孫力　郭立

摘要：為了改進傳統的教學實驗管理方式，高效利用現有資源，解決傳統實驗教學平臺環(huán)境部署復雜、資源利用率低等方面的問題，分析基于校園私有云的實驗教學平臺的優(yōu)勢，提出建設經管實驗教學云平臺的新模式，并結合學院實際給出“服務器虛擬化”的詳細架構設計方案。通過該教學實驗平臺的設計與實施，以達到整合實驗中心及全院虛擬實驗資源的目的，既有利于提高實驗教學和實驗室管理水平，又減少了硬件采購成本。

關鍵詞：云計算;私有云;虛擬化;實驗平臺

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0069-03

0 引言

互聯網已進入了一個新的時代——“云時代”。云計算的核心思想是將大量用網絡連接的計算資源集中起來形成一個計算資源池，通過統一管理和調度給用戶提供優(yōu)質的按需服務。校園私有云就是基于云計算技術的校園信息化工程，使用云計算和云存儲技術來搭建的教學資源共享平臺，為學校管理者和老師提供優(yōu)質教育教學資源，為學生提供便捷的學習環(huán)境。

近些年來經管類專業(yè)擴招迅猛，隨之而來的就是國內高校經管類實驗室建設突飛猛進。從最開始的建設機房，學習軟件，慢慢的擴展到ERP沙盤經營、商科仿真實訓等內容，實訓場地及資源需求也越來越大。目前，國內高校的經管類實驗室在運行中普遍存在著以下問題：

（1）實驗室建設成本高、應用低效。經管類實驗室普遍按學科分類設置，使得實驗室功能單一、管理分散，造成設備重復購置，利用率低下。

（2）實驗室開放受時間與地點的限制。實驗室地點及開放時間固定，無法達到開放式實驗教學要求。

（3）實驗環(huán)境部署不便，重復工作量大。為了滿足日常教學的需求，需要經常更新實驗室的軟、硬件，使得維護量增大。

（4）實驗室存在安全隱患。實驗用計算機設備在使用過程中往往會因為ARP攻擊、病毒入侵等原因而頻繁癱瘓，影響實驗教學的正常進行。

（5）實驗室對外開放力度不夠。實驗室普遍對外開放力度不夠，為企業(yè)與社會服務的能力有待提升。

1 信息化技術在學院經管實驗教學中的應用現狀

教育與信息化的結合帶動了現代教育的發(fā)展，我國于2010年7月頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》，明確提出“建立開放靈活的教育資源公共服務平臺，促進優(yōu)質教育資源普及共享”的指導方針。2012年3月教育部印發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2010-2020）》，進一步強調了“實施優(yōu)質數字教育資源建設是推進教育信息化的基礎工程和關鍵環(huán)節(jié)”，其中明確提出了“建設教育云資源平臺?！?/p>

近些年來，我院高度重視信息化建設工作，從2011年起，學院依據數字化校園建設需要，遵循“采用新興技術、整合現有資源、構建集約化信息平臺”的原則，在信息化改造方面投入資金近500萬，大大提升了學院信息化水平。學院目前已建成萬兆高速骨干校園網絡，校園網接入教學與辦公用計算機近3500臺、服務器40余臺。與此同時我院作為一所經管類專業(yè)為主的學校長期以來一直高度重視經管類實驗教學環(huán)節(jié)，2008年建成經濟管理實驗教學中心并逐步開展經管類實驗教學與改革工作。2013年我院經濟管理實驗教學中心被評為甘肅省重點實驗教學示范中心，中心現擁有各類實驗室面積3600平米，各類實驗教學軟件20余套，建有金融綜合實驗室、國際貿易綜合實驗室、ERP沙盤模擬實驗室、工商管理綜合實驗室、會計電算化實驗室、會計多功能仿真實驗室、電子商務綜合實驗室及商科綜合仿真實訓中心。

服務器、計算機及實驗教學軟件的增加大大改善了學院經管類專業(yè)的實訓條件，實驗教學也慢慢由軟件的學習慢慢擴展到企業(yè)綜合仿真和虛擬社會等內容。但傳統的實踐教學信息化建設面臨的最大問題就是分散，所有實驗用計算機均為獨立模式，教學資源與實驗結果只能保存在本地硬盤;所有服務器均分散在各個實驗室，每臺服務器只安裝一兩個實驗軟件，遠沒有達到充分利用的狀態(tài)，常常出現有課時服務器資源不夠用，沒課時服務器斷電“睡大覺”的尷尬局面。這種分散的建設模式使得我院信息化實驗資源出現了利用率低，重復建設以及管理成本居高不下的問題。2017年，學院信息中心聯合經濟管理實驗教學中心先后實施了部分服務器及桌面計算機的虛擬化工作，通過虛擬化技術的應用不但加快了新的實驗教學軟件的運行，提高了實驗環(huán)節(jié)的可靠性，而且還使得我院實驗設備的采購成本大大降低。

