陳一明

(廣東石油化工學(xué)院,廣東 茂名 525000)

隨著高等教育信息化的不斷發(fā)展，各類教學(xué)平臺(tái)數(shù)量不斷增多。由于各個(gè)平臺(tái)都需配備各自的服務(wù)器，加上各部門(mén)都在進(jìn)行信息化管理建設(shè)，基本每個(gè)業(yè)務(wù)都要配備服務(wù)器，使得各高校的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本不斷增加，管理復(fù)雜度不斷提高。另外，這幾年受MOOCs理念影響，很多高校都在建設(shè)各自的MOOCs課程，這也進(jìn)一步增加了學(xué)校在教育信息化方面的負(fù)擔(dān)。有些專業(yè)課程教學(xué)平臺(tái)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用率不高，還有一些網(wǎng)站日常訪問(wèn)量較低，處于低效運(yùn)行狀態(tài)；但有些全校性課程教學(xué)平臺(tái)(如《大學(xué)計(jì)算機(jī)》等)的使用率則非常高，還有些平臺(tái)(如教務(wù)系統(tǒng))平時(shí)使用較均衡，遇到學(xué)生選課和老師成績(jī)錄入等，服務(wù)器并發(fā)連接倍增，容易造成系統(tǒng)癱瘓從而中斷服務(wù)。而承載這些業(yè)務(wù)的服務(wù)器是相對(duì)獨(dú)立的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟硬件資源共享[1]。

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs環(huán)境建設(shè)，將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于高校教育信息化，能有效緩解高校教育信息化進(jìn)程中所出現(xiàn)的資源利用率低和管理難度大的問(wèn)題，能很好地支撐普通高校課程教學(xué)改革，解決學(xué)生學(xué)習(xí)效率低等問(wèn)題。

1 私有云與SPOCs

1.1 私有云概述

云計(jì)算的核心理念是“云”的處理能力越來(lái)越高，用戶終端的處理負(fù)擔(dān)越來(lái)越低，最終用戶終端的作用只是單純地進(jìn)行輸入和輸出，這樣用戶就能根據(jù)需求享受強(qiáng)大的云計(jì)算處理能力[2]。

云存儲(chǔ)是在云計(jì)算的概念上延伸和發(fā)展出來(lái)的一個(gè)分支[3]，是將存儲(chǔ)資源放到網(wǎng)絡(luò)上供存取的一種方案。目前，云技術(shù)可以概括為公共云、私有云和混合云3種。其中，公共云是基于標(biāo)準(zhǔn)云計(jì)算的一個(gè)模式，如IBM的Blue Cloud。私有云只適合用戶單獨(dú)使用，是一種比較局限的模式，局限在某一特定區(qū)域內(nèi)?；旌显剖窃诠苍坪退接性频幕A(chǔ)之上建立的，其結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，公共的信息由公共云進(jìn)行處理，私有的秘密信息由私有云進(jìn)行保存和處理[4]。

1.2 關(guān)于SPOCs

大規(guī)模開(kāi)放在線課程(Massive Open Online Courses，MOOCs)是近年興起的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，它沒(méi)有課程學(xué)習(xí)人數(shù)限制，改變了傳統(tǒng)的班級(jí)化課程模式，提供了新的課程建設(shè)思路。然而，目前多數(shù)高校沒(méi)有足夠的資源建設(shè)，另外，由于MOOCs的學(xué)生規(guī)模沒(méi)有限制，生師比過(guò)大，學(xué)生得到老師直接指導(dǎo)的機(jī)會(huì)少，也是制約普通高校MOOCs建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。

小規(guī)模專屬在線課程(Small Private Online Courses，SPOCs)是相對(duì)于MOOCs而言的。SPOCs有2個(gè)顯著特點(diǎn)：1)課程規(guī)模較小，建設(shè)成本不高，學(xué)習(xí)人數(shù)有限制，滿足一定條件的申請(qǐng)者經(jīng)過(guò)篩選才能參與課程學(xué)習(xí)，這樣能保證學(xué)習(xí)者得到老師充分的指導(dǎo)；2)學(xué)習(xí)者在線學(xué)習(xí)不是唯一途徑，學(xué)生和教師還可以在實(shí)體課堂進(jìn)行交流，滿足學(xué)習(xí)者的不同需要?？梢?jiàn)，SPOCs既有MOOCs的優(yōu)點(diǎn)，也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂的不足[5]。

