享的理念分享高水平實驗室資源在教學、科研、社會服務中的價值。
iLogistics平臺基于云計算技術(shù)，具有高性能計算、存儲和網(wǎng)絡傳輸能力，部署有大量實驗室軟件系統(tǒng)，通過各大運營商專線實現(xiàn)不間斷互聯(lián)網(wǎng)在線。廣大教師和學生可以隨時隨地使用各種終端設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)訪問iLogistics平臺，開展開放式的教學和科研實驗。iLogistics平臺允許集中管理實驗室所有軟硬件和網(wǎng)絡資源并制作可分發(fā)的虛擬實驗環(huán)境模板；擁有統(tǒng)一的門戶入口，方便用戶虛擬實驗環(huán)境檢索與申請；有效提高實驗室軟硬件的利用率，實驗環(huán)境安全可控；滿足日益復雜多樣化的實驗環(huán)境，盡可能實現(xiàn)實驗環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境一致性。
iLogistics平臺通過在線的方式開放實驗環(huán)境，為教學與科研提供新的協(xié)作模式。在iLogistics平臺中，實驗環(huán)境自助調(diào)度，資源自主調(diào)節(jié)，用戶可以隨時隨地在任意一臺連接到互聯(lián)網(wǎng)的計算機上，申請一臺具有學校特定實驗環(huán)境的高性能遠程計算機進行教學、科研實驗。并且，相關(guān)實驗數(shù)據(jù)可以與實驗伙伴進行遠程分享，亦可進行快照式備份保留，在需要的時候再現(xiàn)。
iLogistics平臺架構(gòu)
iLogistics平臺底層為基礎(chǔ)服務器集群，其中融合刀片服務器、分布式存儲及網(wǎng)絡交換機為一體，并預集成了分布式存儲引擎、虛擬化平臺及云管理軟件，資源可按需調(diào)配、線性擴展。在網(wǎng)絡架構(gòu)方面，iLogistics平臺的校園網(wǎng)通過10GE二層接入，多路公網(wǎng)通過三層接入，連接到外網(wǎng)防火墻上，系統(tǒng)通信平面劃分為業(yè)務平面和管理平面。業(yè)務平面主要為虛擬機虛擬網(wǎng)卡的通信平面，對外提供業(yè)務應用；管理平面主要負責整個云計算系統(tǒng)的管理、業(yè)務部署、系統(tǒng)加載等流量的通信。為了保證各種網(wǎng)絡平面數(shù)據(jù)的可靠性，不同平面間采用VLAN等技術(shù)進行隔離，單個平面故障不影響其他平面的正常工作。外部網(wǎng)絡與內(nèi)部網(wǎng)絡之間通過防火墻進行隔離，防火墻工作在透明模式，堆疊交換機通過2條10GE鏈路綁定后上行到外網(wǎng)防火墻。iLogistics平臺前端采用Java技術(shù)開發(fā)Web應用程序，實現(xiàn)統(tǒng)一的門戶入口。
iLogistics平臺運維管理
iLogistics平臺運維管理平臺在各實驗教學軟件的目標機器上安裝運維Agent，該Agent維持三個通道，包括命令通道、下載文件通道以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)通道（主要是監(jiān)控的統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。在Agent之上，部署有Center服務器，與Agent是一對多的關(guān)系。運維過程中，所有命令從管理平臺發(fā)出，通過Center服務器，最后到達Agent；相反，監(jiān)測數(shù)據(jù)從Agent發(fā)出，經(jīng)由Center服務器，最后傳遞到管理平臺。iLogistics運維管理平臺將復雜的運維日常操作簡單抽象成四種運維操作：文件操作、系統(tǒng)操作、安全操作與網(wǎng)絡操作，所有的運維操作都通過統(tǒng)一的管理平臺進行，可以進行有效的審計。iLogistics運維管理平臺具有完善的監(jiān)控報警機制，每個報警點標記為獨立的事件編碼，統(tǒng)一管理，統(tǒng)一報警，所有的事件報警積累成為運維問題知識庫。
iLogistics平臺亮點
iLogistics平臺是上海海事大學基于10年的實驗室建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)實驗室運維服務管理理念的一次重大突破。平臺借助現(xiàn)代信息技術(shù)，打造有高性能計算、存儲和網(wǎng)絡傳輸能力，部署有大量實驗軟件的云平臺系統(tǒng)，有效解決長期困擾高校實驗室建設(shè)與運維過程中存在的問題。iLogistics平臺的特色與創(chuàng)新之處在于：
1.iLogistics平臺是一種全新的實驗室運維解決方案，集中管理所有軟硬件和網(wǎng)絡資源，可以滿足日益復雜多樣化的實驗環(huán)境，盡可能實現(xiàn)實驗環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境一致性；
2.iLogistics平臺制作可分發(fā)的虛擬實驗環(huán)境模板，擁有統(tǒng)一的門戶入口，方便實驗環(huán)境檢索、申請、分發(fā)和運行調(diào)度流程控制；
3.iLogistics平臺虛擬實驗環(huán)境24小時在線，通過在線的方式開放實驗環(huán)境，為教學與科研提供了新的協(xié)作模式；
4.iLogistics平臺具備在線協(xié)作、教學演示機制，實驗環(huán)境支持快照，并可長期保存；實驗數(shù)據(jù)集中管理，數(shù)據(jù)和實驗環(huán)境相對獨立；
5.iLogistics平臺擁有完備的實驗環(huán)境運行日志，利于監(jiān)控和資源優(yōu)化配置，也為實驗室的科學管理提供有效依據(jù)。
iLogistics平臺是集成計算機技術(shù)、通信技術(shù)、云計算技術(shù)、虛擬技術(shù)等大型復雜的信息化工程，借助云計算技術(shù)提升教學和科研服務。iLogistics平臺是高校實驗室運維管理服務理念的一次突破，應用模式還需要不斷探索。目前，iLogistics實驗室已經(jīng)上線試運行，其生態(tài)圈的建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展也是一個挑戰(zhàn)。
（作者單位為上海海事大學）
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