管維紅+孫濤+劉騰

摘要：

隨著云計算的不斷發(fā)展，桌面虛擬化技術日趨成熟，高校實驗實訓室紛紛搭建虛擬桌面。在虛擬桌面的基礎上，利用現(xiàn)有服務器、存儲等資源，通過OpenStack搭建了實驗實訓室在線實驗云平臺。該平臺有用戶專屬的實驗云主機，并配套開發(fā)在線實驗提交系統(tǒng)，以及相關教學資源共享平臺，為學生提供了在線實驗及課程教學資源一體化的泛在學習體驗。對云平臺建設過程中的一些問題進行了分析，旨在為實驗實訓室建設提供參考。

關鍵詞：虛擬桌面；資源整合；在線實驗；OpenStack；云平臺

DOIDOI：10.11907/rjdk.172793

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）012-0172-03

Abstract：As the fast development of cloud computing technology and gradually mature desktop virtualization technology， many universities and colleges start to build the virtual desktop in the experimental training room. Discussion based on the virtual desktop， make full use of the existing servers， storages and other resources， through OpenStack to build the cloud platform for online experiments in the experimental training room， to provide students with own experimental cloud host， and develop of the online experimental submission system， and the related teaching resources sharing platform. It enables students to get the u-learning experience of the integration of online experiments and teaching resources， achieved good teaching results. By the way， it is analyzed the common problems of cloud platform construction， hope to share the experience as good reference to brother colleges.

Key Words：virtual desktop； resource integration； online experiment； OpenStack； cloud platform

0 引言

為解決傳統(tǒng)機房存在成本投入過大、維護費用過高、管理效率低下、安全靈活性差等難題[1]，越來越多的高校在實驗實訓室建設時采用虛擬桌面[2-4]。

虛擬桌面搭建需要服務器、存儲等大型設備，在建設虛擬桌面實訓室時往往“各自為陣”，并在設備選擇時留有一定余地，沒有充分考慮服務器使用率，存在資源浪費情況[5]。目前MOOC、SPOC等在線開放課程平臺，難以支持課程實驗環(huán)節(jié)，配套建設在線實驗教學平臺迫在眉睫[6-7]。在線實驗云平臺主要用于高校實驗室共享平臺建設[8]，為學生提供統(tǒng)一的實驗環(huán)境和點對點的實時通信平臺[7]。筆者基于虛擬桌面服務器、存儲等設備，利用OpenStack搭建了在線實驗云平臺，并開發(fā)了在線實驗提交系統(tǒng)，實現(xiàn)硬件、軟件和教學資源共享[9]，為師生提供實踐教學和課程學習一體化的泛在學習體驗。

1 搭建在線實驗云平臺意義

高職院校實踐課程占教學的大部分，而實踐課程往往存在以下問題：很多課程在實驗室的操作時間有限，課后因為實驗環(huán)境、實訓指導缺乏等因素，學生難以繼續(xù)練習。如何進行在線實驗資源建設，將實驗環(huán)境、實訓內(nèi)容等資源搬到網(wǎng)上，給學生提供更多學習機會，是實驗實訓室建設的發(fā)展方向。

隨著桌面虛擬化技術的不斷成熟，高校越來越多的實驗實訓室采用虛擬桌面，與此同時也暴露出一些問題：虛擬桌面建設時基于較多應用及擴展性，一般配置較高，但在實際使用時往往只用于某幾門課程教學，使用單一，沒有充分發(fā)揮設備效能，造成一定的資源浪費，尤其是服務器、存儲等大型設備的利用率很低。

在線實驗云平臺利用虛擬桌面現(xiàn)有設備，通過OpenStack進行合理部署，在提供云主機滿足在線實驗教學的同時，還能開發(fā)在線實驗提交平臺，實現(xiàn)在線實驗布置、提交及反饋。與實踐課程建設相結合，將實踐課程教學資源庫融入，為學生提供更廣闊的學習空間，實現(xiàn)移動學習、泛在學習。在線實驗云平臺建設不僅可以提升實驗實訓中心的整體管理水平，還可更好地為教學服務，提高教學效果。

2 在線實驗云平臺搭建

筆者學校物聯(lián)網(wǎng)工程學院擁有實驗實訓室30間，包括政府財政補貼建設的物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓室、計算機與軟件實訓室；與行業(yè)協(xié)會共建的網(wǎng)絡安全工作室；與知名企業(yè)合作建設的移動互聯(lián)實訓室、云計算實訓室、物聯(lián)網(wǎng)技術應用實訓室、物聯(lián)網(wǎng)工程與安全綜合實訓室等。實驗實訓室承擔了物聯(lián)網(wǎng)技術專業(yè)絕大多數(shù)實驗實訓課程的教學任務。其中云計算實訓室、大數(shù)據(jù)實訓室、公共機房等實訓室采用了虛擬桌面。根據(jù)設備、人員、課程資源等實際使用情況，搭建了云計算工作室和信息技術教學平臺兩個在線實驗云平臺。本文根據(jù)服務器部署、配置和實際使用情況，以云計算實訓室為例說明在線實驗云平臺的搭建和使用過程。云平臺建設分為硬件建設、軟件部署和教學資源建設與共享3部分。endprint