SPOCs不同于MOOCs，它具有對(duì)學(xué)習(xí)者篩選功能，保證學(xué)習(xí)者的共同特征；對(duì)學(xué)習(xí)人數(shù)和用戶行為等都進(jìn)行嚴(yán)格的管理，保障學(xué)習(xí)者得到充分的師生交流機(jī)會(huì)；記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，既能跟蹤學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，也能保證學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的科學(xué)與公平。

SPOCs環(huán)境可采用3層體系結(jié)構(gòu)[6]：界面層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)有利于功能擴(kuò)展與資源數(shù)據(jù)的增加，并方便維護(hù)。

圖1 SPOCs環(huán)境框架結(jié)構(gòu)圖

界面層是環(huán)境的窗口，為用戶提供交互的操作界面，將用戶的操作請(qǐng)求提交給業(yè)務(wù)層處理，將業(yè)務(wù)層處理之后的結(jié)果返回給界面層格式化顯示。當(dāng)學(xué)習(xí)者登錄后，呈現(xiàn)的是個(gè)性化學(xué)習(xí)界面；當(dāng)教師或管理員登錄后，呈現(xiàn)的是后臺(tái)管理界面。

業(yè)務(wù)層是環(huán)境的核心，主要用于封裝環(huán)境的業(yè)務(wù)，負(fù)責(zé)界面層的應(yīng)用請(qǐng)求，并對(duì)其業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯判斷。邏輯判斷通過(guò)后，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將結(jié)果返回給界面層。

數(shù)據(jù)層是環(huán)境的基礎(chǔ)，它位于環(huán)境架構(gòu)的最底層，為界面層與業(yè)務(wù)層提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和訪問(wèn)等操作。

作為教學(xué)平臺(tái)，SPOCs環(huán)境同樣存在系統(tǒng)部署復(fù)雜、建設(shè)成本高、資源利用率低以及資源調(diào)度與共享困難等瓶頸問(wèn)題。

2 基于VMware VSphere的私有云SPOCs環(huán)境

2.1 相關(guān)技術(shù)

2.1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是將1臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯計(jì)算機(jī)的技術(shù)。在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)，每個(gè)邏輯計(jì)算機(jī)可運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。通過(guò)虛擬化技術(shù)，機(jī)器的CPU、內(nèi)存和I/O等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的“資源池”，按照用戶需求進(jìn)行分配，從而提高資源的利用率和系統(tǒng)管理的靈活性。目前，流行的虛擬化軟件很多，其中，VMware 提供的虛擬化平臺(tái)是目前業(yè)界最可靠的虛擬化平臺(tái)。VMware的虛擬化支持2種不同的虛擬化架構(gòu)方式：寄居架構(gòu) (Hosted Architecture)和裸金屬架構(gòu) (BareMental Architecture)。這2種架構(gòu)的區(qū)別在于前者運(yùn)行在操作系統(tǒng)上，而后者直接運(yùn)行在物理硬件上，因此更加穩(wěn)定、高效[7]。

2.1.2 開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)

開(kāi)源云計(jì)算平臺(tái)(Hadoop)具有分布式和開(kāi)源的特點(diǎn)，其構(gòu)成元素很多，Hadoop由2個(gè)關(guān)鍵的核心部分組成，分別為HDFS和Map Reduce。

面向海量數(shù)據(jù)密集型的分布式文件系統(tǒng)(Hadoop Distributed File System，HDFS)，具有可擴(kuò)展性和應(yīng)用性。HDFS可以在廉價(jià)的計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行，但是它的容錯(cuò)能力十分強(qiáng)大，為用戶提供的服務(wù)性能較高。

HDFS可以為應(yīng)用程序提供高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。HDFS由1個(gè)元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)(NameNode)和若干數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)(DataNode)組成。其中，元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)作為主服務(wù)器，管理文件系統(tǒng)的命名空間和客戶端對(duì)文件系統(tǒng)的訪問(wèn)操作；存儲(chǔ)在HDFS中的文件被分成若干個(gè)Block，這些塊被復(fù)制到系統(tǒng)中的不同數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)管理和存儲(chǔ)這些塊Block，提供定位塊Block的服務(wù)，定時(shí)向元數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送其存儲(chǔ)的Block列表。塊的大小和復(fù)制的塊數(shù)量在新建文件時(shí)可由 Client決定，默認(rèn)值為 64 MB。

