云计算与网络学习

第18卷 2008年第1l期 统代教育技术 ModemEducationalTechnology V01．18 No．1l2008 云计算与网络学习 王萍 张际平 (华东师范大学教育信息技术学系，上海200062) 【摘要l云计算是在网格计算基础上提出的一种新型计算模型，是下一代网络计算平台的核心技术，它提供了可靠安全的 数据存储、方便快捷的互联网服务和强大的计算能力。在教育领域，云计算是未来网络学习的基本环境与平台，将对学习者个 人学习环境构建、学校资源建设和教育信息系统开发等带来积极影响。 【关键词】云计算；网格计算；网络学习；教育信息系统 【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【编号】1009—8097(2008)11—0081—04 引育 Web2．0环境下，互联网所需要处理的业务量快速增长。 除了传统的门户网站外，社会媒体网站提供了越来越多的互 联网服务，如视频在线、图像共享、社交网站等，这些服务 需要处理大量的数据。移动宽带网络和移动智能终端的普及 也使越来越多的移动设备接入互联网，给互联网系统带来了 更多的负载。同时，数据中心建设和维护的成本在不断上升， 如硬件的购买、管理以及能源的消耗等。如何处理海量的数 据与服务，有效地为用户提供方便、快捷的网络服务，成为 互联网当前发展面临的一个问。 网络学习也面临着类似的问题，学习者对信息获取和服 务的要求在不断增长，移动学习和泛在学习的发展进一步提 出了更高的数据和服务要求。同时，学校和教育机构的网络 中心和教育技术中心的软硬件建设和维护成本在不断上升。 如何在有效的成本投资下最大程度的满足学习对海量数据和 服务的要求，成为网络学习中逐渐引起关注的问题。 在这种背景下，基于分布式计算特别是网格技术的发展， 产生了一种新型服务计算模型：云计算。云计算是能够提供 动态资源池、虚拟化和高可用性的下一代计算平台的核心技 术。它以用户为中心，提供安全、快速、便捷的数据存储和 网络服务，使互联网成为每一个用户的数据中心和计算中心， 使用户从以桌面为核心使用各项应用转移到以Web为核心进 行各种活动。在教育领域，云计算为网络学习提供了新的思 路和解决。云计算将是未来网络学习的基本环境与平台， 并通过“云服务”支持并推动网络学习的发展。 收稿日期：2008年7月29日 云计算的含义与特点 1云计算的含义 云计算是在分布式系统、网格计算等发展的基础上提出 的一种新型计算模型，是一种新兴的共享基础架构的方法， 它面对的是超大规模的分布式环境，核心是提供数据存储和 网络服务。 云计算借用了量子物理中的“电子云”(ElectronCloud) 思想，强调说明计算的弥漫性、无所不在的分布性和社会性 特征⋯。 “云”是指计算机群，每一群包括了几十万台、甚 至上百万台计算机，是数据存储和应用服务的中心，用来完 成存储和计算的工作，“云”中的计算机可以随时更新，并且 这种更新是透明的。主要的rr厂商，如谷歌(Google)、微 软(Microsoft)、mM、雅虎(Yahoo)、亚马逊(Amazon)等， 都已经具有并正在建设“云”。 在云计算中，用户所处理的数据并不存储在本地，而是 保存在互联网上的数据中心，用户所需的应用程序并不运行 在用户的个人电脑、手机等终端设备上，而是运行在互联网 上大规模的服务器集群中。提供云计算服务的企业负责管理 和维护这些数据中心的正常运作，为用户提供足够强大的存 储空间和计算能力。用户只需能够接入互联网，就可以通过 电脑、手机等终端设备，在任何地点方便快捷的使用数据和 服务，而不需关心存储或计算发生在哪朵“云”上，如图1 所示。可见，云计算将改变传统以个人计算机为基础的生产 模式，Web将成为交往聚合与设备聚合的中枢，最终改变人 们获取信息、分享内容和互相沟通的方式。 8l 万方数据 图1云计算系统图 图2云计算相关技术 2云计算相关技术 云计算由一系列新技术组合而成，如图2所示。它由分 布式计算、网格计算等技术发展而来，并融合了公用计算、 虚拟化、Web2．0等技术。从本质}：来讲，云计算是服务器虚 拟化技术和基础架构即服务(1aaS，InfrastructureasaService) 两者的结合，其核心是将某一或某几个数据中心的计算资源 虚拟化之后，向用户提供以计算资源为形式的服务。 (1)云计算与网格计算 云计算技术是网格技术的发展，两者有许多相似之处， 都希颦利用人量计算机，构建出强大的计算能力。云计算环 境可通过快速提供运行网格应用的物理和虚拟服务器来支持 网格计算。同时，云计算也支持非网格环境，比如的三 层Web架构或Web2．0应用。两者之间的主要区别在于：从服 务角度来看，网格计算一般更重视异质资源整合，而云计算 更重视提供基础服务；为了方便管理，并充分运用服务器的 效能，云计算使用了虚拟化技术：网格运算通常只使用专属 的应用协议和数据格式，而云计算当Ij{『则存在多种技术架构。 (2)云计算与虚拟化技术 虚拟化是云计算最强调的特点。在计算机领域，虚拟化 通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础．卜运 行，是把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源。虚拟化技 术可以扩大硬件的容量，简化软件的重新配置过程。在云计 算环境下，虚拟技术将网络中的服务器、存储和网络虚拟成 82 一个资源池，统一灵活调配。每一个应用部署的环境和物理 平台无关，通过虚拟平台进行管理实现对应用的扩展、迁移 和备份。 (3)云计算与saas SaaS(Software．as—a—service，软件即服务)，是通过互联 网以服务形式交付和使用软件的业务模式。据Gartner公司估 计，到2011年，25％的软件将通过服务模式发布，SaaS将会 逐渐成为软件行业主流的应用模式。但是随着SaaS软件客户 的增长，网络存储和带宽等基础资源逐步成为发展的瓶颈。 云计算为SaaS的发展提供丫条件，服务商可以选择云计算平 台，使用云计算基础架构，通过低廉的价格为海量的用户群 提供更为稳定、快速、安全的应用和服务。 3云计算的特点 云计算的特点和优势主要表现在： (1)可靠、安全的数据存储 云计算提供了最为可靠安全的数据存储中心，数据(如 文档和媒体)将会自动同步，通过Web町在所有的设备上使 用。这样避免了用户将数据存放在个人电脑上可能造成的数 据丢失或病毒等问题。同时，云计算通过严格的权限管理策 略支持数据的共享。 (2)方便、快捷地云服务 云计算时代，用户将不需要安装和升级电脑上的各种应 用软件，只需要具有网络浏览器，就可以方便快捷地使用云 计算提供的各种服务。这将有效地降低技术应用的难度曲线， 进一步推动Web服务发展的广度和深度。 (3)强大的计算能力 云计算为网络应用提供了强大的计算能力，可以为普通 用户提供每秒10万亿次的运算能力，完成用户的各种业务要 求。这种超级运算能力在普通计算环境F是难以达到的。 (4)经济效益 据预计，相对于机构自身运营的数据中心而言，云计算 服务提供商的存储成本一般只有其十分之一，而带宽成本只 有二分之一，计算处理能力成本只有三分之一。这将帮助一 砦机构以比较低廉的架构成本进行运作。 二云计算研究现状 云计算已经得到包括谷歌(Google)、微软(Microsoft)、 IBM、雅虎(Yahoo)、亚马逊(Amazon)等软件厂商的重视， 各个软件厂商都在积极推进云计算的研究和应用，分别提出 了针对云计算的方案和实现。 1亚马逊的弹性计算云 亚马逊(Amazon)公司是最早的云计算实践者之一。亚 万方数据 马逊公司在构建自身零售平台时，使用了云计算的方法，将 购物平台构建在其基础之上。Amazon的云计算服务总称为 AnlazollWebServices(AWS，AmazonWEB服务)，它包括四 种主要的服务：SimpleStorageService(s3，一种简单的存储 服务)；ElasticComputeCloud(EC2，弹性可扩展的云计算服 务器)；SimpleQueuingService(一种简单的消息队列)；以及 仍处在测试阶段的SimpleDB(简单的数据库管理)。 2Google的云计算平台 Google的云计算平台主要包括Google针对云计算提出的 大规模分布式计算的基础架构以及Google在此基础之上构造 的云计算应用服务程序。2008年4月，Google推出了App Engine云计算平台f21。AppEngine是一个由Python应用服务 器群、BigTable(Google的一个内部的数据库系统)数据库访 问及GFS(GoogleFileSystem，Google文件系统)数据储存 服务组成的平台。