服務(wù)器虛擬化在計算機(jī)文化基礎(chǔ)在線考試中的應(yīng)用

屠志青　吳剛

摘要：隨著《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程逐步采用在線考試方式，出現(xiàn)了如服務(wù)器投入成本增加、運(yùn)營維護(hù)成本增加、耗電增多、容易出現(xiàn)軟件故障進(jìn)而影響考生成績等一系列的問題。通過對虛擬化技術(shù)的深入研究，將這項技術(shù)應(yīng)用到考試服務(wù)器部署中，對服務(wù)器虛擬化的構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)改造，提高服務(wù)器資源利用率，降低采購設(shè)備和運(yùn)維成本，提升整個考試系統(tǒng)的靈活性和快速響應(yīng)能力，同時更加綠色節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：服務(wù)器;虛擬化技術(shù);在線考試;計算機(jī)文化基礎(chǔ);VSphere

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）03-0082-03

Abstract： With the gradual adoption of online examination in the course of computer culture foundation， there are a series of problems， such as the increase of server investment cost， the increase of operation and maintenance cost， the increase of power consumption， the easy occurrence of software failure and the influence of examinees' scores. Through the in-depth study of virtualization technology， this technology is applied to the deployment of examination server. The construction of server virtualization and network transformation can improve the utilization rate of server resources， reduce the cost of purchasing equipment and operation and maintenance， improve the flexibility and rapid response ability of the entire examination system， and be more green， energy-saving and environmental protection.

Key words： server; virtualization technology; online examination; fundamentals of computer culture; VSphere

1 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，高校中采用基于網(wǎng)絡(luò)的在線考試系統(tǒng)的課程日漸增多。《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程是理論與實踐相結(jié)合的課程，如果采用傳統(tǒng)的筆試方式，考試成績不能如實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，最終導(dǎo)致的是難以檢查出教學(xué)中存在的問題，這就要求在計算機(jī)上進(jìn)行理論以及操作的考試。在線考試系統(tǒng)能夠讓考試更加公平和可靠，它具有隨機(jī)抽取試卷、系統(tǒng)自動評分等優(yōu)點(diǎn)，并能減輕教師的工作量，提高教師的工作效率。但由于對考試服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件設(shè)備的要求以及資金有限等問題，這使得在構(gòu)建在線考試系統(tǒng)時出現(xiàn)了一些亟待解決的問題。

2 研究現(xiàn)狀

2.1存在的問題

1）針對目前的教學(xué)需要和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，每個機(jī)房都要安裝一臺考試服務(wù)器，這樣既要增加服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投入，還會增加管理員的工作量。隨著硬件設(shè)備的不斷增多，安裝和維護(hù)成本也不斷上升。

2）考試服務(wù)器在考試過程中，作用就是收集學(xué)生的答卷數(shù)據(jù)及完成考試管理的工作，但由于管理員和教師在使用考試系統(tǒng)的過程中，誤操作或其他原因?qū)斐绍浖收?，甚至崩潰，這將影響到正在考試的考生，會延誤考試，甚至影響考試成績。

3）服務(wù)器利用率低的問題。一臺物理服務(wù)器一般會安裝多個應(yīng)用，由于有些應(yīng)用經(jīng)常被使用，有些應(yīng)用卻較少被使用，這就造成有些服務(wù)器的資源占有率不超過10%，即使是使用較多的應(yīng)用的服務(wù)器的資源占有率也不會超過30%，這導(dǎo)致大量的系統(tǒng)資源浪費(fèi)，同時設(shè)備增多還會造成耗電增高，二氧化碳排放增大。

2.2 服務(wù)器虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是一項比較成熟的計算機(jī)技術(shù)。虛擬化通常是指計算元件在虛擬的基礎(chǔ)上而不是真實的基礎(chǔ)上運(yùn)行。服務(wù)器虛擬化技術(shù)主要是將一臺物理服務(wù)器抽象成多個小的虛擬服務(wù)器，使之不再受物理上的限制，將CPU、內(nèi)存、磁盤等硬件資源變成資源庫，能夠進(jìn)行動態(tài)管理。虛擬服務(wù)器也稱為虛擬機(jī)，每個虛擬機(jī)有相對獨(dú)立的硬件資源，包括CPU和內(nèi)存等，不同虛擬機(jī)之間相互獨(dú)立，彼此互不影響。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是動態(tài)資源調(diào)度的核心，也是災(zāi)難恢復(fù)的一個有效解決方案。使用服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以減少服務(wù)器數(shù)量，提高穩(wěn)定性，節(jié)省空間，減少宕機(jī)時間，促進(jìn)服務(wù)器的整合，顯著提升服務(wù)器利用率，可以將服務(wù)器的利用率提高到60%甚至更高。

