云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)個性化虛擬實訓(xùn)室研究

葉良艷 ， 李 靜 ， 張雪東 ， 江國粹

(1.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蚌埠，233000；2.安徽財經(jīng)大學(xué)，安徽 蚌埠，233000)

一、引言

一個機(jī)房多門課程，一臺電腦安裝多種軟件，導(dǎo)致實訓(xùn)室速度慢；一門課程多個機(jī)房，導(dǎo)致老師上同門課程更換不同的實訓(xùn)室，實驗室的環(huán)境又需要重新配置，浪費時間精力；傳統(tǒng)實訓(xùn)室采用保護(hù)卡還原技術(shù)對計算機(jī)系統(tǒng)和軟件管理維護(hù)，導(dǎo)致有些課程軟件使用前每次都要初始化設(shè)置，有些軟件數(shù)據(jù)需從系統(tǒng)中導(dǎo)出才能保存，下次使用時還要將數(shù)據(jù)再次導(dǎo)入系統(tǒng)才能使用，實驗才能繼續(xù)執(zhí)行，這些重復(fù)繁瑣的工作給老師和學(xué)生都帶來極大不便。云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)核心課程一般有云計算平臺技術(shù)與應(yīng)用、虛擬化技術(shù)與應(yīng)用、云運維、云安全和云監(jiān)控課程等，這些課程環(huán)境配置更加復(fù)雜，更需要個性化實訓(xùn)室。

二、個性化虛擬實訓(xùn)室的優(yōu)勢

個性化虛擬實訓(xùn)室可以解決學(xué)院傳統(tǒng)實訓(xùn)室的弊端，可以確保實訓(xùn)連續(xù)性，不受軟件和實訓(xùn)地點的約束，且系統(tǒng)修復(fù)快捷，提高了實訓(xùn)室開放性。

(一)軟件環(huán)境和數(shù)據(jù)都在云端，省去了教師和學(xué)生數(shù)據(jù)反復(fù)拷貝操作，為實驗的連續(xù)性提供保障。學(xué)生實驗操作都在云平臺中，且所有數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果都保存在云儲存中，下次登錄時在上次基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行，這確保實訓(xùn)連續(xù)性，提高教學(xué)效率[1]。

(二)解決軟件對實訓(xùn)軟件和實訓(xùn)地點的約束。實訓(xùn)的操作系和實訓(xùn)環(huán)境都是由云平臺提供，學(xué)生只要在客戶端通過賬號登陸到云桌面，即可登陸自己實訓(xùn)所需資源。此時客戶端可以是智能手機(jī)、便攜電腦、PC機(jī)等，客戶端比傳統(tǒng)實訓(xùn)操作系統(tǒng)要求簡單的多。

(三)個性化實訓(xùn)環(huán)境，軟件安裝簡單，系統(tǒng)修復(fù)快捷。云平臺管理員可以批量管理虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)安裝、軟件安裝、實訓(xùn)環(huán)境配置等，這些操作只需要更新一個“基礎(chǔ)鏡像”就可以了。若因誤操作導(dǎo)致虛擬機(jī)損壞，系統(tǒng)崩潰，管理員只需幾分鐘重新生成一個虛擬機(jī)即可。

(四)更好地為學(xué)生提供開放性實訓(xùn)資源。因只要有個客戶端接入云端即可訪問云虛擬機(jī)，學(xué)生只要利用PC機(jī)、智能手機(jī)、PAD、筆記本等客戶端硬件，通過賬戶登錄云端即可學(xué)習(xí)，學(xué)生可以不受時間和空間的限制進(jìn)行實訓(xùn)學(xué)習(xí)。