2 基于私有云的經管實驗教學平臺的構建

為了改進傳統的經管類實驗管理方式，高效利用實驗資源，解決傳統經管類實驗教學平臺環(huán)境部署復雜、安全隱患多等方面的問題，本文提出建設基于校園私有云下的經管類實驗教學平臺的全新思路，并結合“虛擬化”技術，構建具有資源集中、共享、動態(tài)配置等優(yōu)勢的經管類實驗教學平臺，希望有效解決高校經管類實驗室資源利用率低、管理困難等問題，達到整合實驗資源的目的，讓實驗資源更好地為教學工作服務。

2.1 校園私有云整體架構

校園私有云是將云基礎設施與軟硬件資源建立在學校內部，其服務對象僅限于校內老師和學生。校園私有云支持動態(tài)的基礎設施架構，實現底層基礎架構與業(yè)務的分離，使各種資源得到統一規(guī)劃與分配。學院各部門無需單獨采購硬件設備，只需要根據自身的需求申請“云資源”，然后在云平臺上實施自己的業(yè)務與應用，而底層資源的采購、維護及監(jiān)控等問題拋給信息中心即可，校園私有云平臺整體架構如圖1所示。

2.2 實驗資源虛擬化

虛擬化是實現云計算的前提條件之一，虛擬化環(huán)節(jié)的目的是將服務器、網絡、存儲整合為若干可動態(tài)分配的資源池，用戶在獲得某種應用功能的同時，也獲得了實現這種功能所必需的而且被優(yōu)化的資源，“功能”加“資源”聚合為服務的形式來提供。

服務器虛擬化通常有兩種典型架構，分別為寄居架構和裸金屬架構。寄居架構就是在操作系統之上安裝和運行虛擬化程序，依賴于主機操作系統對設備的支持和物理資源的管理。裸金屬架構就是直接在硬件上面安裝虛擬化軟件，再在其上安裝操作系統和應用，依賴虛擬層內核和服務器控制臺進行管理。

學院服務器虛擬化選用了主流的VMware虛擬化技術，首先采購了配置相同的6臺X86服務器并安裝上了VMware ESXI Server，搭建出經管類實驗服務器集群，使用VMware vSphere Client對ESXI主機進行管理維護。通過對服務器進行虛擬化，一臺服務器被虛擬出多個虛擬機，每個虛擬機可安裝一套不同的實驗用教學軟件。

為了充分發(fā)揮VMware下DRS、HA、vMotion等功能，讓虛擬機能夠游離于服務器群集下的不同ESXI主機之間，實現最終應用負載均衡和系統維護計劃，我們設計了FC SAN和iSCSI兩種存儲網絡，對于讀寫I/O要求高的部分應用部署到了FC SAN存儲設備上，其余的應用都部署到了iSCSI存儲上。存儲虛擬化后，每個虛擬機的文件系統都可以創(chuàng)建在共享的存儲陣列上。

通過對服務器進行虛擬化，大大減少了學院經管實驗中心日常開展實驗教學所需服務器的數量。采用存儲虛擬化技術可實現存儲系統的集中、統一、方便的管理。將數據保存在虛擬存儲設備中可通過快照、鏡像、復制等服務實現實驗數據及實驗軟件的快速遷移。虛擬服務器及虛擬存儲資源均可根據需要進行動態(tài)擴展和配置，運用虛擬化技術可達到資源的充分利用。

2.3 PaaS（平臺即服務）構建

從技術角度來講，云計算可以分為四層：HaaS（硬件即服務）、IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和SaaS（軟件即服務）。

本文所研究的服務于高校經管實驗教學平臺的校園私有云平臺，主要以IaaS和PaaS為主，提供PaaS服務。學生進行教學實驗所需的操作系統、數據庫、實驗軟件價格昂貴，而且部署這些應用需要花大量的時間。平臺除了將物理資源通過虛擬化共享給實驗用戶外，還為實驗用戶提供具備實驗所需的運行和管理環(huán)境的平臺層服務。平臺通過VMware vCenter Server可將常用的虛擬機及其實驗軟件環(huán)境導出為模板，在需要時將模板導入即可將進行實驗的軟硬件環(huán)境提供給用戶使用。

該平臺所具備的服務功能如圖2所示，平臺層的基礎部分是操作系統，平臺為實驗用戶提供的操作系統有：Linux、Windows Server 2003、Windows Server 2008;提供的數據庫有SQL Server、MySQL、 Oracle;在應用服務方面，提供了各種經管類實驗教學軟件及常用辦公軟件。

