華　馳, 顧曉燕, 張　蓉, 李祥瑜

(1. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教學(xué)與科研處, 江蘇 無錫　214153；2. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院,江蘇 無錫　214153； 3. 南京航空航天大學(xué) 計算機信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 南京　210016)

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“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地設(shè)計及構(gòu)建

華馳1,3, 顧曉燕2, 張蓉2, 李祥瑜2

(1. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教學(xué)與科研處, 江蘇 無錫214153；2. 江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院,江蘇 無錫214153； 3. 南京航空航天大學(xué) 計算機信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 江蘇 南京210016)

基于云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)課程基地的實踐與研究,將相關(guān)課程實驗環(huán)境的建設(shè)與云計算虛擬實驗室的搭建相結(jié)合。依托H3C設(shè)備建設(shè)云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)虛擬實驗室,完成云計算課程的教學(xué),通過校園用戶網(wǎng)直接訪問云服務(wù)器進入虛擬實驗室,從而保證了用戶不受時間、地域的限制,并能夠有效地利用實驗室的各種資源。

課程實訓(xùn)基地； 專業(yè)實驗室； 虛擬實驗室

1　研究背景

自2006年Google首次提出云計算概念以來,云計算、云服務(wù)、虛擬化技術(shù)隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬和硬件能力的不斷發(fā)展,已經(jīng)日趨成熟,并成為IT行業(yè)的發(fā)展趨勢。云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負載均衡等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物[1]。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”新的形態(tài)推動下,移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合,帶來了新一輪以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為核心的制造業(yè)變革[2]。

《普通高等學(xué)校高等職業(yè)教育?？?專業(yè))目錄(2015年)》(以下簡稱《目錄》)中新增了云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè),該文件是高等職業(yè)教育的基本指導(dǎo)性文件,是高校設(shè)置與調(diào)整高職專業(yè)、實施人才培養(yǎng)、組織招生、指導(dǎo)就業(yè)的基本依據(jù)。此次專業(yè)的調(diào)整凸顯了云計算技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)技能型人才的培養(yǎng)在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的重要性。

根據(jù)賽迪的數(shù)據(jù),在云計算人才需求中,研發(fā)類崗位占30%,一般要求本科或碩士學(xué)歷[3]。而位于產(chǎn)業(yè)鏈下游的技能型、應(yīng)用型的信息技術(shù)人才,約占總需求的70%,從而形成產(chǎn)業(yè)鏈上中下游人才需求的“金字塔”狀分布態(tài)勢。這種應(yīng)用型崗位不僅數(shù)量多,而且能力要求與高職匹配,在云計算所有招聘崗位中,有51%的崗位對學(xué)歷要求為大專。

根據(jù)典型云計算企業(yè)的調(diào)研數(shù)據(jù)分析,在云計算應(yīng)用型崗位中,以云平臺的實施和維護兩類崗位為主。根據(jù)具體職責(zé)占比不同,崗位會有不同的稱呼,如云平臺維護工程師、規(guī)劃工程師、虛擬化工程師、云平臺交付工程師、Openstack工程師、云桌面工程師、大數(shù)據(jù)工程師等。

云計算技術(shù)在業(yè)界的實際應(yīng)用通?？梢苑譃?層:基礎(chǔ)設(shè)施層(IAAS)聚焦在網(wǎng)絡(luò)、存儲、服務(wù)器等硬件及其虛擬化,IAAS層的技能是最基礎(chǔ)、最重要的；平臺服務(wù)層(PAAS)指以服務(wù)的形式提供的API、Hadoop組件、云安全、Openstack等組件或環(huán)境；應(yīng)用服務(wù)層(SAAS)指以服務(wù)的形式提供的各種企業(yè)應(yīng)用。

2　云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)思路

2.1核心課程設(shè)計

當前企業(yè)級云計算業(yè)務(wù)主要包括云平臺、云應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、云數(shù)據(jù)中心維護、云安全、云監(jiān)控及云桌面等實操技術(shù),具體如圖1所示。

圖1　企業(yè)級云計算業(yè)務(wù)圖

根據(jù)當前行業(yè)主要崗位技能,考慮在本專業(yè)開設(shè)云計算概論、服務(wù)器虛擬化、服務(wù)器存儲管理、Linux操作系統(tǒng)、信息安全管理及評估、云平臺構(gòu)建與管理實訓(xùn)等核心課程,通過這些平臺之間的搭配使用,達到滿足學(xué)生實習(xí)實訓(xùn),全面掌握云計算應(yīng)用技能的目的。