2.1.3 私有云SPOCs環(huán)境

私有云SPOCs環(huán)境是利用虛擬化、云存儲(chǔ)及云計(jì)算技術(shù)來(lái)建設(shè)SPOCs環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與資源共享的私有云服務(wù)系統(tǒng)。私有云服務(wù)系統(tǒng)基本原理如圖2所示[8]。

圖2 私有云服務(wù)系統(tǒng)基本原理圖

2.2 設(shè)計(jì)方案

1)利用開(kāi)源云平臺(tái)構(gòu)建私有云SPOCs環(huán)境基礎(chǔ)架構(gòu)。在虛擬環(huán)境中，配置單點(diǎn)登錄服務(wù)器，提供“一站式服務(wù)”，便于教學(xué)資源共享；同時(shí)，減少無(wú)謂的頻繁登錄，減輕用戶對(duì)多組用戶名及密碼的記憶負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化用戶使用過(guò)程，提升用戶體驗(yàn)。

2)在虛擬機(jī)集群中，部署基于HDFS的云計(jì)算平臺(tái)，增強(qiáng)平臺(tái)擴(kuò)展性，有效整合零碎資源，延長(zhǎng)舊設(shè)備使用壽命，極大地提高設(shè)備使用率；集中管理各項(xiàng)資源，拓寬資源共享渠道；同時(shí)，利用私有云業(yè)務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，提高系統(tǒng)整體負(fù)載能力，使設(shè)備性能得到更好地發(fā)揮。

3)通過(guò)私有云自身的節(jié)點(diǎn)管理、存儲(chǔ)管理及容錯(cuò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的資源管理。

4)利用云計(jì)算與中間件技術(shù)，打造能支持臺(tái)式機(jī)、筆記本、平板計(jì)算機(jī)、手機(jī)和云計(jì)算虛擬終端等多類型終端的高兼容課程平臺(tái)；同時(shí)，提供移動(dòng)二維碼和移動(dòng)App等無(wú)線接入方式，提升課程的可移動(dòng)學(xué)習(xí)性。

5)提高平臺(tái)開(kāi)放性與兼容性，使平臺(tái)能更好地支持語(yǔ)音和影像互動(dòng)功能，使學(xué)員在開(kāi)放和互動(dòng)的環(huán)境中形成良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs環(huán)境框架如圖3所示。

圖3 基于VMware Vsphere的私有云SPOCs環(huán)境框架圖

3 結(jié)語(yǔ)

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs環(huán)境建設(shè)有如下特點(diǎn)：1)可以減少物理服務(wù)器的數(shù)量，提高資源的利用率，降低硬件成本與運(yùn)維成本，提升系統(tǒng)的安全性與可靠性；2)系統(tǒng)的擴(kuò)展性好，用戶可在設(shè)備允許的范圍內(nèi)，按需創(chuàng)建虛擬主機(jī)；3)對(duì)各虛擬主機(jī)的維護(hù)簡(jiǎn)便，只需在VMware Vsphere Client管理端進(jìn)行即可。私有云SPOCs環(huán)境非常適合普通高校教育信息化建設(shè)，不僅緩解了普通高校資源投入不足的問(wèn)題，也為普通高校教學(xué)改革和課程建設(shè)等提供了必要的技術(shù)與環(huán)境支撐。

[1] 郭廣豐.高校私有云數(shù)據(jù)中心建設(shè)研究[J].陰山學(xué)刊,2014(3):55-58.

[2] 陳一明.云存儲(chǔ)技術(shù)及其應(yīng)用研究[J].電子測(cè)試,2014(4):151-152.

[3] 徐迪威.云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)探究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī),2010(7):41-43.

[4] 王新鵬,賈國(guó)芳.私有云在教學(xué)資源平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(3):32-37.

[5] 陳曉丹,李思明,張君雁.基于 SPOCs模式的“UML建模工具”課程改革[J].教育與教學(xué)研究,2014(11):73-76.

[6] 溫小勇,孔利華,焦中明.基于社會(huì)化語(yǔ)義網(wǎng)的虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)的構(gòu)建研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2012(10):97-101.

[7] 胡寅,呂浩勇.基于VMware Vsphere的云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014(11)：7647-7649.

[8] 徐迅,李萬(wàn)樂(lè),駱漢賓，等.建筑企業(yè)BIM 私有云平臺(tái)中心建設(shè)與實(shí)施[J].土木工程與管理學(xué)報(bào)，2014(2):84-90.

*廣東省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃研究項(xiàng)目(13JXN052)

廣東省質(zhì)量工程項(xiàng)目(2012258)