(五)更加節(jié)能。一降低耗電量，因云桌面實訓(xùn)室耗電少，二減少需要安裝正版軟件的數(shù)量，因只要在云平臺安裝即可。

三、個性化虛擬實訓(xùn)室構(gòu)架設(shè)計

虛擬實訓(xùn)室云平臺如圖1所示，它由基礎(chǔ)層IaaS；服務(wù)層PaaS和應(yīng)用服務(wù)層SaaS三層構(gòu)成，統(tǒng)一管理虛擬資源池，管理員以及教學(xué)實驗提供整套虛擬主機(jī)、配套操作系統(tǒng)、實驗環(huán)境、實驗資源、課程資源和管理工具等，從而不需考慮課程所需的機(jī)房實驗環(huán)境和操作系統(tǒng)軟件的差異，將傳統(tǒng)機(jī)房遷移到云端，同時，利用虛擬化技術(shù)的高性能性，將操作系統(tǒng)、硬件與應(yīng)用分離，根據(jù)課程創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬實驗資源池、實訓(xùn)環(huán)境、課程資源統(tǒng)一發(fā)布。這樣可以快速部署實驗環(huán)境。

學(xué)生虛擬機(jī)：學(xué)生入學(xué)時給每個學(xué)生分配一個賬號，該賬號直到畢業(yè)時收回，學(xué)生用分配好的賬戶通過云桌面方式或Web 方式登錄自己虛擬實驗室，為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)，開始系統(tǒng)給學(xué)生虛擬實驗室安裝本學(xué)期課程所需軟件及環(huán)境配置，后期學(xué)生可以對主機(jī)上的軟件進(jìn)行定制、保存實驗操作信息、留存過程數(shù)據(jù)及學(xué)習(xí)資料，這就解決了傳統(tǒng)實驗室弊端。

教師虛擬機(jī)：任課教師可以為每節(jié)實驗課配置不同的虛擬機(jī)模板，教師的虛擬機(jī)模板有實驗開發(fā)環(huán)境和相關(guān)課程資源，教師還可以為眾多的課程提供實驗環(huán)境，無需考慮這些課程所需使用資源與實驗環(huán)境的差異，這比傳統(tǒng)實訓(xùn)室方便多。另外，教師還可以對學(xué)生的虛擬實驗桌面進(jìn)行管理，幫助學(xué)生解決實驗過程中出現(xiàn)的問題。教師虛擬機(jī)提供一種創(chuàng)新性的電子教學(xué)資源整理、編輯和匯聚的開發(fā)工具，使老師能快速有效地組織知識點和開展實驗教學(xué)，同時提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和實驗操作效率[2]。

實訓(xùn)室教學(xué)資源云：為了提交教學(xué)效果，在教師虛擬機(jī)里嵌入實訓(xùn)教學(xué)資源，如網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、精品課程教學(xué)資源等放到云端，教師從云端下載到自己課程中，讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)相關(guān)資源。有的學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)資源分成基礎(chǔ)實訓(xùn)教學(xué)資源（如計算機(jī)基礎(chǔ)、java、Hadoop大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)等云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)的基礎(chǔ)課程）、專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)資源、虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)資源、綜合實訓(xùn)教學(xué)資源、創(chuàng)新實訓(xùn)教學(xué)資源等。[3]

圖1 個性化虛擬實訓(xùn)室構(gòu)架

圖2 云平臺業(yè)務(wù)流程圖

四、云平臺業(yè)務(wù)流程設(shè)計

云平臺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程不同類型用戶注冊登錄后進(jìn)入云界面，不同級別用戶享有不同的資源和權(quán)限，平臺主要用戶類型有管理員、教師、學(xué)生等，其中管理員[4]享有虛擬機(jī)分配、用戶管理（用戶的增加刪除操作、用戶分級化管理等）、課程資源管理等權(quán)限，教師享有定制實訓(xùn)虛擬機(jī)模板、組織和管理學(xué)生機(jī)的權(quán)限，學(xué)生享有虛擬實訓(xùn)和虛擬機(jī)的申請、實訓(xùn)環(huán)境安裝及實訓(xùn)操作等權(quán)限。用戶可以不受時間和地點的約束來操作自己虛擬機(jī)，操作結(jié)果保存到云存儲服務(wù)器上，下次可直接使用，不需要再重新配置環(huán)境，除非虛擬機(jī)遭到破壞，其流程圖如圖2所示。

五、結(jié)語

隨著社會發(fā)展，開放性、個性化虛擬實訓(xùn)中心越來越被高校所需，因它降低實訓(xùn)室的成本，并有效促進(jìn)實訓(xùn)優(yōu)化和統(tǒng)一安排，提高教學(xué)資源共享度和信息化管理度，同時提高實訓(xùn)管理工作的效率和教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。