伍 丹

摘? ?要：作為高素質(zhì)職業(yè)技能型人才的培養(yǎng)基地，高職院校應(yīng)進(jìn)一步加快人才培養(yǎng)改革的步伐。近幾年，越來(lái)越多的高職院校將線上線下混合式教學(xué)作為教學(xué)改革的方向。在對(duì)現(xiàn)今線上教學(xué)平臺(tái)及實(shí)訓(xùn)環(huán)境進(jìn)行調(diào)研后，文章針對(duì)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)過(guò)程受限制、實(shí)訓(xùn)室資源浪費(fèi)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于OpenStack的教學(xué)云平臺(tái)。該平臺(tái)包含資源庫(kù)及虛擬實(shí)訓(xùn)室，期望在解決上述問(wèn)題的同時(shí)，提高學(xué)生實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高職;OpenStack;教學(xué)云平臺(tái)

2019年，教育部、財(cái)政部發(fā)布的教職成﹝2019﹞5號(hào)文《關(guān)于實(shí)施中國(guó)特色高水平高職學(xué)校和專(zhuān)業(yè)建設(shè)計(jì)劃的意見(jiàn)》中指出：為深入貫徹落實(shí)全國(guó)教育大會(huì)精神，落實(shí)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，改革發(fā)展任務(wù)為“全面提高質(zhì)量的基礎(chǔ)上，著力培養(yǎng)一批產(chǎn)業(yè)急需、技藝高超的高素質(zhì)技術(shù)技能人才”。高職院校作為高素質(zhì)職業(yè)技能型人才的培養(yǎng)基地，更應(yīng)進(jìn)一步加快人才培養(yǎng)模式的改革步伐，培養(yǎng)出適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)方式變革以及社會(huì)公共服務(wù)需要的高素質(zhì)勞動(dòng)者和技術(shù)、技能型人才。

伴隨著多元化信息手段在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，單一的線下講授已不能滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的需求，取而代之的是線上線下混合式教學(xué)模式，線上資源庫(kù)及虛擬實(shí)訓(xùn)室成為線上教學(xué)的核心元素?？v觀各所高職院校，教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，但是絕大多數(shù)的教學(xué)平臺(tái)功能僅限于：教師發(fā)布線上資源，學(xué)生在線學(xué)習(xí)、測(cè)試，教師借助平臺(tái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)、考核，受限于軟、硬件環(huán)境，實(shí)操部分只能在課堂上、在固定實(shí)訓(xùn)室里完成。而實(shí)訓(xùn)室開(kāi)放時(shí)間有限，學(xué)生的訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)與強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，這極大地制約了學(xué)生實(shí)踐能力的提升，與培養(yǎng)技術(shù)、技能型人才的目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)，同時(shí)也造成了實(shí)訓(xùn)室資源的極大浪費(fèi)。

基于以上問(wèn)題，若能搭建教學(xué)云平臺(tái)，平臺(tái)中包含資源庫(kù)及虛擬實(shí)訓(xùn)室，學(xué)生可隨時(shí)隨地以客戶(hù)端的身份登陸教學(xué)云平臺(tái)，不受時(shí)間、環(huán)境限制地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作及使用在線資源，對(duì)于提升學(xué)生技能、幫助學(xué)生自主探究及進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)，將起到很大的推動(dòng)作用，從而使教學(xué)過(guò)程的實(shí)踐性、開(kāi)放性得到進(jìn)一步的提升，與此同時(shí)，還可提高各院校實(shí)訓(xùn)資源的利用率。綜上所述，本文對(duì)搭建包含資源庫(kù)與虛擬實(shí)訓(xùn)室的教學(xué)云平臺(tái)進(jìn)行研究，整體思路為：采用虛擬化技術(shù)將計(jì)算機(jī)資源加入到資源池進(jìn)行統(tǒng)一管理，讓桌面系統(tǒng)從物理計(jì)算機(jī)中分離出來(lái)，通過(guò)教學(xué)云平臺(tái)將計(jì)算資源、桌面資源、存儲(chǔ)資源進(jìn)行集中化管理。