2.1 硬件建設

云計算實訓室（見圖1）有服務器、存儲共20臺，終端50臺，教師機1臺，以及千兆交換機3臺，網(wǎng)管交換機1臺，大型設備清單見表1，主要用于物聯(lián)網(wǎng)技術專業(yè)群云計算等相關課程的教學。采用14臺1U機架式服務器部署在線實驗云平臺，并直接通過樓層匯聚連接到校園中心機房，實現(xiàn)校園網(wǎng)內(nèi)免費訪問。

2.2 軟件部署

OpenStack是一個開源的云計算管理平臺，有著良好的可控性、兼容性和擴展性，很多企業(yè)和高校采用OpenStack搭建私有云[10-14]，如基于OpenStack搭建創(chuàng)新實驗室云平臺[12]，基于OpenStack構建適用于教學和科研實驗的云計算平臺[13]，以及基于OpenStack構建高校實驗室云計算管理平臺[14]等。

在線實驗云平臺（見圖2）采用開源的OpenStack進行部署，將14臺1U機架式服務器作為底層物理設備形成計算資源池，分為兩組，每組7臺，統(tǒng)一管理使用，可允許300G內(nèi)存的實驗云主機同時運行。整個OpenStack由控制節(jié)點、計算節(jié)點、網(wǎng)絡節(jié)點、存儲節(jié)點4部分組成[14-15]。目前OpenStack云平臺采用一個控制節(jié)點、多個計算節(jié)點的方法進行部署。此方法部署簡單，不容易出錯，適合小范圍使用，但整體性能一般。本文對云平臺進行升級部署，爭取在現(xiàn)有設備前提下，改用3個控制節(jié)點，同時重新部署OpenStack的高可用性，提升云平臺性能。

該平臺主要服務于計算網(wǎng)絡技術專業(yè)，尤其是云計算方向，可保證每個學生擁有自己的云主機，上課時直接登錄云主機進行操作，課后可將云主機“隨身”攜帶，只要在校園網(wǎng)內(nèi)登錄即可使用。

點擊“實驗云平臺”登錄，即可進入云平臺。點擊“實驗提交”，即可進入在線實驗平臺，進行在線實驗系統(tǒng)操作。“云知識庫”集中部署了多門課程的相關教學資源，可以在線學習。

2.2.1 實驗云平臺

實驗云平臺主要提供云主機的管理，見圖3。

2.2.2 實驗提交系統(tǒng)

“實驗提交”系統(tǒng)是由任課教師根據(jù)教學需要采用python和django自行編寫的。教師在平臺上發(fā)布實驗要求，學生根據(jù)實驗要求在自己的云主機上進行操作，然后將命令結果復制到答題區(qū)提交，平臺采用抓取關鍵詞比對的方法判斷完成正確與否。

“實驗提交”系統(tǒng)結合云主機可實現(xiàn)“在線實驗”功能，平臺界面見圖4。登錄后可看到“我的實驗”、“我的完成情況”以及“班級完成情況”3個頁面。在線實驗提交系統(tǒng)流程見圖5。

2.3 教學資源建設與共享

“云知識庫”收集整理的資源主要有dokuwiki 、python、 openstack等新技術教程及實例。資源主要由教師收集整理，來自江蘇省、全國技能大賽項目，官網(wǎng)、論壇以及網(wǎng)上知名博客的系列講解等，還有部分教學資源和在線開放課程的建設是同步的，和在其它平臺發(fā)布的在線開放課程配套使用。云知識庫界面見圖6。

3 實施效果及問題分析

3.1 實施效果

在線實驗云平臺應用于多門課程教學，取得了良好的教學效果。對云平臺登錄和使用時間統(tǒng)計，學生平均每天在云平臺上學習1.5個小時以上，遠遠超過其它課程的課外學習時間。

從教師角度：在線實驗云平臺大大提高了教學效率，無限延伸了云計算實驗室，提高了教師的實踐能力，為教師成長提供了很好的平臺。

從學生角度：通過在線實驗云平臺，學生擁有自己的云主機，實驗課程學習不再拘泥于實驗室，可以輕松實現(xiàn)在線學習、移動學習，將實驗室搬到校園每個角落。不僅提高了學生的學習興趣，學習效率，同時為自主學習提供廣闊的空間。

