大數(shù)據(jù)環(huán)境下《信息存儲技術(shù)》課程實驗教學設(shè)計

李可風

(南昌大學管理學院，江西 南昌 330031)

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大數(shù)據(jù)環(huán)境下《信息存儲技術(shù)》課程實驗教學設(shè)計

李可風

(南昌大學管理學院，江西 南昌 330031)

大數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)存儲帶來了極大的挑戰(zhàn)，也給大規(guī)模信息存儲技術(shù)帶來了巨大的人才需求。因此急需開展信息存儲類的課程建設(shè)，尤其是與信息存儲技術(shù)相關(guān)的實驗課程。本文探討了信息存儲技術(shù)課程在理論和實驗兩個環(huán)節(jié)的教學設(shè)計，尤其在實驗教學上給出了詳細的教學方案和教學內(nèi)容，并探討了這種形象直觀的存儲模擬實訓的教學效果。

海量數(shù)據(jù) 信息存儲 教學方案 存儲技術(shù)實訓

1 引言

各行各業(yè)的數(shù)字化進程使社會中的數(shù)據(jù)巨量增長，信息數(shù)據(jù)已經(jīng)成為各類機構(gòu)、企業(yè)和組織一項不可或缺的財產(chǎn)。面對越來越有價值的數(shù)據(jù)，不僅需要安全可靠的信息存儲架構(gòu)，而且需要有條不紊的信息管理策略[1-2]。如何管理好、存儲好這些越來越有價值的數(shù)據(jù)，是當今社會中各類組織、企業(yè)亟待解決的重要問題[3]。除了擁有強大的軟硬件架構(gòu)，很顯然，他們更需要掌握信息存儲技術(shù)的綜合性技術(shù)人才。

目前，在國內(nèi)，北京大學，上海交通大學，復旦大學，清華大學，浙江大學，東南大學，中山大學、深圳大學、國防科技大學，華中科技大學都已經(jīng)開設(shè)了這門課程，但在課程建設(shè)，實驗環(huán)節(jié)的開設(shè)方面由于各高校的重視程度不同，都存在不同程度的教學開展問題。與國際社會相比，在中國高校中與之相關(guān)的課程體系建設(shè)遠遠落后于發(fā)達國家，造成這類技術(shù)人才儲備的缺口巨大。為有效解決信息存儲技術(shù)這門課在實驗和實踐環(huán)節(jié)上的教學問題，不僅需要關(guān)注國內(nèi)頂尖高校的課程建設(shè)情況，借鑒國外高校的實施情況，還要提高信息存儲類課程的實驗教學環(huán)節(jié)水平，以適應(yīng)國內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的人才需求[4-6]。

本文以國內(nèi)頂尖高校在信息存儲技術(shù)課程方面開設(shè)的現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合南昌大學信息存儲課程在實踐教學環(huán)節(jié)的開設(shè)情況，從理論課程和實驗環(huán)節(jié)兩個方面對信息存儲技術(shù)課程的建設(shè)情況進行介紹和論述，重點探討信息存儲技術(shù)課程在實踐環(huán)節(jié)方面的課程安排、教學內(nèi)容設(shè)計、教學方式以及實訓教學設(shè)計方案。

2 信息存儲課程理論教學體系

信息存儲課程是目前大規(guī)模存儲領(lǐng)域內(nèi)可幫助學生了解傳統(tǒng)和虛擬環(huán)境中各種不同存儲基礎(chǔ)架構(gòu)組件的為數(shù)不多的幾門課程之一。在學習這門課程的理論部分后，學生能夠在今后日益復雜、發(fā)展迅猛的數(shù)字環(huán)境中獲得足夠的競爭優(yōu)勢。理論課不僅會深入介紹多種底層存儲技術(shù)，而且還使學生在課程學習過程中接觸當前與存儲管理有關(guān)的先進技術(shù)和產(chǎn)品。課程將介紹智能存儲系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能和優(yōu)勢，如 FC SAN(Fibre Channel Storage Area Network，光纖通道存儲局域網(wǎng)絡(luò)或光纖存儲局域網(wǎng)絡(luò))、IP SAN(Internet Protocol Storage Area Network，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)存儲局域網(wǎng)絡(luò)或IP存儲局域網(wǎng))、NAS(Network Attached Storage，網(wǎng)絡(luò)附屬存儲)以及基于對象的存儲和統(tǒng)一存儲等網(wǎng)絡(luò)存儲技術(shù)；同時向?qū)W生介紹基于備份和復制的業(yè)務(wù)連續(xù)性解決方案；并結(jié)合目前越來越受重視的數(shù)據(jù)安全性，討論在信息安全和管理領(lǐng)域、以及新興的云計算領(lǐng)域的數(shù)據(jù)存儲與管理。