1? ? 教學(xué)云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于OpenStack的教學(xué)云平臺(tái)，包含虛擬實(shí)訓(xùn)室及教學(xué)資源庫(kù)，具備可復(fù)用性、高效性。教學(xué)云平臺(tái)架構(gòu)模型為4層結(jié)構(gòu)：最底層為基礎(chǔ)層，主要包含服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，該層主要采用虛擬化技術(shù)對(duì)教學(xué)云平臺(tái)的硬件資源進(jìn)行集中統(tǒng)一管理、調(diào)度和配置。第二層為服務(wù)層，主要提供公共服務(wù)接口、軟件運(yùn)行環(huán)境等，為系統(tǒng)應(yīng)用提供綜合管理。第三層為應(yīng)用層，主要是實(shí)現(xiàn)資源整合和數(shù)據(jù)共享，以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)訓(xùn)室、教學(xué)資源庫(kù)的具體功能。最高層為展示層，即客戶(hù)端，學(xué)生可使用臺(tái)式、筆記本計(jì)算機(jī)或手機(jī)等終端設(shè)備，登錄到云平臺(tái)，進(jìn)入虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境完成實(shí)訓(xùn)，或在線學(xué)習(xí)教學(xué)資源。整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1? 教學(xué)云平臺(tái)整體架構(gòu)

2? ? 教學(xué)云平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1? OpenStack云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算有3種模式：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）。IaaS的功能為：借助互聯(lián)網(wǎng)，提供數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)硬件和軟件資源、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、磁盤(pán)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)和信息資源等。PaaS的功能為：提供基礎(chǔ)架構(gòu)，使軟件開(kāi)發(fā)者可在基礎(chǔ)架構(gòu)之上，建設(shè)新的應(yīng)用或進(jìn)行擴(kuò)展，而不必購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)、質(zhì)量控制或生產(chǎn)服務(wù)器。SaaS是軟件分布模式，應(yīng)用軟件安裝在廠商或者服務(wù)供應(yīng)商那里，用戶(hù)可以通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用這些軟件。

OpenStack是由美國(guó)國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和Rackspace合作研究并發(fā)起的，是以Apache許可證授權(quán)的自由軟件和開(kāi)放源代碼項(xiàng)目。它是云計(jì)算管理平臺(tái)項(xiàng)目，由幾個(gè)主要的組件組合起來(lái)完成具體工作。OpenStack支持幾乎所有類(lèi)型的云環(huán)境，項(xiàng)目目標(biāo)是提供實(shí)施簡(jiǎn)單、可大規(guī)模擴(kuò)展、豐富、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的云計(jì)算管理平臺(tái)，所有的管理操作均可以通過(guò)自身提供的接口來(lái)執(zhí)行。

整個(gè)OpenStack主要包含了控制節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)其余節(jié)點(diǎn)的控制，包含虛擬機(jī)建立、遷移、網(wǎng)絡(luò)分配、存儲(chǔ)分配等;計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)虛擬機(jī)運(yùn)行;網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)外網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)網(wǎng)絡(luò)之間的通信;存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對(duì)虛擬機(jī)的額外存儲(chǔ)管理等。OpenStack通過(guò)組件來(lái)管理虛擬資源，統(tǒng)一對(duì)外提供服務(wù)，OpenStack目前共涵蓋了7個(gè)核心組件。每個(gè)組件都是多個(gè)服務(wù)的集合，一個(gè)服務(wù)意味著運(yùn)行的一個(gè)進(jìn)程。

