基于虛擬化和資源共享技術(shù)的云平臺設(shè)計

康筱彬 馬平安

摘 要：高職教育憑借自身的專業(yè)和課程優(yōu)勢參與教育扶貧任務(wù)以提升當(dāng)?shù)貏趧尤丝诩夹g(shù)技能，這一形式符合國家要求和當(dāng)?shù)匕l(fā)展要求，但是貧困地區(qū)教育教學(xué)條件的不足又嚴重制約了教學(xué)過程中實驗和實訓(xùn)活動的開展。在此背景下，利用虛擬化和共享資源技術(shù)改善貧困地區(qū)技能教育過程所需的實驗實訓(xùn)條件，同時避免貧困地區(qū)學(xué)校硬件升級所需的資金投入，具有一定的實現(xiàn)價值。本文分析了云平臺的優(yōu)勢和教學(xué)需求，繪制功能架構(gòu)圖，為該構(gòu)想的實施進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

關(guān)鍵詞：教育扶貧;虛擬化;資源共享

1 概述

教育扶貧是當(dāng)下扶貧過程中較為重要的一個環(huán)節(jié)，針對貧困地區(qū)實現(xiàn)永久脫貧的目標需要發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟，而地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展離不開當(dāng)?shù)馗黜棶a(chǎn)業(yè)的發(fā)展和大量具有勞動技能人員的參與。因此讓貧困地區(qū)人員擁有一技之長成為促進就業(yè)、發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟和實現(xiàn)脫貧目標的重中之重。職業(yè)教育以技能培養(yǎng)為目標組織開展教學(xué)活動，課程內(nèi)容與行業(yè)結(jié)合緊密，崗位劃分明確，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求和崗位需求進行技術(shù)技能培養(yǎng)，但是隨著工業(yè)進程的開展，大量專業(yè)系統(tǒng)和專業(yè)工具的熟練使用成為從業(yè)人員的技能要求，也成為了職業(yè)教育課程的重要組成部分，這類課程的教學(xué)通常需要在專用機房中開展，而學(xué)生更是需要在這類專業(yè)機房中開展大量的操作練習(xí)和技能訓(xùn)練。貧困地區(qū)通常教學(xué)條件較為簡陋，很難建立符合要求的訓(xùn)練環(huán)境，學(xué)生在家更不具備學(xué)習(xí)條件，特別是當(dāng)前各專業(yè)系統(tǒng)和工具的更新速度較快，貧困地區(qū)教育很難跟上行業(yè)技術(shù)更新的速度。面對一方面要降低貧困地區(qū)院校教學(xué)硬件投入，另一方面又要保證學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量的需求，嘗試使用基于虛擬化技術(shù)和資源共享技術(shù)的云平臺解決方案。

2 云平臺的簡介

2.1 主要技術(shù)說明

云計算是并行計算、分布式計算和網(wǎng)絡(luò)計算的發(fā)展。根據(jù)2011年9月NIST公布的云計算的定義“云計算是一套能夠在任何時間和地點進入可配置的計算資源共享池中按需提供所需資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)）的模型?！薄Ｔ破脚_的構(gòu)建是虛擬化、公用計算、Iaas（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）等概念混合演進并躍升的結(jié)果。

虛擬化是云計算的技術(shù)基礎(chǔ)，指計算元件在虛擬基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運行，虛擬化技術(shù)允許一個平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。而且虛擬化也出現(xiàn)了虛擬服務(wù)器、桌面、網(wǎng)絡(luò)、存儲等多種應(yīng)用形式。

2.2 云平臺的特性

（1）自助服務(wù)。使用者不需要或很少需要云服務(wù)提供商的協(xié)助，就可以單方面按需獲取云端的計算資源。

（2）廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問。使用者可以隨時隨地地使用任何云終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)并使用云端的計算資源。常見的云終端設(shè)備包括手機、平板、筆記本電腦和臺式機等。

（3）資源池化。云端計算資源需要被池化，以便通過多租戶的形式共享給多個使用者，也只有池化才能根據(jù)使用者的需求動態(tài)分配或再分配各種物理的和虛擬的資源。

（4）快速彈性。使用者能方便、快捷地按需獲取和釋放計算資源，也就是需要時能快速獲取資源從而擴展計算能力，不需要時能迅速示范個資源以便降低計算能力，從而減少資源的使用費用。

（5）計費服務(wù)。使用者使用云端計算資源時需要付費的，付費的計量方法有很多，比如根據(jù)某類資源（如存儲、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）的使用量和時間長短計費，也可以按照每使用一次來計費。

3 云平臺建設(shè)需求

3.1 改善幫扶學(xué)?！靶畔⒐聧u”的現(xiàn)狀

當(dāng)前幫扶學(xué)校的專業(yè)系統(tǒng)普遍配套專業(yè)機房，所有的教學(xué)、實訓(xùn)活動都在專業(yè)機房中開展。專業(yè)機房單獨配置局域網(wǎng)環(huán)境，并未接入校園網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，這使得每一臺系統(tǒng)服務(wù)器猶如“信息孤島”不能進行交互訪問。同時，“孤島”現(xiàn)象使得服務(wù)器的利用率低下，實訓(xùn)受物理條件限制，不能充分發(fā)揮作用。

3.2 滿足學(xué)生利用不同終端登錄服務(wù)器

計算機硬件更新速度較快，通常高性能設(shè)備價格較高，為避免給幫扶學(xué)校和扶貧學(xué)校、學(xué)生增加經(jīng)濟負擔(dān)，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，需要對各種類型的終端進行兼容。力求不讓貧困地區(qū)學(xué)校因提升現(xiàn)有機房設(shè)備而再次進行資金投入，也使得學(xué)生可以在課后也能利用個人設(shè)備開展專業(yè)系統(tǒng)的操作訓(xùn)練，并且個人操作數(shù)據(jù)不會因終端設(shè)備的不同而丟失。

