云計算與基礎設施云部署創(chuàng)新課程開設探索

賴錦輝

(廣東石油化工學院 實驗教學部計算機中心，廣東 茂名 525000)

云計算與基礎設施云部署創(chuàng)新課程開設探索

賴錦輝

(廣東石油化工學院 實驗教學部計算機中心，廣東 茂名 525000)

云計算是近年來最為熱門的 IT 技術，也被認為是互聯(lián)網(wǎng)乃至整個IT行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，企業(yè)對云計算的興趣在不斷地提高，云計算在全世界得到了很大的發(fā)展，作為肩負著向高校學生傳遞最新信息技術任務的大學計算機基礎課程教學體系，將進一步貼近企業(yè)發(fā)展的需求開設新的課程。本文在分析了云計算涵蓋的廣度和深度的基礎上，探討了《云計算與基礎設施云部署》課程作為計算機公共課程開設的教學內(nèi)容和教學計劃，以擴大學生的應用知識層面，拓展學生對新技術的認識。

計算機公共課程；云計算；基礎設施云；部署

云計算是近年來最為熱門的 IT 技術，也被認為是互聯(lián)網(wǎng)乃至整個IT行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，產(chǎn)業(yè)規(guī)模預計達到千億美元[1]。云計算是網(wǎng)格計算、分布式計算、并行計算、效用計算、網(wǎng)絡存儲、虛擬化、負載均衡等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡技術發(fā)展融合的產(chǎn)物，是一種新興的商業(yè)計算模型[2]。

“云計算”這個概念的提出是因為在此之前，不同的企業(yè)和公司都希望能低成本高效率地使用信息化服務。傳統(tǒng)的 IT 服務方式無論是硬件基礎搭建、軟件后期開發(fā)、維護管理等都需要很大的時間和資金投入，而且服務器資源的利用率低，業(yè)務在不同時間段的負載不均衡，難以計算和處理大數(shù)據(jù)，更重要的是不能將企業(yè)淘汰的物理硬件設備重復利用以節(jié)省硬件設備開銷。

云計算可以摒棄上述的缺點，能夠將現(xiàn)有的IT資源進行高度虛擬化，并把大量高度虛擬化的資源管理起來，組成一個大的資源池，將計算任務分布在資源池上，使各種應用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算能力、存儲空間和各種軟件服務，這種資源池稱為“云”[3]?！霸啤笔且恍┛梢宰晕揖S護和管理的虛擬計算資源，通常為一些大型服務器集群，包括計算服務器、存儲服務器、寬帶資源等。云計算將所有的計算資源集中起來，并由軟件實現(xiàn)自動管理，這使得應用者能夠更加專注于自己的業(yè)務。對于企業(yè)而言，企業(yè)內(nèi)部不再需要大力組建技術中心，企業(yè)只需要支付很低廉的價格，就能享受云計算提供的強大的計算存儲能力，將為企業(yè)節(jié)約巨大的財力物力。這就是云計算的魅力。

近年來，云計算模式能夠以低成本高效率的方式幫助企業(yè)獲得并使用信息技術，企業(yè)對云計算的興趣在不斷地提高，隨著越來越多的政府、企業(yè)、醫(yī)院放棄計算機主機而使用云計算服務，云計算在全世界得到了很大的發(fā)展[4]。

1 云計算與基礎設施云部署課程作為公共課程開設的思路

一門新課程的開設，要順應市場和企業(yè)的需求，要校企對接，既能為企業(yè)提供技術服務，又能給學生提供“實戰(zhàn)演練”的實訓機會，實現(xiàn)人才的輸出以及滿足企業(yè)的需求這樣一個雙贏的局面。