它能为开发者提供一体化的主机服务器及 可自动升级的在线应用服务，由用户编写应用，Google提供 应用运行及维护所需要的一切平台资源。 3IBM的云 mM公司在与Google的合作过程中，提出了自己对于云 计算的理解以及相应的技术解决方案。IBM公司于2007年11 月15日在上海宣布了蓝云“BlueCloud”计划【3】，使公司的数 据中心能够按照上￡联网应用服务程序的形式进行组织，将计 算能力分配到分布式全局叮以访问的资源组织中，而不是局 限于本地的一些服务节点或者固定远端的服务器机群中。在 蓝云中采用了Xen的系统级虚拟化方法，同时提供虚拟化的 服务器以及物理服务器的计算资源。 4微软的“云一端”策略 微软的云计算战略是“云．端”的共存与互动【4J，并提出 了“软件+服务”(S+S：Software+Service)业务模式，希望通 过整合最优秀的软件和实时更新的服务，充分发挥技术在选 择性、适应性和功能性方面的价值。Software主要指前端展现 层，包括桌面客户端(如：Vista、Office等)和智能，移动终 端(如WindowsMobile等)；Services主要是指后端数据模块， 包括云计算服务(如：WindowsLive)和企业后端(如Biztalk 等)。微软的LiveMesh是云计算及其Live战略的最重要一步， 目前正处于测试阶段，已推出多个Beta版。LiveMesh可以 称为“互联网上的Windows”，它以“软件+服务”的方式将 计算机、手机和其他数字设备通过互联网整合起来，允许用 户同步访问、共享或存储文件。 三云计算对网络学习的影响 在教育领域，2007年10月，Google和IBM联合宣布推 广“云计算”的计划，包括卡内基梅隆大学、斯坦福大学、 麻省理T学院、加州大学伯克利分校在内的多所高校都参加 了该项计划，我国的清华大学也y-2008年3月加入_r此项计 划。通过这项计划，高校的研究者能够更方便地利用Google 和IBM的云计算资源，搭建出各种创新性的应用。 传媒学家麦克卢汉认为“任何技术都倾向于创造一个新 的人类环境”。云计算模式将为教育领域拓展出一个崭新的学 习空间，也为信息共享、信息协作和学习创造了一个全新的 环境。随着云计算模式的逐渐发展和普及，学校、教育机构 和个人的信息处理会逐渐迁移到“云”上，这将对网络学习 带来积极的影响。一方面，学习者可以通过云计算提供的服 务，自由地选择学习内容和学习方式，更好地利用信息资源 和服务。另一方面，教育管理机构和教育科研工作者能更好 地管理教学资源、开展教学设计、优化教学过程。对于我们 教育技术工作者来说，掌握云计算技术的思想和应用模式， 并在网络学习系统的设计和开发中进行应用，将对网络学习 带来新的推动。 1学习者 云计算是学习者方便快速地构建个人学习环境的有效手 段，将支持并推动个人学习环境和非正式学习的发展。 (1)构建网络学习环境 Web2．0环境F，以学习者为中心的个人学习环境将是网 络学习的发展趋势，非正式学习将在学习者的学习活动巾占 据越来越大的比重。网络学习已不再被局限在学校机构的范 围中，而是更广泛的、学习者可自行创建和管理的空间，学 习活动也更多地由学习者自己而不是学校机构来控制。学习 者控制和管理个人学习，选择所需要的学习资源和服务，不 同的学习者会选择不同的学习内容和工具来创建其个人学习 环境。在云计算支持下，个人学习环境的基本要素如文本、 音视频、培训等都可以由云服务实现控制和管理。学习者只 需要通过浏览器即可获取构建学习环境所需的数据和服务， 而不需再掌握复杂的软件操作，这样极大降低fr网络学习环 境构建的门槛。 (2)提高学习生产力 云计算增强了网络学习的灵活性和敏捷性，能够实现学 习资源和学习工具的“按需而用、即需即用、快速聚合”，降 低Web学习资源与服务的成本与难度，创建灵活敏捷的学习 方式，创设丰富的学习情境，从而有助于提高学习生产力， 最终提高学习效果。 2学校管理机构 云计算模式能极大地降低教育信息系统建设的成本。对 于学校来讲，通过投资建立计算中心成本较大，并且难以与 教育信息系统的快速成长和服务多元化要求相匹配。云计算 模式为学校提供了合适的借鉴方案，教育机构数据中心、网 络中心的相关任务将可以选用云计算服务来完成，通过云计 83 万方数据 算提供的n'基础架构，可以节约成本，不用再投资购买昂贵 的硬件设备，负担频繁的维护与升级。