基于虛擬化技術(shù)的公共教育云平臺構(gòu)建探究

摘 要：基礎(chǔ)教育信息技術(shù)化的不斷普及和基礎(chǔ)教育課程、教材改革的逐步推進(jìn)，優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源的嚴(yán)重匱乏，直接影響著基礎(chǔ)教育事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。教育資源建設(shè)與共享，已經(jīng)成為各級教育行政部門、教育技術(shù)工作者、廣大教師和相關(guān)教育資源開發(fā)企業(yè)的共識。本文以虛擬技術(shù)為核心闡述三類教育云的服務(wù)框架和功能，并以此為基礎(chǔ)提供搭建基礎(chǔ)教育云平臺的建思路和方法。

關(guān)鍵詞：教育云；虛擬化技術(shù)；云服務(wù)

中圖分類號：TP311.52

伴隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和教育信息化技術(shù)的推廣，近幾年，國家、各級教育機(jī)構(gòu)、學(xué)校和公司對推進(jìn)基礎(chǔ)教育信息化工程的實施和教育資源建設(shè)方面投入了大量的人力、物力和財力。雖已取得初步成效。但基礎(chǔ)教育資源建設(shè)仍存在一些問題，主要有：（1）教育資源投入的比例不均衡。在對中小學(xué)教育資源投入過程中，往往重視硬件設(shè)施的投入，總體達(dá)到資金投入的80%以上，而軟件資源投入相對較少。由于長期投入資金的比例不均衡，甚至存在個別區(qū)域資源建設(shè)投入總量的不足、是制約基礎(chǔ)教育資源建設(shè)速度和質(zhì)量的重要因素；（2）教育資源不匹配。滿足實際需要的、優(yōu)質(zhì)的中小學(xué)教育教學(xué)資源不足，存在著結(jié)構(gòu)性短缺?，F(xiàn)有資源在系統(tǒng)性、與文字教材配套等方面存在問題比較突出，也是學(xué)校和教師呼吁最多、呼聲最高的問題。此外，符合課程改革理念、適合信息技術(shù)環(huán)境特點、適應(yīng)德育教育、素質(zhì)教育需求的優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源較為匱乏；[1]（3）共享的教育資源技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。各地區(qū)教育機(jī)構(gòu)和眾多軟件資源企業(yè)在制作教育教學(xué)資源過程中，由于教材版本、教育資源的使用對象、教學(xué)方式和理念的不同，因而使用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而形成各自為戰(zhàn)，自成體系的教學(xué)資源庫平臺。所有這些導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)本身共享互聯(lián)的功能與優(yōu)勢在校級數(shù)字化課程資源庫的建設(shè)中沒有得到充分發(fā)揮，資源平臺重復(fù)建設(shè)浪費了大量的人力、物力、財力，形成目前檢索使用不便、資源難以交換共享的現(xiàn)狀。

因此，構(gòu)建適應(yīng)現(xiàn)代教育特點并結(jié)合信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)以教育教學(xué)為主體，構(gòu)建個性發(fā)展的權(quán)威性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、選擇性、開放性相結(jié)合的優(yōu)質(zhì)教育資源匯聚平臺，基于此平臺使得教學(xué)工具的資源庫和基于互聯(lián)與溝通的資源模式極為關(guān)鍵。

1 虛擬化技術(shù)

20世紀(jì)60年代，在IBM大型機(jī)系統(tǒng)中衍生出虛擬化（Virtualization）技術(shù)。70年代逐漸在System 370系列中流行起來。該系統(tǒng)核心是一種叫虛擬機(jī)監(jiān)控器（Virtual Machine Monitor，VMM）的程序。在物理硬件虛擬出各類運行獨立的操作系統(tǒng)軟件虛擬機(jī)（Virtual Machine）實例。虛擬化技術(shù)主要分為三個大類，分別是：平臺虛擬化（Platform Virtualization）、資源虛擬化（Resource Virtualization）、應(yīng)用程序虛擬化（Application Virtualization）。[2]平臺虛擬化技術(shù)是計算機(jī)和操作系統(tǒng)的虛擬化。資源虛擬化技術(shù)（Resource Virtualization）是對特定系統(tǒng)資源的虛擬化，如內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)資源、網(wǎng)絡(luò)存儲等。應(yīng)用程序虛擬化技術(shù)（Application Virtualization），是對包括解釋技術(shù)、仿真、模擬等。通常的虛擬化技術(shù)是指平臺虛擬化，也稱為虛擬機(jī)技術(shù)。通常是運行控制程序（Control Program，也被稱為Virtual Machine Monitor或Hypervisor），隱藏實際工作平臺的物理特性，為用戶提供抽象的、模擬的計算環(huán)境。[2]

目前，基礎(chǔ)教育資源分布較為分散。如各地市區(qū)的教育機(jī)構(gòu)和教育的第三方參與者，如教育軟件開發(fā)企業(yè)，對教育教學(xué)資源的內(nèi)容、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)甚至是文件格式往往不統(tǒng)一，從而形成了各自為戰(zhàn)，自成體系開發(fā)教學(xué)資源庫平臺的局面，導(dǎo)致廣大中小學(xué)校不得不面對各種不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的教育資源。