廣東石油化工學院計算機實驗教學中心隸屬實驗教學部，主要負責全校非計算機專業(yè)計算機基礎公共課程的實驗教學等任務。為貫徹落實“面向社會，針對崗位，強化能力，促進發(fā)展”，強化學生實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)應用型人才需要，中心在進行市場調(diào)研及企業(yè)需求分析的基礎上，為全校學生開設的信息技術創(chuàng)新類課程如下：網(wǎng)頁制作基礎、程序設計基礎、計算機輔助設計基礎、JavaScript程序設計、動態(tài)網(wǎng)站建設(基于ASP.NET)、多媒體課件設計與制作、微機組裝與維護、網(wǎng)頁制作基礎、Photoshop圖像處理、數(shù)據(jù)庫原理與應用(基于Access)、數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)設計、Flash動畫制作、教育電視節(jié)目編導與制作、辦公自動化、數(shù)字廣告設計、網(wǎng)店運營等。這些課程均有完備的教學目標、課程內(nèi)容、教學體系，并且都對應開設了實驗課，制定了實驗大綱和實驗講義，旨在在全校范圍內(nèi)培養(yǎng)具備企業(yè)和社會需求的信息技術素養(yǎng)的學生。實驗教學部成立以來，一直堅持與時俱進，緊跟時代步伐，挖掘企業(yè)需求，課程設置努力做到“需求至上”。目前，本校實驗教學部已經(jīng)對外開設的項目有：(1)網(wǎng)絡工程類：服務器托管、核心設備裝調(diào)、綜合布線；(2)系統(tǒng)開發(fā)類：網(wǎng)絡信息化應用系統(tǒng)設計、開發(fā)、維護；(3)資源開發(fā)類：多媒體資源開發(fā)、網(wǎng)站(網(wǎng)店)設計、動畫制作；(4)音視頻制作：專業(yè)錄音、宣傳廣告片制作、視頻編輯；(5)多媒體系統(tǒng)：多媒體課室、視頻會議室等設計安裝調(diào)試；(6)技術培訓類：辦公自動化及上述所有內(nèi)容的企業(yè)培訓與職稱考試；(7)競賽支持類：為本校學生參與各類計算機設計大賽等比賽提供全方位指導；(8)專業(yè)結合類：為本校各專業(yè)學生進行數(shù)據(jù)分析、實驗論證提供計算機編程技術指導；(9)培訓考試類：學生、教師技能培訓與訓練、新信息技術推廣與拓展。

既然云計算是近年來最為熱門的 IT 技術，企業(yè)對云計算的興趣在不斷地提高，因此，迫切需要開設云計算與基礎設施云部署這門課程。我們要做的工作有：大學計算機課程教學體系應該進一步結合企業(yè)的需求，介紹最新IT前沿技術；深入理解云計算的理念和本質，掌握通用的云計算平臺規(guī)劃和實施的流程與方法；部署云平臺軟件，強化云平臺服務、業(yè)務交付模式。；理解安全性和可用性設計的問題、方法與實踐；掌握把傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心遷移到云計算中心的技術與方法；最終能為企業(yè)提供一個完整的云基礎架構解決方案。

2 課程的內(nèi)容安排

2.1 課程開設應考慮的因素

在開設該門課程的前期調(diào)查準備中，我們考慮了以下5個因素。

1)“云計算”不是一個剛剛流行的概念，在一些傳統(tǒng)IT方法顯得無能為力的場合，云計算正在開始大展拳腳，表現(xiàn)了強大的解決問題的能力。云計算的本質和理念是什么？應該如何正確地看待云計算？如何選擇合適的技術和方案？如何在設計中解決資源、效率、安全性、可靠性等一系列極難平衡的問題？如何通過云計算幫助企業(yè)解決在傳統(tǒng)IT技術中看似解決不了的敏感問題？這些都是在云計算架構設計中需要深入研究的問題。

2)在云計算SPI架構中,基礎設施就是服務(IaaS)是一個重要的部分。在過去相當長的時間里，很多單位和企業(yè)都建立了龐大的、基于分布式的數(shù)據(jù)中心，如何進一步提升這些數(shù)據(jù)中心的能力？如何把傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心改造為基于云計算的服務系統(tǒng)？在基礎設施改進中會有哪些問題？應該怎么解決？這些都是企業(yè)非常關心的問題，也是培養(yǎng)學生能力遷移的知識要點。