2.2實訓(xùn)基地建設(shè)思路

考慮到上述云計算業(yè)務(wù)功能,滿足核心課程的教學(xué)需要,云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)主要建設(shè)思路分為4個方面。

(1) 展現(xiàn)云計算關(guān)鍵技術(shù)全景圖。在實驗室的小微環(huán)境中,提供了包括IAAS層(主流虛擬化平臺)、PAAS層(云操作系統(tǒng)、Openstack、Hadoop大數(shù)據(jù))、SAAS層(業(yè)務(wù)應(yīng)用)、云安全在內(nèi)的全景圖,充分了解云計算的重要技術(shù)。

(2) 環(huán)境與企業(yè)一致,任務(wù)與崗位一致,利于快速上崗。實驗室的技術(shù)架構(gòu)與企業(yè)真實生產(chǎn)環(huán)境一致,我們設(shè)計的實訓(xùn)任務(wù)側(cè)重點與學(xué)生就業(yè)的目標崗位一致,強調(diào)IAAS層的操作技能,兼顧PAAS層和SAAS層的擴展能力,達到學(xué)、練、用一體的效果。

(3) 以標準業(yè)務(wù)流程進行項目實戰(zhàn),確保學(xué)生懂知識，也懂業(yè)務(wù)。以真實的云平臺項目為原型設(shè)計,根據(jù)標準的信息服務(wù)流程設(shè)計學(xué)員角色分配、項目實施、質(zhì)量規(guī)范。

(4) 多個獨立環(huán)境,自主嘗試,激發(fā)興趣。將實驗室分成多個獨立小環(huán)境,學(xué)生有充分機會進行嘗試和探索,充分激發(fā)興趣。

3　云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地總體框架

3.1實訓(xùn)基地布局與邏輯拓撲設(shè)計

3.1.1架構(gòu)與布局設(shè)計

云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地參考標準IDC的架構(gòu)與布局進行設(shè)計,共分為兩大區(qū)域:實訓(xùn)區(qū):主要由桌面云系統(tǒng)、服務(wù)器和存儲等,供學(xué)生進行實訓(xùn)；設(shè)備區(qū):按照企業(yè)級標準,存放服務(wù)器等實訓(xùn)設(shè)備。

3.1.2邏輯拓撲設(shè)計

由于學(xué)生實訓(xùn)要多組同時進行,一個實驗室包含多個獨立的實訓(xùn)平臺,不同平臺之間互不干擾。學(xué)生從物理硬件的連接到虛擬機管理均可并行,充分考慮到實驗室建成后符合如下幾個特征:

(1) 可管理性。各模塊之間通過交換機連接,可統(tǒng)一管理。此外,平臺還可以實現(xiàn)統(tǒng)一化、多維度的管理功能。

(2) 互通性。各硬件、虛擬機可互通,如通過虛擬桌面訪問虛擬主機上的SAAS應(yīng)用。模擬企業(yè)的真實場景。

(3) 統(tǒng)一性。大企業(yè)平臺與小企業(yè)平臺雖然軟硬件選型不同,但采用同樣結(jié)構(gòu),可統(tǒng)一授課。

實訓(xùn)基地邏輯拓撲的設(shè)計見圖2。

圖2　實訓(xùn)基地邏輯拓撲圖

3.1.3實訓(xùn)基地方案設(shè)計

根據(jù)以上,完成本云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地方案設(shè)計,共5個模塊。

(1) 云平臺模塊。部署云平臺,通過該模塊練習(xí)服務(wù)器虛擬化的安裝和管理。

(2) 桌面云模塊。部署桌面云,通過該模塊練習(xí)vmware view的安裝和管理。

(3) 云管理模塊。部署云管理系統(tǒng)及企業(yè)應(yīng)用(含SAAS、PAAS)通過該模塊練習(xí)Openstack的安裝和管理以及企業(yè)應(yīng)用的部署。

(4) 云安全模塊。部署云平臺的安全防護設(shè)備,可進行虛擬主機以及虛擬機的掃描、預(yù)警、修復(fù)的安全操作?？商岣邔W(xué)生對云平臺的安全意識。

(5) 大數(shù)據(jù)模塊。部署Hadoop,了解大數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析的4層服務(wù)。