2.4 平臺工作流程設計

實驗用戶開展實驗前需要提交實驗申請，申請內容包括實驗所需要的實驗軟件、CPU資源、內存資源、硬盤資源及實驗資源的使用時間等。

信息中心作為管理部門在審核申請后為實驗用戶分配所需的實驗資源，管理員使用VMware vCenter Server創(chuàng)建虛擬機，并分配CPU、內存、硬盤等相關資源，與此同時管理員也可通過將常用的虛擬機模板導入快速完成實驗用戶需要的實驗環(huán)境的配置。實驗資源分配后，實驗用戶通過網絡就可使用這些資源進行實驗，用戶實驗的時間、地點不受限制。與此同時管理員可以實時對資源使用情況進行監(jiān)控，動態(tài)的為實驗用戶增加相應的資源。如果服務器在實驗過程中突然出現故障，還可以進行系統的動態(tài)遷移，最大化地降低故障對實驗的影響，實驗時間結束后，管理員會將實驗資源回收并分配給其他實驗用戶，平臺工作流程如圖3所示。

3 應用效果分析

經過試用云架構下的經管實驗教學平臺比現有的實驗室具有以下優(yōu)點：

（1）降低了經管類實驗室的建設成本、提高了實驗用軟硬件的利用率，校內的各個實驗軟件無需單獨配備高性能的服務器和存儲，師生需要進行實驗時向云平臺申請資源即可，大大提高了資源的利用率。

（2）實驗平臺部署簡便，可大大簡化實驗環(huán)境的部署流程，減少實驗所需的準備時間。與此同時還可減少實驗室的管理人員，降低學校的人力成本和管理成本。

（3）實驗時間不受實驗室時間及實驗室地點的限制，只要是在申請實驗資源的使用期限內，實驗用戶可以通過校園網在任何時間及地點進行實驗。

（4）可以實現整合高校實驗資源，提升實驗教學平臺開放性的目的，在提升開放性的基礎上逐步釋放高校實驗教學資源，充分體現高校的社會服務價值。

（5）響應政府提倡的“節(jié)約型社會”、“節(jié)能減排”等理念，降低設備采購量，解決現階段存在的高耗能、高成本、低效率問題。

參考文獻

[1] 熊昕，熊茂華，謝景明.創(chuàng)新型實踐教學私有云平臺的設計與研究[J].實驗室研究與探索，2016（5）：208-212.

[2] 熊昕.基于云計算的自主學習教學資源庫的研究[J].信息技術與標準化，2015（3）：19-22.

[3] 曾明星，周清平，蔡國民.基于校園私有云的軟件工程實驗實訓綜合平臺研究與實踐[J].實驗技術與管理，2015（4）：161-165.

[4] 歐志亮.基于云計算區(qū)域民辦高職院校教學資源整合模型研究[J].武漢輕工大學學報，2017（9）：116-121.

[5] 謝偉彬.基于云計算的高校網絡教學實踐探究[J].廣東技術師范學院學報，2011（3）：61-63.

[6] 鄭海清，廖大強.基于校園私有云的實訓教學環(huán)境的應用研究[J].網絡信息工程，2017（4）：116-121.

[7] 卜天然.安徽商貿職業(yè)技術學院，楚雄師范學院學報，2017（5）：68-71.

[8] 王為，王春潮，李小昱.基于云計算的虛擬化計算機實驗室的研究與實現，2010（11）：178-181.

[9] 黃晨暉，林泳琴.關于開放式實驗室建設的思考與探索[J].實驗室研究與探索，2009（4）：272-276.

Construction and Research of Experimental Teaching Platform of University Economic Management Based on Campus Private Cloud

SUN Li1， GUO Li2

（1.Longqiao College of Lanzhou University of Finance And Economics，Lanzhou Gansu 730101;

2.Lanzhou modern vocational College，Lanzhou Gansu? 730050）

Abstract：In order to improve the traditional teaching experiment management mode， efficiently utilize the existing resources， solve the problems existing in the traditional experimental teaching， such as complex deployment of the platform environment and low resource utilization， we analyze the advantages of the experimental teaching platform based on the campus private cloud， A new mode of building a management experiment teaching cloud platform is proposed， and a detailed architecture design of "server virtualization" is made in combination with the actual situation of the college. Through the design and implementation of the teaching experiment platform， the effect of integrating the experimental center and the virtual experimental resources of the whole college has been achieved， which not only helps to improve the experimental teaching and laboratory management level， but also reduces the cost of hardware procurement.

Key words：cloud computing;private cloud;virtualization;experimental platform