3)構建云基礎設施的一個重要手段是虛擬化。必須深入研究虛擬化技術是如何實現(xiàn)的。虛擬化技術有哪幾個層面的問題？如何正確應用虛擬化技術來實現(xiàn)把基礎設施向服務轉型？各種虛擬化技術有些什么優(yōu)點？有哪些陷阱？如何規(guī)劃技術解決方案？如何正確進行云計算體系結構設計？在構建云數(shù)據(jù)中心時，對存儲、網(wǎng)絡有哪些關鍵技術問題需要考慮？哪些方案可以選擇？

4)在云計算應用中，安全不是一個后期需要解決的獨立問題，而是在前期就需要投入巨大精力來考慮的產(chǎn)品策略?？梢哉f，安全性與可用性是云計算能否順利實施與應用的關鍵點，也是云計算架構設計的關鍵因素。我們應該如何考慮安全問題？如何解決諸如數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡安全、主機安全、數(shù)據(jù)管理以及災難恢復等一系列問題？如何制定合適的安全性與可用性策略？在實踐中有什么經(jīng)驗和教訓？

5)在深入學習云計算的體系結構、層次結構和技術模型后，為企業(yè)設計一個完整的云基礎架構解決方案。

2.2 授課計劃

根據(jù)教學內(nèi)容安排，我們在教學工程中，修訂了云計算與基礎設施云部署授課計劃如表1所示。

表1 云計算與基礎設施云部署課程授課計劃表

2.3 具體的課程開設

云計算的應用延伸已經(jīng)遍及到社會的各個領域，通過開設本課程，希望推動學生了解最新最熱門的IT 技術，將來能在提供云計算服務的企業(yè)和公司謀求到合適的職位，也為國內(nèi)云計算項目開發(fā)和實施提供經(jīng)驗推廣。因此，我們考慮具體教學內(nèi)容、課時安排和基本要求如下，供大家參考。

1)云計算的基本概念和服務理念(4學時)。(1)云計算的概念；(2)云計算的服務理念：IT成為一種服務；(3)云計算的典型應用案例；(4)云計算的發(fā)展歷程和背景；(5)云計算的優(yōu)勢；(6)云計算的生態(tài)系統(tǒng)

其中，重點是：云計算的概念、服務理念。難點是：云計算的典型應用案例。

2)云基礎設施的戰(zhàn)略規(guī)劃方法(6學時)。(1)云計算戰(zhàn)略規(guī)劃的目標和內(nèi)容。明確需求；自頂向下的設計方法；需要考慮三要素：時間、成本、IT能力。(2)云計算戰(zhàn)略規(guī)劃的整體思路和主要內(nèi)容；(3)云計算戰(zhàn)略規(guī)劃的工作步驟和方法；業(yè)務與IT的戰(zhàn)略目標及關系梳理；云服務及應用機會識別及評估；云服務能力及需求分析；規(guī)劃IT及管理整體方案架構藍圖；制定IT改進工作的路線圖。

其中，重點是：自頂向下的設計方法、整體思路和主要內(nèi)容、整體方案架構藍圖。難點是：云計算戰(zhàn)略規(guī)劃的工作步驟和方法。

3)云數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)概覽及主流管理平臺介紹(8學時)。(1)云計算的兩大技術體系架構：虛擬化與分布式；(2)云計算的部署模型：公有云、私有云、混合云；(3)Amazon AWS云體系架構分析；(4)云數(shù)據(jù)中心的總體構建方法(結合CloudStack進行介紹)；(5)主流開源云管理平臺介紹。