使用虛擬化技術(shù)可以用來進(jìn)行服務(wù)器，存儲，網(wǎng)絡(luò)，桌面應(yīng)用程序的整合，提高系統(tǒng)資源利用率，提高管理靈活性，節(jié)省服務(wù)器空間和電耗成本。與云計算的結(jié)合是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法，通常為一些大型服務(wù)器集群，包括計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器、寬帶資源（硬件、平臺、軟件）等等。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。它可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起，將所有的計算資源集中起來以提供各種IT服務(wù)。[3]

2 虛擬化技術(shù)的教育云平臺實現(xiàn)方式

教育云平臺擬搭建資源共建共享、教師共同體構(gòu)筑（教研、科研）、家校共同體構(gòu)筑、師生共同體構(gòu)筑、學(xué)校管理與評估現(xiàn)代化等一系列操作實施，優(yōu)化課程內(nèi)容、轉(zhuǎn)變教與學(xué)方式，充分共享優(yōu)質(zhì)教育資源滿足學(xué)生的個性化教育需求。

虛擬化技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了IaaS基礎(chǔ)云的發(fā)展策略。該策略是在IaaS層通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)平臺的資源共享。主要解決方案是建設(shè)統(tǒng)一資源池，通過虛擬化軟件和虛擬化資源管理軟件將硬件資源池完全封裝。云端用戶可以通過云平臺或互聯(lián)網(wǎng)使用虛擬的資源池，解決傳統(tǒng)建設(shè)模式周期長、硬件資源利用低、安裝維護(hù)等技術(shù)性和安全性問題。[4]

IaaS基礎(chǔ)云業(yè)務(wù)平臺主要是由網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲系統(tǒng)及外圍接口等部分組成。業(yè)務(wù)平臺采用成熟的虛擬化技術(shù)，建立多個可管理的功能化資源池，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、計算能力（服務(wù)器）和存儲資源等共享。資源池有計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡(luò)資源池三大虛擬模塊，在計算資源池中含有，計算資源服務(wù)器；存儲資源池，包括SAN存儲、云存儲和虛擬存儲網(wǎng)關(guān)；在網(wǎng)絡(luò)資源池中，包括以太網(wǎng)交換設(shè)備（接入層、匯聚層、核心層）和光纖交換設(shè)備。

教育信息化公共支撐環(huán)境包括四個方面。（1）云計算基礎(chǔ)設(shè)施。建立面向區(qū)域教育一體化的云計算基礎(chǔ)設(shè)施，包括服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)；（2）云計算管理平臺。搭建對虛擬機(jī)、存儲、并發(fā)、負(fù)載、集群和帶寬等彈性計算的云調(diào)度管理和性能，用戶并發(fā)、數(shù)據(jù)庫并發(fā)、空間讀寫能力、安全管理監(jiān)控平臺；（3）云計算操作系統(tǒng)保障信息存儲安全；（4）云計算平臺應(yīng)用軟件及服務(wù)。包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、開發(fā)語言等運行和開發(fā)環(huán)境及平臺。

3 結(jié)束語

采用IaaS的服務(wù)方式，教育或政府部門可利用現(xiàn)有設(shè)備集中購置及部署多臺服務(wù)器組成“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲和計算能力整合成一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源池。采用計量服務(wù)方式提供給云端的中小學(xué)校，特別是無購置能力的偏遠(yuǎn)區(qū)域?qū)W?；蛎褶k學(xué)校，為其提供所需要的存儲資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)。節(jié)省了學(xué)校基礎(chǔ)硬件的經(jīng)費開銷，有效實現(xiàn)教育均衡發(fā)展。[5]

參考文獻(xiàn)：

[1]張敬濤，李馨.論我國基礎(chǔ)教育資源建設(shè)策略[J].電化教育研究，2006（10）.

[2]張朝清.云服務(wù)見效益[J].中國教育網(wǎng)絡(luò)，2012（08）.

[3]項肖峰，俞朝輝.基于云計算技術(shù)的運營商合作業(yè)務(wù)平臺實現(xiàn)方案研究[J].移動通信，2012（04）.

[4]田冰超.虛擬化技術(shù)研究與探索[J].武警學(xué)院學(xué)報，2010（04）.

[5]涂蘭敬.云計算知識庫：盤點千奇百怪的云名稱[J].網(wǎng)絡(luò)與信息，2012（01）.

作者簡介：張明慧（1976.03-），女，吉林吉林人，副教授，碩士，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)；楊臻（1973.10-），女，河南鄭州人，講師，碩士，研究方向為：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

作者單位：鄭州師范學(xué)院，鄭州 450044

基金項目：河南省信息技術(shù)教育研究重點項目（項目編號：ITE12039）；河南省信息化發(fā)展戰(zhàn)略研究（項目編號：2014266）。