水利科研云平台建设与总体设计应用的主要技术研究

　　摘要:为持续推进水利科研信息化进程，开展了水利科研云计算平台体系及其应用技术研究，明确了管理云、科研云、办公云、综合数据中心及智慧流域研究平台支撑这5项应用需求;采用主流的X86系统架构，运用虚拟化技术，实现资源池化的技术路线，完成云平台结构设计;在统计现有设备使用率和各项应用预期数据的基础上，计算得出平台资源池的规模并确定设备档次;汇总VMware等主流软件调研成果，比选确定了云操作系统。并就水利科研云平台的云运行模式、云存储模式、云安全问题开展技术研讨。按照设计，云平台基础设施已经建设并得到有效使用，有关应用工作也正在有序推进。

　　关键词:云计算平台;总体设计;虚拟化;资源池;云操作系统

　　如同当年的互联网一样，云计算时代的到来为水利科研提供了又一次创新发展的机遇。按照《长江科学院信息化规划(2013—2017)》的部署，在规划期内要建成长江科学院(简称长科院)云计算平台，为水利科研提供更现代化的信息化工作环境。为推动云计算从概念走向实用，综合考虑到科研、管理、办公需要，以及流体、固体等多专业应用的实际情况，长科院在建设该平台之前先编制了《长江科学院云平台建设与应用总体设计报告》(简称《总体设计报告》)，用以明确主要需求，确定建设目标、技术路线、平台规模、设备选型及实施方法。在设计过程中，也需要将云计算理论与水利科研具体业务相结合开展技术应用研究，本文总结其主要研究成果。

　　1、云计算平台应用需求

　　《总体设计报告》确定，长科院云计算平台建设目标为:建设一套集中共享，安全可靠，可管、可扩、易维护的云计算平台，用以承载综合管理应用软件和数据;并以云计算平台为基础，建设综合数据中心基础架构，推进科研信息化工作的有序进行，支撑智慧流域系统技术研究。

　　建设目标是在需求分析基础上提出的，同时也集中反映了主要应用。总体设计工作强调需求引导，需求决定结构，需求决定功能，需求决定规模。

　　《总体设计报告》分析确认的应用需求归纳如下。

　　1．1管理云

　　在上一个院信息化5年规划中，以综合管理信息系统应用为标志，实现了院管理信息化。现在要在云计算平台上构建科研管理云，即要完成包括综合管理信息系统(含人财物管理)、ＲTX、网站、档案文献等管理软件的云迁移，完善管理云信息访问功能，并保持通畅的外部接口。在管理云运行的同时，不断丰富其功能、扩大其使用范围，深化应用，提高效率及速度。

　　1．2科研云

　　要在以往各专业科研信息化工作的基础上，整体推进科研信息化进程，实现科研设备与基础数据的有效共享及资源的充分利用，优化各专业所的科研流程。在不断提高科学实验、科学计算信息化程度的同时，依托云计算技术，构建集数据资源存储、计算资源分配、数据安全保障于一体的基于云计算平台的科研环境。

　　1．3办公云(虚拟桌面)

　　虚拟桌面是利用虚拟化技术，在数据中心的服务器上按需生成大量的和真实PC一样功能的虚拟机，这些虚拟机具备与PC机基本相同的计算机处理能力。为提高办公条件的集约化与安全性，要依托云计算平台，配备院虚拟桌面系统，并逐渐由PC终端向虚拟桌面终端转变，以适应瘦客户机、平板电脑等智能终端的办公需求。

　　1．4智慧流域研究的平台支撑

　　智慧流域是在智慧地球概念下局部的、专业化的智慧系统，是水利信息化的高端、集成和深度应用。要开展智慧流域研究，需要充分利用物联网、大数据技术，并在云平台上研究开发与应用。在建设院云计算平台时，要为智慧流域研究提供平台支撑，即要为其安排必要的计算资源。

　　1．5综合数据中心

　　水利科研，过程漫长而复杂，科研成果数据来之不易。在信息化时代，对数据的收集、存储、管理和共享都至关重要。要利用云计算平台，建立有自己特色的综合数据中心，保存有公共利用价值的基础数据、野外观测采集数据、科研成果数据以及第三方数据，并对科研数据成果、管理信息数据和网站数据进行归档保存。数据中心主要负责数据的集中存储、管理、访问，并为实现数据信息的共享和挖掘利用提供方便。

　　2、云计算平台体系设计

　　在主要需求确定之后，要制定合适的技术路线，并选择合理的框架体系。

　　2．1云计算的概念

　　云计算是一种商业计算模型。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、存储空间和信息服务。

　　其服务类型有IaaS，PaaS，SaaS3种，IaaS将硬件设备等基础资源封装成服务供用户使用，在IaaS环境中，用户相当于在使用裸机和磁盘，既可以让它运行Windows，也可以让它运行Linux，因而几乎可以做任何想做的事，但用户必须考虑如何才能让更多台机器协同工作起来。IaaS最大的优势在于它允许用户动态申请或释放节点，按使用量计费。

　　PaaS对资源的抽象层次更进一步，它提供用户应用程序的运行环境。PaaS自身负责资源的动态扩展和容错管理，用户应用程序不必过多考虑节点间的配合问题。但与此同时，用户的自主权降低，必须使用特定的编程环境并遵照特定的编程模型。

　　SaaS针对性更强，它将某些特定应用软件功能封装成服务。SaaS既不像IaaS一样提供计算或存储资源类型的服务，也不像PaaS一样提供用户运行自定义应用程序的环境，它只提供某些专门用途的服务供用户调用。

　　2．2云计算的体系结构

　　云计算体系结构可分为4层:物理资源层、资源池层、管理中间件层和SOA(Service-OrientedArchitecture，面向服务的体系结构)构建层，物理资源层包括计算机、存储设备、网络设施、数据库和软件等;资源池层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、存储资源池、数据资源池等;管理中间件层负责对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务，也包括身份认证、访问授权、综合防护和安全审计等;SOA构建层将云计算能力封装成标准的WebService服务，并纳入到SOA体系进行管理和使用，包括服务接口、服务注册、服务查找、服务访问和服务工作流等。

　　管理中间件层和资源池层是云计算技术的最关键部分，SOA构建层的功能更多依靠外部设施提供。