目前常見的服務(wù)器虛擬化軟件有三種：分別是Citrix XenCenter，微軟Hyper-V，VMware vSphere。XenCenter是Citrix的虛擬化圖形接口管理工具，可在同一界面管理多臺XenServer服務(wù)器。微軟的Hyper-V是微軟提出的一種系統(tǒng)管理程序虛擬化技術(shù)，是微軟第一個采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于hypervisor的技術(shù)。VMware vSphere是運(yùn)行在服務(wù)器裸機(jī)上，是基于硬件之上的架構(gòu)。用一臺物理服務(wù)器作為底層硬件，建立多個虛擬機(jī)，實現(xiàn)集中管理，還可以方便的做服務(wù)器集群。目前使用得最大也最廣泛的服務(wù)器虛擬化軟件是VMware vSphere。

3 在線考試系統(tǒng)

3.1在線考試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)是基于 C/S 模式的《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程在線考試系統(tǒng)，主要由命題系統(tǒng)、教師服務(wù)端和學(xué)生端組成，通過該系統(tǒng)可以實現(xiàn)《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程的上機(jī)操作考試和理論考試，該系統(tǒng)還具有在線評分的功能。

1）命題系統(tǒng)

命題系統(tǒng)的作用是將不同題型的試題錄入到在線考試系統(tǒng)的題庫中。命題系統(tǒng)的主要功能為試題的錄入和組卷，①試題的錄入就是將試題存儲在 SQL Serve數(shù)據(jù)庫中，可以錄入的題型為：選擇題、漢字錄入題、文件操作題、Word操作題、Excel操作題、PPT操作題等。②系統(tǒng)提供了三種不同的組卷方式：固定組卷、手動組卷和自動組卷。

2）教師服務(wù)端

教師服務(wù)端的作用主要是設(shè)置考試和監(jiān)控考試，主要的功能包括設(shè)定考試時長、試卷的配置、學(xué)生信息的管理、題庫的管理、學(xué)生成績的查詢和導(dǎo)出以及監(jiān)控考試過程等。

3）學(xué)生端

學(xué)生端一般安裝在機(jī)房內(nèi)考試計算機(jī)上，學(xué)生端計算機(jī)的IP地址與服務(wù)器的 IP 地址必須在同一網(wǎng)段中，而且服務(wù)器還要查詢考試數(shù)據(jù)庫以及考生的考試信息是否正常運(yùn)行。在學(xué)生考試過程中，系統(tǒng)會提供記憶功能，當(dāng)考試系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者崩潰時，考試學(xué)生答題的數(shù)據(jù)不會丟失。

3.2 在線考試系統(tǒng)功能

《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程在線考試系統(tǒng)是建立在局域網(wǎng)上的基于 C/S 模式的網(wǎng)上考試平臺，其主要包括以下功能：

1）考生登錄?？忌ㄟ^學(xué)號就可以登錄到在線考試系統(tǒng)中，登錄考試界面后，會顯示考試的題型以及考題的分值，選擇不同的試題，就會打開相應(yīng)的考試窗口和題目要求。

2）用戶管理。只有教師或管理員才能夠使用用戶管理功能，能夠?qū)忌畔⑦M(jìn)行添加、修改、更新、查詢以及導(dǎo)入等。

3）題庫管理。教師可以導(dǎo)入、修改和更新題庫。

4）在線考試?？忌ㄟ^學(xué)號就可以登錄考試界面進(jìn)行答題，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置進(jìn)行自動抽題?？忌痪砗?，系統(tǒng)會自動評分，最后將考生成績存儲到數(shù)據(jù)庫中?？荚嚱Y(jié)束后，系統(tǒng)將為每名考生生成一份標(biāo)準(zhǔn)的Word試卷，自動保存在教師服務(wù)端。

5）考場管理。能夠為機(jī)器出現(xiàn)故障或其他原因造成中斷考試的考生設(shè)置重考，還能顯示考生的考試情況，包括考生考試機(jī)器的信息、考生的信息、考試剩余時間等，并將考生的考試狀態(tài)分為未登錄、考試中以及考試結(jié)束等狀態(tài)。