本云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地的物理拓撲如圖3所示。

3.2云平臺服務(wù)的搭建

根據(jù)上節(jié)所述云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地的布局與邏輯拓撲設(shè)計,完成其云計算平臺的用戶規(guī)劃和設(shè)計。在云平臺中,可以通過網(wǎng)頁登錄到云平臺的登錄界面完成三類用戶的管理,三類用戶分別為:系統(tǒng)管理員、教師管理員、學(xué)生用戶[4],三類用戶分別注冊或者登錄到云平臺系統(tǒng),管理使用云平臺資源,各類用戶詳細服務(wù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3.3服務(wù)器的設(shè)備選用依據(jù)

要完成上述云平臺的搭建,離不開硬件設(shè)備的支撐,服務(wù)器的設(shè)備選用了H3C設(shè)備。之所以選用H3C設(shè)備作為這次的工具,是因為H3C設(shè)備性價比較高,并能完成本實訓(xùn)基地規(guī)劃各類功能所需硬件需求。

H3C CAS虛擬化管理系統(tǒng)融合了計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲資源的虛擬化,形成彈性的數(shù)據(jù)中心資源池,實現(xiàn)資源的自動化調(diào)度,更好地為上層應(yīng)用服務(wù)[5]。通過虛擬化后,虛擬機之間為完全隔離狀態(tài),具有獨立CPU、內(nèi)存、磁盤I/O、網(wǎng)絡(luò)I/O,即任何一個虛擬機發(fā)生故障時,同一物理機上的其他虛擬機不受其影響,每個虛擬機具有獨立的用戶管理權(quán)限,可安裝獨立操作系統(tǒng),不同虛擬機間操作系統(tǒng)可以異構(gòu)[6]。

4　云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地設(shè)計

4.1云平臺虛擬實驗室布局設(shè)計

根據(jù)虛擬實驗室的可管理性、互通性、統(tǒng)一性的特點,為了模擬企業(yè)的真實場景,云平臺虛擬實驗室的設(shè)計采用服務(wù)器集群式布局設(shè)計,三維布局如圖5所示,俯視構(gòu)建如圖6所示,用戶可在普通PC機使用Web網(wǎng)頁登錄,集中訪問,提高對用戶的可控性,顛覆傳統(tǒng)電子授課的方法。

圖3　實驗基地物理拓撲圖

圖4　云平臺用戶服務(wù)結(jié)構(gòu)圖

圖5　云平臺虛擬實驗室正面設(shè)計

圖6　云平臺虛擬實驗室俯視設(shè)計

4.2云平臺業(yè)務(wù)流程分析

在本設(shè)計中,云平臺用戶主要有系統(tǒng)管理員、組織管理員、最終用戶[7],3類用戶分級化管理模式,每類用戶所給予的使命不同,云業(yè)務(wù)流程如圖7所示。

在上圖中,云業(yè)務(wù)流程主要分為7個步驟：按照業(yè)務(wù)流程完成的先后順序分為物理資源整合與資源池化，云資源申請，云資源申請審核通過、組織創(chuàng)建與云資源分配，組織策略分配與虛擬機模板管理，云服務(wù)申請、云服務(wù)申請審核通過、虛擬資源分配，使用虛擬資源等[8]。

4.3云業(yè)務(wù)功能設(shè)計

云業(yè)務(wù)功能設(shè)計主要分為以下7個部分:

(1) 物力資源整合與資源池化。系統(tǒng)管理員可搭建整個云平臺服務(wù)器,在系統(tǒng)管理添加組織操作員添加組織添加用戶分組增加組織用戶；劃分服務(wù)器的資源,劃分不同種類用戶的權(quán)限,管理服務(wù)器的資源調(diào)度以及安全防護。

(2) 云資源申請。組織管理員可以向系統(tǒng)管理員申請云平臺服務(wù)器中的云資源的使用權(quán),來支配給最終用戶。

(3) 云資源申請審核通過組織創(chuàng)建與云資源分配。系統(tǒng)管理員接收到組織管理員的云資源申請,可通過云平臺網(wǎng)頁同意或者拒絕分配云資源給組織管理員。

(4) 組織策略分配與虛擬機模板管理。組織管理員可以通過云平臺服務(wù)器中的組織策略分配和創(chuàng)建虛擬機模板,為用戶申請使用虛擬機來快速分配給用戶使用和為不同的用戶要求來分配不同的策略。統(tǒng)一管理最終用戶的使用。