課程的理論部分主要分三部分介紹。

第一部分，存儲基本概念介紹。

信息和數(shù)據(jù)在當前的社會中對任何組織和個人都是至關(guān)重要的。掌握了數(shù)據(jù)，不僅能把握無限的機會，同時也能在競爭中立于不敗之地。本部分從信息的作用和基本概念開始討論，介紹了在海量信息管理需求下的存儲解決方案與數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)構(gòu)架，從而建立起存儲的基本概念。同時還介紹了存儲架構(gòu)的各個組成部分。從主機與存儲的連接關(guān)系，以及磁盤的基本概念出發(fā)，介紹了磁盤陣列和磁盤的RAID(Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列)數(shù)據(jù)保護等概念。最后，本部分還介紹了磁盤存儲系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并深入說明了如何將智能存儲系統(tǒng)高效地應(yīng)用于系統(tǒng)環(huán)境。具體分如下幾部分講授：(1)信息存儲與管理介紹；(2)存儲系統(tǒng)環(huán)境；(3)數(shù)據(jù)保護與RAID磁盤陣列技術(shù)；(4)智能存儲系統(tǒng)。

第二部分，存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬化。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷地發(fā)展，滲透到各行各業(yè)的各個方面，因此網(wǎng)絡(luò)存儲越來越受到業(yè)界的重視。本部分介紹了網(wǎng)絡(luò)存儲環(huán)境下的直連存儲、網(wǎng)絡(luò)附加存儲、光纖存儲局域網(wǎng)、IP存儲局域網(wǎng)和內(nèi)容尋址存儲，并深入介紹了這些網(wǎng)絡(luò)存儲結(jié)構(gòu)的概念、結(jié)構(gòu)特點、基本原理以及應(yīng)用環(huán)境等方面的知識。同時，對未來存儲的發(fā)展趨勢，如存儲虛擬化技術(shù)，云計算技術(shù)也進行了講授介紹。具體分如下幾部分講授：(1)直連存儲；(2)網(wǎng)絡(luò)附加存儲；(3)光纖存儲局域網(wǎng)絡(luò)；(4)IP存儲局域網(wǎng)；(5)內(nèi)容尋址存儲；(6)存儲虛擬化。

第三部分，業(yè)務(wù)連續(xù)性。

由于一些不可避免的緊急事故和災(zāi)難會在不可預(yù)料的情況下突發(fā)性地發(fā)生，為了能給企業(yè)和組織提供不間斷的數(shù)據(jù)服務(wù)，數(shù)據(jù)的抗毀性和恢復日益成為數(shù)據(jù)存儲和管理中一項不能回避的環(huán)節(jié)。因此在理論課程的講解中也介紹了數(shù)據(jù)的備份、恢復等基本概念，講解了在業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求下，存儲解決方案應(yīng)該如何滿足苛刻的業(yè)務(wù)連續(xù)性要求。另一方面，本部分還重點介紹了，發(fā)生緊急事故時，災(zāi)難損毀數(shù)據(jù)時對數(shù)據(jù)備份與恢復的要求。具體分如下幾部分講解：(1)業(yè)務(wù)連續(xù)性概述；(2)備份與恢復；(3)業(yè)務(wù)連續(xù)性：本地復制；(4)業(yè)務(wù)連續(xù)性：遠程復制。

3 信息存儲課程實驗教學體系設(shè)計

經(jīng)過前面的分析和介紹，可以看出，信息存儲課程的理論教學體系已經(jīng)很完善。但是如果沒有與理論教學相結(jié)合的配套實驗教學體系，學生是無法真正掌握和體會信息存儲與管理的本質(zhì)。

在本課程的實踐教學過程中，不僅要逐步培養(yǎng)學生對抽象問題的概括能力、邏輯推理能力和自學能力。同時，還要通過實踐教學培養(yǎng)學生理論結(jié)合實際的應(yīng)用能力以及一些實用技術(shù)的使用與技巧。

在節(jié)省教學成本的前提下，為了使學生更形象地理解理論知識，本課程采用存儲模擬器進行實驗。模擬器能模擬時間實現(xiàn)RAID劃分，快照，遷移，統(tǒng)一管理等與存儲管理相關(guān)的大部分業(yè)界主流操作環(huán)節(jié)。本課程主要采用兩個模擬器，實現(xiàn)了兩套存儲管理實驗教學方案。一是基于SAN應(yīng)用管理模擬器：EMC Navisphere的SAN應(yīng)用管理；一是基于統(tǒng)一存儲管理模擬器：EMC Unisphere的統(tǒng)一存儲管理模擬。