3.3 增加平臺穩(wěn)定性和可靠性

隨著學(xué)校規(guī)模的擴大和專業(yè)更新，學(xué)生數(shù)量增多、專業(yè)系統(tǒng)增多成為必然趨勢，為保證各系統(tǒng)的正常運行可以通過增加服務(wù)器和磁盤陣列的方式提升平臺的數(shù)據(jù)處理能力和存儲能力，動態(tài)配置虛擬資源使得平臺運行穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)管理人員通過維護平臺軟件即可實現(xiàn)對所有虛擬機系統(tǒng)的維護，避免了終端因受病毒干擾而產(chǎn)生各種異常，降低維護的難度、確保平臺運行可靠。

4 云平臺規(guī)劃與設(shè)計

4.1 功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃展示

在不改變現(xiàn)有幫扶學(xué)校機房設(shè)置的前提條件下，通過分布式系統(tǒng)將所有系統(tǒng)服務(wù)器連接起來，通過虛擬機管理系統(tǒng)進行資源調(diào)配，為學(xué)生設(shè)置虛擬機。學(xué)生通過登錄個人虛擬機賬號進行各專業(yè)系統(tǒng)工具的學(xué)習(xí)和練習(xí)，同時保存?zhèn)€人數(shù)據(jù)。

4.2 分布式服務(wù)器

物理服務(wù)器是整個網(wǎng)絡(luò)運行的基礎(chǔ)，不僅提供各類專業(yè)系統(tǒng)服務(wù)器運行，還是虛擬機運行的平臺。采用分布式方式通過校園網(wǎng)進行連接，一方面節(jié)省網(wǎng)絡(luò)改造費用，另一方面可以根據(jù)根據(jù)人數(shù)、用戶需求等進行服務(wù)器的添加。

4.3 虛擬管理系統(tǒng)

可分為對物理資源進行管理的虛擬服務(wù)器系統(tǒng)和對虛擬資源進行管理的虛擬機管理平臺。采用虛擬服務(wù)器系統(tǒng)對各個服務(wù)器的資源進行整合，構(gòu)建統(tǒng)一的池化資源平臺，確保系統(tǒng)和虛擬機的運行，并通過此系統(tǒng)實現(xiàn)對服務(wù)器資源的添加和備份。虛擬機管理平臺進行虛擬機創(chuàng)建和遷移，通過管理員設(shè)置的虛擬機模板進行虛擬機建設(shè)，根據(jù)服務(wù)器調(diào)度策略模型為虛擬機提供最佳宿主服務(wù)器。

4.4 用戶端

學(xué)生通過安裝在終端的應(yīng)用程序訪問虛擬機。學(xué)生通過賬戶和密碼進行身份認證，登錄存放個人數(shù)據(jù)的虛擬機。學(xué)生終端設(shè)備硬件要求較低，無需完成任何計算操作，僅需要進行數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)展示，確保學(xué)生僅用手機也可以完成對于虛擬機的操作。

5 云平臺的應(yīng)用優(yōu)勢

5.1 資源共享

簡化的用戶端應(yīng)用程序使得學(xué)生可以通過智能手機等設(shè)備連接虛擬機，訪問平臺中的學(xué)習(xí)資源，開展課程專業(yè)實訓(xùn)。使得學(xué)生不僅可以在學(xué)校機房環(huán)境中進行學(xué)習(xí)，也能夠在家開展對應(yīng)練習(xí)，達到教學(xué)過程中“操作熟練”的訓(xùn)練要求。

5.2 簡化系統(tǒng)管理

設(shè)備配置維護是每個實驗室管理人員工作中非常繁雜的一部分。在虛擬機的應(yīng)用過程中管理人員可通過設(shè)置虛擬機模板完成學(xué)生機的創(chuàng)建，可以通過對服務(wù)器系統(tǒng)的維護實現(xiàn)對所有專業(yè)系統(tǒng)和虛擬機運行平臺的維護。

5.3 支持遠程訪問

學(xué)生在終端設(shè)備上的操作借助通信網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，通過學(xué)校網(wǎng)關(guān)進行虛擬機操作和平臺上各類資源訪問。學(xué)生可自行進行專業(yè)技能訓(xùn)練，延長學(xué)習(xí)時間提升教學(xué)效果。幫扶學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)管理人員以為各專業(yè)課程資源和軟件運行提供技術(shù)支持。

5.4 動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控

通過對虛擬機設(shè)備運行情況和學(xué)生平臺資源的使用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)活動和狀況，為分析課堂教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供數(shù)據(jù)參考。

6 結(jié)語

結(jié)合教育扶貧過程中幫扶學(xué)校和扶貧學(xué)校當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源狀況構(gòu)建云平臺，不僅提升了現(xiàn)有設(shè)備的利用率、簡化管理人員的工作量，還可以最大限度地滿足對貧困地區(qū)的教學(xué)條件的改善。

基于云平臺的優(yōu)勢，可以進行后期各類教學(xué)資源的上傳、開展直播課程和實驗課程，學(xué)生也可以擁有較好的實驗實訓(xùn)環(huán)境。但是該系統(tǒng)仍有不足，例如大量學(xué)生同時進行訪問，必然會造成嚴重的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，這類問題需要在后續(xù)研究的過程中進行改進。

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課題來源：本文系2019年甘肅省高校科研項目“精準扶貧背景下課程資源共享云平臺的研究”（編號：2019B-251）

作者簡介：康筱彬（1982—），女，碩士，副教授，研究方向：教育信息化、數(shù)據(jù)分析、移動互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用;馬平安（1981—），男，碩士，副教授，研究方向：移動互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用、云架構(gòu)。