同时，云计算也将有 效地消除教育信息系统中的“孤岛”现象。网格技术给出了 消除信息孤岛的解决方案，作为网格运算模式的发展和改进， 云计算提供了更强的管理机制、自动化部署和高层次的虚拟 化，将实现网络虚拟环境上的最大化资源共享和协同工作。 Gartner研究机构的分析家称，尽管云计算的全面实际应 用依然有一定距离，但是需要及早进行规划。在教育领域， 学校管理机构在现阶段进行信息系统建设和资源建设时应该 考虑到这一因素，一方面避免将来采用云计算时造成的硬件 和软件建设浪费，另一方面，能使现有的信息系统和资源能 将来更好的与云计算环境缝合。 3教学系统开发人员 在云计算环境下，需要构建支持网络学习的“云”服务， 云服务的设计与开发是将来教学信息系统开发者要掌握的技 术。图3是e．Learn云的构架，这里，基本云服务由服务商提 供，e-Learn云服务和数据将由教学设计者和系统开发者共同 研究、设计和开发。在云服务开发中，开发人员可以利用“松 散耦合模式开发各个组成部分”[51，使用相关的语言和框架开 发出能够在联系松散的设备网络之间无缝使用的各种应用。 学习者通过Web浏览器或手机等移动设备，获得互动性、体 用户：翟篓芽端 彳产Intemet <夕 e—Learn 服务’j数据 ．上： 数 服 作 据 务 厄 安 僻 竹 数 争 据 性流 硼 坤 存纰‘j处理 艰本云服务 图3e-Learn云架构 验性、移动性和存储服务。e．Learn服务和数据可以在最大范 围内共享，避免了教育信息系统的重复开发。 四结束语 互联网的精神实质是自由、平等和分享。作为一种最能 体现互联网精神的计算模型，云计算必将在不远的将来展示 出强大的生命力，并将从多个方面改变我们的学习、工作和 生活。教育新技术研究的最终目的是为了将技术更好地应用 于教学，如何做到这一点，需要在对新技术研究的基础上进 一步设计开发其在教学中的应用，充分发挥新技术的技术特 点和优势，通过技术在教育中的应用体现和提升其价值。对 云计算技术的研究，将有助于对网络教育软件未来方向的把 握，促进我们对相关技术进一步的广泛深入研究，为技术在 网络学习中的科学合理应用奠定基础。 参考文献 【1】／dklTUllOU．云计算简介[EB／OL]． 【2】PaulMcDonald．IntroducingGoogleAppEngine． 【3】IBM．IBMIntroducesReady—to-UseCloudComputing[E B／OL]． 【4】祁金华．云计算：网格计算的2．0．[EB／OL]． 【5】RayOzfie．微软首席架构师RayOzzie发表关于微软服务 战略的备忘录[EB／OL]． CloudComputingandNetworkLearning WANGPingZHANGji-ping fDepartmentofEducationalInformationTechnology,EastChinaNormalUniversity，ShanghaL200062。China) Abstract：Cloudcomputingisanewproposedcomputingmodelbasedon鲥dcomputingandthecoretechnologyofnextgeneration nctwoAplatform．Itprovidesreliableandsecuredatastorage，convenientwebservicesandstrongcapabilityofcalculation．Ineducation。 cloudcomputingwillbethefundamentalenvironmentandplatformoffuturenetworklearning．Itwillhavepositiveeffectinthe constructionofpersonallearningenvironmentforlearners，resourcesconstructioninschoolsanddevelopmentofeducationalinformation systems． Keywortls：CloudComputing；GridComputing；NetworkLearning；EducationalInformationSystem 万方数据