其中，重點是：云數(shù)據(jù)中心的總體構建方法。難點是：云計算的部署模型。

4)云數(shù)據(jù)中心的關鍵技術(4學時)。(1)服務器虛擬化技術。虛擬化的定義；虛擬化的設計原則和指導思想；虛擬化技術的實現(xiàn)；CPU虛擬化技術；內(nèi)存虛擬化技術；I/O虛擬化技術和服務器虛擬化產(chǎn)品的選擇 。(2)存儲虛擬化技術。存儲虛擬化基本概念；虛擬文件系統(tǒng)技術講解；虛擬化環(huán)境下的存儲配置方法；存儲的整合方案介紹。(3)網(wǎng)絡虛擬化技術；云計算對網(wǎng)絡提出的新要求；數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的二層效率問題及解決方案；虛擬化網(wǎng)絡技術及相關解決方案；SDN(軟件定義網(wǎng)絡)技術淺析；其他網(wǎng)絡技術解決方案介紹：Infiniband等；跨數(shù)據(jù)中心二層網(wǎng)絡解決方案。(4)虛擬化環(huán)境下重用的管理維護操作；虛擬機的全生命周期管理；虛擬機的遷移技術；虛擬化環(huán)境下的備份和快照技術；虛擬化環(huán)境下的HA、資源動態(tài)調(diào)度技術。

其中，重點是：服務器虛擬化技術。難點是：服務器虛擬化技術。

5)云基礎設施構建其他相關問題(4學時)。(1)小型機虛擬化技術；(2)云安全技術；云安全的內(nèi)涵及服務框架；虛擬化環(huán)境下的云安全技術。(3)云安全產(chǎn)品實現(xiàn)案例分析；VMware安全組件介紹；主流安全廠家產(chǎn)品介紹。

其中，重點：云安全的內(nèi)涵及服務框架、虛擬化環(huán)境下的云安全技術。難點是：虛擬化環(huán)境下的云安全技術。

6)企業(yè)私有云基礎架構構建實踐(4學時)。(1)云基礎設施的實現(xiàn)。(2)云平臺層的實現(xiàn)。(3)云總線層設計與實現(xiàn)。(4)云管理中心的實現(xiàn)。(5)云存儲中心的實現(xiàn)。

3 結束語

云計算與基礎設施云部署我校是以公選課的形式開設。到目前為止，開設了1個學期，受到學生的歡迎。開設這門課程的目的就是源于企業(yè)對云計算的興趣在不斷地提高，云計算在全世界得到了很大的發(fā)展，作為肩負著向高校學生傳遞最新信息技術任務的大學計算機課程教學團隊，有必要開設這門課程，能擴大學生的應用知識層面，拓展學生對新技術的認識。當然，開設過程中也有不成熟的地方，需要在實踐的過程中不斷完善，例如，加強學生實踐能力，聯(lián)系校外企業(yè)實訓基地，完善課程實踐教學環(huán)節(jié)等都將不斷地加以修正。

[1]楊正洪,鄭齊心,吳寒.企業(yè)云計算架構與實施指南[M].北京：清華大學出版社.2010.

[2]吳清烈,郭昱,武忠等.云計算服務與大規(guī)模定制模式應用[J].電信科學,2010,26(9):74-78.

[3] George Reese.云計算應用架構[M].程樺譯.北京：電子工業(yè)出版社.2011.

[4]方巍,文志學,潘吳斌，等.云計算:概念、技術及應用研究綜述[J].南京信息工程大學學報,2012,4 (4) :351-361.

Explorationof Innovation Course Setting up for the Cloud Computing and Cloud Infrastructure Deployment

LAI Jinghui

(Department of Experimental Teaching, Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

Cloud computing is the hottest IT technologies in recent years, which is considered to be the future development trend of the Internet and the whole IT industry. Many enterprises are interested in cloud computing increasingly, hence cloud computing has been a great development in the world. The computer common course teaching system has a responsibility to transmit the latest IT knowledge for students and to set up new courses in order to meet the needs of enterprise development. Firstly, this paper analyzes the breadth and depth of cloud computing, and then discusses the teaching content and teaching programs of Cloud Computing and Cloud Infrastructure Deployment as computer common course. The purpose is to expand the awareness of new technologies.

computer common course; cloud computing; infrastructure cloud; deployment

2015-01-16

2014年廣東省高校大學計算機課程教學改革基金資助項目(粵教高函〔2014〕128號)。

賴錦輝(1977-)，女 ，碩士，講師，研究方向：網(wǎng)絡，算法，人工智能等。

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.053