(5) 云服務(wù)申請。最終用戶可以不受時間和地點的約束,通過Web網(wǎng)頁訪問云平臺服務(wù)器,注冊用戶賬號,向組織管理員申請云資源。

(6) 云服務(wù)申請審核通過、虛擬資源分配。云服務(wù)申請審核通過,組織管理員分配虛擬機給最終用戶使用。

(7) 使用虛擬資源。最終用戶申請通過,并且組織管理員分配云資源給最終的用戶后,最終用戶就可以不受時間和地理位置的限制使用云資源。

5　云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)實訓(xùn)基地建設(shè)

5.1云計算平臺的系統(tǒng)流程設(shè)計

云平臺系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程,從用戶注冊和登錄開始,不同用戶登錄到云平臺將享有不同的資源和權(quán)限,管理員用戶注冊或登錄云平臺系統(tǒng),將享有用戶管理、實驗項目管理和虛擬機分配的權(quán)限；教師用戶注冊或登錄云平臺系統(tǒng)可以進行組織管理員申請和管理學(xué)生機的權(quán)限；學(xué)生用戶注冊或登錄云平臺系統(tǒng)可以享受虛擬機申請、虛擬機使用、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置和信息瀏覽權(quán)限。云平臺系統(tǒng)的資源分配及用戶管理模塊,系統(tǒng)管理員可以進行云資源的分配和用戶的創(chuàng)建以及用戶的管理及用戶的刪除操作。

3類用戶分級化管理模式,相互具有聯(lián)系,一環(huán)扣一環(huán)的管理模式,實現(xiàn)云平臺系統(tǒng)的管理和使用。

5.2用戶登錄和使用

用戶通過登錄H3C CAS系統(tǒng)的登錄界面登錄到云平臺[9],也可以在H3C CAS系統(tǒng)登錄界面進行用戶的注冊。登錄后的顯示界面主要包括了“云資源”“云服務(wù)”和“系統(tǒng)管理”三大功能[10]。

用戶通過申請?zhí)摂M機來獲取云平臺虛擬機的使用權(quán)限,管理員需要創(chuàng)建好虛擬機,劃分虛擬機網(wǎng)絡(luò),之后交由用戶使用，用戶可以通過H3C CAS系統(tǒng)登錄界面登錄,使用已經(jīng)申請好的虛擬機。

整個用戶登錄和使用過程在云計算系統(tǒng)的運作下完成。

6　結(jié)語

圍繞基于云計算技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)課程實踐教學(xué)需求的學(xué)習(xí)和研究,將專業(yè)核心課程實驗環(huán)境的搭建與云計算虛擬實驗基地的建構(gòu)相結(jié)合,經(jīng)試運行,實訓(xùn)基地不僅符合云計算技術(shù)與應(yīng)用核心課程項目式教學(xué)需要[11],基于實訓(xùn)基地構(gòu)建過程,鍛煉了師生的工程實踐能力[12],達到了實驗基地規(guī)劃和建設(shè)的預(yù)期目標。

References)

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Design and establishment of cloud computing technology and professional training base under background of “Internet +”

Hua Chi1，3, Gu Xiaoyan2, Zhang Rong2, Li Xiangyu2

(1. Teaching and Research Department,Jiangsu Information Professional Technology Institute,Wuxi 214153,China；2. Engineering College of Internet Things,Jiangsu Information Professional Technology Institute,Wuxi 214153,China; 3. College of Computer Science and Technology,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)

Based on the practice and research of cloud computing technology and professional training base,the experimental environment for the related courses is established with cloud computing virtual laboratory. Relying on H3C equipment,a cloud computing technology and professional virtual laboratory is set up,a Cloud Computing course is designed,and direct access to the cloud server for the virtual laboratory through the campus network is completed,thus ensuring the effective use of the laboratory resources regardless of time and geographical constraints.

curriculum practical training base；professional laboratory; virtual laboratory

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.059

實習(xí)基地建設(shè)

2016-03-08修改日期：2016-06-01

江蘇高校哲學(xué)社會科學(xué)研究基金資助項目(2014SJB351)；江蘇省高等職業(yè)院校國內(nèi)高級訪問學(xué)者計劃資助項目(2016GRFX025)；江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項目(PPZY2015C239)；江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度課題(D/2015/03/092)

華馳(1979—),男,江蘇興化,碩士,副教授,主要從事軟件技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究及計算機教學(xué).

E-mail：8573748@qq.com

TP393

A

1002-4956(2016)9-0223-06