6）成績查詢和回收。教師可以根據(jù)學(xué)號來查詢考生成績，并以Excel表格形式導(dǎo)出成績?？忌赏ㄟ^系統(tǒng)自動生成的word試卷來查詢自己的考試成績。

4 服務(wù)器虛擬化的構(gòu)建和部署

4.1 網(wǎng)絡(luò)部署

由于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能滿足服務(wù)器虛擬化后的網(wǎng)絡(luò)要求，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，改造之后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

重新規(guī)劃后，在匯聚層交換機(jī)上劃分VLan，分配不同的網(wǎng)段給每個機(jī)房，為每個機(jī)房配置一臺虛擬考試服務(wù)器。

4.2 服務(wù)器虛擬化的部署

現(xiàn)有能用于《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程考試的服務(wù)器一共4臺，分別于2010年和2013年購入，配置比較低端，考試用的學(xué)生機(jī)分布在6個機(jī)房，為了方便管理和統(tǒng)計成績，不同班級的考試需要在不同的機(jī)房完成，互不干擾，因此每個機(jī)房需要安裝一臺考試服務(wù)器。

VMware vSphere是VMware公司推出一套服務(wù)器虛擬化解決方案，主要組件有 VMware ESXi Server、VMware vCenter Server、VMware VMotion、VMware vSphere Client等，本次《計算機(jī)文化基礎(chǔ)》課程考試服務(wù)器虛擬化的部署就是采用現(xiàn)今相當(dāng)成熟的VMware vSphere技術(shù)架構(gòu)。

部署的過程如下：

1）虛擬化數(shù)據(jù)中心的部署。首先在4臺物理服務(wù)器上安裝ESXi Server 6.0，然后為這4臺 ESXi主機(jī)配置的相應(yīng)管理IP及登錄賬號;選擇一臺ESXi主機(jī)用來安裝 vCenter Server，用于綜合管理其他ESXi主機(jī)和虛擬機(jī);再選一臺裝有 Windows7 及以上版本操作系統(tǒng)教師用計算機(jī)作為管理機(jī)，在這臺計算機(jī)上安裝 vSphere Client 客戶端，用于登錄安裝vCenter Server的虛擬機(jī)，來管理 ESXi主機(jī)。

2）構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)虛擬機(jī)與物理網(wǎng)絡(luò)的連接。vSphere虛擬交換機(jī)的運(yùn)行方式與物理交換機(jī)十分相似，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)房的數(shù)量和考試服務(wù)器的要求建立虛擬交換機(jī)來構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)，為每臺虛擬考試服務(wù)器分配相應(yīng)的虛擬端口和物理網(wǎng)卡，使考場和對應(yīng)的考試服務(wù)器之間處于相同的網(wǎng)段和VLAN，從而實現(xiàn)既能集中管理考試，又能實現(xiàn)考場的隔離。

3）虛擬考試服務(wù)器的建立。VMware Converter是用于將物理機(jī)轉(zhuǎn)換為VMware虛擬機(jī)的解決方案。首先利用VMware Converter將物理考試服務(wù)器轉(zhuǎn)換為虛擬機(jī)，對虛擬機(jī)的CPU、內(nèi)存、存儲空間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;其次，以此虛擬機(jī)來建立模板，利用模板轉(zhuǎn)換出其他的虛擬考試服務(wù)器和虛擬備用服務(wù)器，并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。第三，進(jìn)行快照。虛擬機(jī)具有快照功能，它可以完整地保留虛擬機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)考試服務(wù)器出現(xiàn)故障，甚至崩潰時，可利用快照快速恢復(fù)，使服務(wù)器恢復(fù)到正常工作的狀態(tài)，不會影響考試的進(jìn)行。

4.3 服務(wù)器虛擬化的應(yīng)用效果

通過服務(wù)器虛擬化的部署，完成了資源的整合，既節(jié)約了能源，又使服務(wù)器的資源使用率大大提升，還提升了整個系統(tǒng)的靈活性和快速響應(yīng)能力。從管理上來看，實現(xiàn)了考試的集中統(tǒng)一管理，各種信息、虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然（見圖2），工作效率大大提高。

5 結(jié)束語

通過服務(wù)器虛擬化技術(shù)對服務(wù)器進(jìn)行整合，降低采購硬件和維護(hù)的成本，提高服務(wù)器資源利用率，增強(qiáng)了服務(wù)器的管理和維護(hù)，在方便老師和學(xué)生的同時降低了學(xué)校的運(yùn)營成本，還為綠色節(jié)能環(huán)保等方面提供了較好的解決方案。

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【通聯(lián)編輯：王力】