Horizon（Dashboard）模塊主要負(fù)責(zé)為Openstack用戶(hù)提供用戶(hù)界面（User Interface，UI）服務(wù)，即管理控制臺(tái)。在管理控制臺(tái)的操作轉(zhuǎn)換為后端應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）的調(diào)用，面向云管理員和普通用戶(hù)。Keystone組件的作用為身份認(rèn)證。各個(gè)組件需要經(jīng)過(guò)身份的認(rèn)證后，方可正常服務(wù)，Neutron組件管理整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Nova組件管理虛擬主機(jī)的創(chuàng)建，Neutron組件管理通信服務(wù)，Swift組件管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。各組件關(guān)聯(lián)如圖2所示。與此同時(shí)，利用基于Kernel的虛擬機(jī)（Kernel-based Virtual Machine，KVM）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算虛擬化，借助Ceph滿(mǎn)足存儲(chǔ)的虛擬化，通過(guò)其塊設(shè)備存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的Glance的鏡像存儲(chǔ)、OpenStack的Cinder后端存儲(chǔ)等，最終利用虛擬局域網(wǎng)與萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)虛擬化[1]。

2.2? 虛擬實(shí)訓(xùn)室的實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)訓(xùn)室實(shí)現(xiàn)的基本思路為：在云平臺(tái)統(tǒng)一管理下，可以通過(guò)云控制中心管理虛擬桌面，每個(gè)虛擬實(shí)訓(xùn)室可按實(shí)訓(xùn)要求制作一個(gè)鏡像，實(shí)訓(xùn)所需軟、硬件資源都可由鏡像來(lái)生成，以虛擬桌面的形式呈現(xiàn)，所有的軟件更新與維護(hù)，都可通過(guò)鏡像完成。教師和學(xué)生在使用過(guò)程中，可在任何機(jī)器及任意時(shí)間登陸自己的賬號(hào)，登陸成功后，就可以看到和真實(shí)桌面完全一致的虛擬桌面。具體實(shí)施方式是：用兩臺(tái)服務(wù)器將運(yùn)算資源安裝在控制節(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)資源安裝在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，使虛擬機(jī)可以動(dòng)態(tài)活動(dòng)，可無(wú)縫遷移到其他運(yùn)算資源上[2]，還要注意及時(shí)備份OpenStack的磁盤(pán)文件，保障數(shù)據(jù)可靠性。

2.3? 資源庫(kù)的實(shí)現(xiàn)

Swift組件在OpenStack中主要提供對(duì)象存儲(chǔ)服務(wù)。客戶(hù)可通過(guò)上層應(yīng)用程序調(diào)用RESTAPI[3]接口來(lái)保存訪問(wèn)任意非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、獲取、保存、復(fù)制、刪除等操作?？梢栽诰€存儲(chǔ)文檔、視頻等文件，還可存儲(chǔ)鏡像文件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在資源庫(kù)上傳、下載各類(lèi)文件的功能。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文就基于OpenStack的高職教學(xué)云平臺(tái)構(gòu)建的核心內(nèi)容進(jìn)行了探討，希望利用此研究，能夠?qū)Ω呗氃盒＝虒W(xué)云平臺(tái)構(gòu)建產(chǎn)生一個(gè)全面、清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，也能夠通過(guò)云平臺(tái)的構(gòu)建，為高職院校提供不受時(shí)間和空間限制的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)環(huán)境，從而使教師和學(xué)生，在感受云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，獲取更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與操作技能。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王焱.基于OpenStack的地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺(tái)構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019（36）：84-85.

[2]陳志高.基于OpenStack的高職IT專(zhuān)業(yè)虛擬化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)與資源優(yōu)化[J].無(wú)錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（15）：82-85.

[3]崔軼.基于OpenStack的高職教學(xué)資源云平臺(tái)構(gòu)建研究[J].河北青年管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（30）：65-67.

Construction of teaching cloud platform based on OpenStack

Wu Dan

（Ningxia Polytechnic， Yinchuan 750021， China）

Abstract：As a training base for high-quality vocational skilled talents， higher vocational colleges should further accelerate the pace of talent training reform. In recent years， more and more higher vocational colleges take online and offline mixed teaching as the direction of reform. After investigating the current online teaching platform and training environment， a teaching cloud platform based on OpenStack is designed to solve the problems of students limited training process and waste of training room resources. The platform includes resource bank and virtual training room. It is expected to improve students practical ability， autonomous learning ability and the quality of personnel training while solving the above problems.

Key words：higher vocational colleges; OpenStack; teaching cloud platform