(1)SAN應(yīng)用管理實驗設(shè)計

Navisphere模擬器套件可以讓學生直觀地模擬和觀察安裝在大型組織和企業(yè)中的SAN陣列資源。如圖1所示。

該模擬器使用Windows資源管理器風格的用戶界面，模擬實現(xiàn)跨多臺異構(gòu)主機在分布式存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)中對數(shù)據(jù)的訪問，不僅簡化了存儲資源調(diào)配，更直觀的讓學生感受到現(xiàn)實應(yīng)用。實驗?zāi)M驗證內(nèi)容安排如表1。本實驗的目的旨在讓學生體會RAID組的功能，了解不同RAID級別之間的區(qū)別；體驗LUN(Logical Unit Number，邏輯單元號)分配和創(chuàng)建的策略。熟悉磁盤備份技術(shù)，掌握本地和遠程備份和復制的方法。

表1 SAN應(yīng)用管理實驗設(shè)計

SAN應(yīng)用管理實驗主要分三部分進行。1、配置存儲管理環(huán)境。2、配置RAID陣列和LUN。3、磁盤備份和復制實驗。

配置存儲管理環(huán)境的實驗內(nèi)容為：配置用戶權(quán)限，使不同的用戶具有不同的存儲管理權(quán)限。

配置RAID陣列的實驗內(nèi)容為：綁定LUN，創(chuàng)建RAID組以及創(chuàng)建存儲組。

當激活時，磁盤快照是一個虛擬的LUN，它允許二級服務(wù)器查看即時復制的源LUN。活躍的快照由源LUN和LUN數(shù)據(jù)組合構(gòu)成，每一個快照鏈接到一個源LUN。如果存儲系統(tǒng)突然斷電，而此時快照會話正在運行，則快照將會保證存儲數(shù)據(jù)不丟失。因此如何有效率地分配源LUN給快照是存儲管理里一項不可或缺的技能。為此，本課程設(shè)計了磁盤備份和復制實驗的實驗內(nèi)容。主要包括：根據(jù)LUN配置和創(chuàng)建本地快照，有策略地移除快照以及遠程配置快照和移除快照。

(2)統(tǒng)一存儲管理-EMC Unisphere

EMC Unisphere Simulator是統(tǒng)一存儲管理平臺模擬器。不僅直觀地模擬了統(tǒng)一存儲平臺的用戶界面，更將SAN，NAS及多種存儲技術(shù)融合在一個統(tǒng)一界面管理，顯示了簡潔性、靈活性、自助能力和自動化，這些模擬功能都是實現(xiàn)私有云的關(guān)鍵要求。實驗?zāi)M驗證內(nèi)容安排如表2所示。

表2 統(tǒng)一存儲管理實驗設(shè)計

在學生了解了統(tǒng)一存儲管理方案后，本課程設(shè)計并給出了幾個應(yīng)用實例，讓學生在學完基礎(chǔ)內(nèi)容后進行更加形象的具有應(yīng)用背景的實訓練習。主要的實訓項目設(shè)計如表3所示。

表3 存儲管理實訓項目設(shè)計

4 總結(jié)和展望

本文探討了大數(shù)據(jù)環(huán)境下如何設(shè)計《信息存儲技術(shù)》課程的實驗教學方案。具體描述了該課程在理論上的教學安排以及實驗實訓方面的教學方案設(shè)計。重點描述了如何使用模擬器完成實驗教學以及結(jié)合具體應(yīng)用實例的實訓項目設(shè)計。在教學過程中，學生無疑非常形象直觀地學習和掌握了存儲管理技術(shù)。下一步的研究將著重探討以這種教學方案展開教學后，如何有效評估這門課程的教學效果，進行教學改進和提高。

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ExperimentalTeaching Design of “Information Storage Technology” in the Big Data Environment

LI Ke-feng
(ManagementSchoolofNanchangUniversity，JiangxiNanchang330031)

Big data storage has brought a great challenge to data storage，but also brought great demand to the large scale of information storage technology talent.Therefore，it is urgent to carry out the curriculum construction of the information storage，especially the experiment course related to the information storage technology.This paper discussed the teaching design of the course of information storage technology in theory and experiment，especially in the experimental teaching aspect，the teaching scheme and teaching contents are given in detail，and the teaching effect of this kind of image storage simulation is discussed.

Massive Data Information Storage Teaching Strategy Storage Technology Training

2015國家青年科學基金項目“圖嵌入方法在大規(guī)模數(shù)據(jù)密集型系統(tǒng)中的應(yīng)用研究”(編號：61402217)，2012年教育部人文社會科學規(guī)劃基金項目(編號：12YJAZH165)。