在線實驗云平臺的搭建，很好的利用了現(xiàn)有設備，有益于教學。若能從課程組、專業(yè)群的角度進行規(guī)劃建設，將發(fā)揮更大的作用。

3.2 問題分析

（1）虛擬桌面不能適用于所有機房，但是在線實驗云平臺建設卻迫在眉睫。在線開放課程的建設往往偏于理論，卻忽視了最為關鍵的實踐部分，因此即使沒有資源過剩的情況，也應該進行在線實驗資源建設?？梢孕?nèi)自行搭建平臺，也可以采取和企業(yè)合作引進的方式進行，兩種方法各有利弊，應根據(jù)實際情況進行選擇。

（2）在線實驗云平臺欲成為學生學習的移動桌面，實現(xiàn)泛在學習，就要保證云平臺7*24穩(wěn)定工作。不同于傳統(tǒng)機房按時開放，云平臺是隨時在線的，對電源、備份以及散熱、通風等環(huán)境因素要充分考慮。實訓室管理方式要改革，以適應新的使用要求，尤其要做好服務器的運維和安保工作。

（3）目前很多高校已經(jīng)建立了專門的在線實驗平臺，也有很多公司提供在線實驗服務，搭建私有在線實驗云平臺有無必要？答案是肯定的。因為私有在線云平臺不僅充分利用了現(xiàn)有資源，避免浪費，而且該平臺最易實現(xiàn)，平臺本身就是最好的教學案例，關鍵是如何保證在線實驗云平臺持續(xù)高效使用。應根據(jù)云平臺的建設和使用情況制定相應的考核和獎勵政策，給予一定的經(jīng)費支持，保證云平臺的軟硬件及時升級，給相關人員一定的獎勵，以激發(fā)和維持其工作熱情，使平臺能持續(xù)高效運行。

4 結語

本文在虛擬桌面的基礎上，探討了資源整合，充分發(fā)揮服務器等大型儀器設備的使用效率，通過合理的軟硬件部署，與相關課程教學資源相結合，將實驗實訓室搬到校園網(wǎng)上，構建在線實驗云平臺，無限延伸了實訓室功能，為學生自主學習提供了廣闊平臺，在實際使用中取得了很好的教學效果。分析了云平臺建設中存在的一些問題。桌面虛擬技術還是一項發(fā)展中的技術，很多問題有待解決。在線實驗云平臺建設也不可能一蹴而就，是一個不斷完善的過程。

參考文獻：

[1] 王珂珂.基于云計算的高校虛擬化實驗室建設研究[J].實驗室科學與技術，2015，13（5）：41-43.

[2] 劉永，吳杰，寧玉富，等.高校虛擬化桌面實施研究[J].計算機技術與發(fā)展，2016，26（2）：140-143.

[3] 洪文圳，周勁樺，梁慧娜.開源虛擬化桌面在實驗環(huán)境部署中的應用[J].計算機教育，2015（2）：94-98.

[4] 金彪，鄭小建，姚志強，等.桌面虛擬化與計算機實驗室管理[J].實驗技術與管理，2014，31（2）：85-88.

[5] 李賀華.基于云計算系統(tǒng)的實訓平臺研究與實現(xiàn)[J].實驗技術與管理，2015，32（3）：157-160.

[6] 謝陽，史有群，陶然，等.基于虛擬化技術的教學云平臺構建與管理[J].計算機與現(xiàn)代化，2013（8）：218-221.

[7] 郭旭，茅俊杰，何嘉權，等.基于MOOC的在線教學實驗平臺的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2016，37（2）：545-551.

[8] 毋妙麗.基于云桌面技術的實驗室資源共享平臺建設[J].實驗室研究與探索，2014，33（12）：290-294.

[9] 華馳，顧曉燕.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的實驗實訓教學體系設計[J].實驗技術與管理，2016，33（3）：93-176.

[10] 陳伯龍，程志鵬，張杰著.云計算與OpenStack（虛擬機Nova篇）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[11] OpenStack中國社區(qū).部署Openstack前需要考慮的五大問題[EB/OL].http：//www.openstack.cn/.

[12] 楊澤平，顧春華，萬鋒，等.基于OpenStack的創(chuàng)新實驗云平臺的研究[J].實驗技術與管理，2016，33（5）：147-150.

[13] 黃志成.開源云計算OpenStack在高校計算機機房中的應用研究[J].計算機與現(xiàn)代化，2013（3）：204-206.

[14] 金永霞，孫寧.基于OpenStack的云計算實驗平臺建設與應用[J].實驗技術與管理，2016，33（6）：145-149.

（責任編輯：杜能鋼）endprint