傅東亮　楊海洪　陸燕麗　謝鋒

摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展得越來越快。信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動了信息技能人才需求，信息技能人才需求推動著信息技術(shù)職業(yè)教育的發(fā)展。世界范圍內(nèi)的云計算平臺和應(yīng)用建設(shè)正如火如荼地進行。云計算產(chǎn)業(yè)越來越成熟的今天，云計算職業(yè)教育迫在眉睫。職業(yè)教育與產(chǎn)業(yè)休戚相關(guān)，職業(yè)教育如何與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，如何在瞬息萬變中保障職業(yè)教育的有效性，一個關(guān)鍵的做法就是將實踐教學(xué)的實訓(xùn)場室搬到產(chǎn)業(yè)一線，實現(xiàn)貼近實戰(zhàn)的實踐環(huán)境。本文重點研究云計算技術(shù)應(yīng)用專業(yè)（以下簡稱云計算專業(yè)）Linux系統(tǒng)管理與應(yīng)用相關(guān)課程的實踐教學(xué)采用商用公有云的可行性。

關(guān)鍵字：云計算專業(yè);Linux系統(tǒng)管理;實踐教學(xué);商用公有云;可行性

一、云計算技術(shù)的行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和趨勢

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，云計算已演變成一種產(chǎn)業(yè)，逐漸成為IT基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)國家前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2020年中國云計算行業(yè)市場狀況及發(fā)展趨勢分析》報告：各國政府十分重視云計算行業(yè)的發(fā)展，紛紛制定國家戰(zhàn)略和行動計劃，引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。2020 年我國應(yīng)用云計算的企業(yè)占比達(dá)到 66.1%，較 2019 年上升了 7.5%。隨著企業(yè)應(yīng)用的逐漸普及，我國公有云的市場規(guī)模迅速擴大。2020 年，我國云計算市場規(guī)模達(dá) 1334 億元，同比增長 38.6%，其中，公有云的市場規(guī)模已反超私有云，達(dá) 689.3 億元。未來，在數(shù)字經(jīng)濟高速發(fā)展的趨勢下，我國云計算行業(yè)仍將保持高速發(fā)展態(tài)勢。一方面，企業(yè)應(yīng)用云計算降本增效的效果顯著，另一方面，超6成的企業(yè)因為使用云計算提升了 IT 運行效率。

二、高職院校云計算專業(yè)課程設(shè)置分析

云計算專業(yè)通常培養(yǎng)學(xué)生五類能力：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及實施能力、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用能力、操作系統(tǒng)管理能力、虛擬化能力、應(yīng)用開發(fā)及運維能力。其中操作系統(tǒng)管理能力是重中之重。以下為某一高職院校云計算專業(yè)課程設(shè)置案例：

基礎(chǔ)課程：計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)、服務(wù)器操作系統(tǒng)管理

核心課程：服務(wù)器操作系統(tǒng)自動化運維、操作系統(tǒng)虛擬化、資源虛擬化、桌面云虛擬應(yīng)用、云存儲技術(shù)、云安全技術(shù)、Java云應(yīng)用程序設(shè)計、Python云應(yīng)用程序設(shè)計、云基礎(chǔ)應(yīng)用開發(fā)與維護、云計算開發(fā)與運維。

這些課程涉及技術(shù)都要求構(gòu)建服務(wù)器操作系統(tǒng)之上[1]。而當(dāng)前服務(wù)器操作系統(tǒng)90%運行在Linux系統(tǒng)之上。比如Mysql數(shù)據(jù)庫通常運行在Linux操作系統(tǒng)為最佳。

三、云計算專業(yè)實訓(xùn)室如何構(gòu)建

傳統(tǒng)云計算專業(yè)實訓(xùn)室通常采用“搭建私有云”[2]和 “單機虛擬化”方案[3]。其做法是：

方案1：搭建私有云

過往，云計算專業(yè)實訓(xùn)室通常采購大批量的云計算服務(wù)器設(shè)備，購買課程相關(guān)的軟件資源、課程資源，滿足專業(yè)的基礎(chǔ)課程和核心課程的實踐教學(xué)需求。這種實訓(xùn)室建設(shè)思路比較理想化，會帶來較多問題，比如這種實訓(xùn)室很難滿足市場變化的需求、課程實施較為復(fù)雜、課程環(huán)境維護困難、實訓(xùn)室投資較大等。

方案2：單機虛擬化

由于需要滿足虛擬化的需求，這種方案要求為課程班級每一學(xué)生準(zhǔn)備高端配置PC機。這些配置機器通常需要安裝要求較高的VMware、Virtual Box等虛擬化軟件。這樣才能滿足云計算所有課程的教學(xué)要求。

以上兩實訓(xùn)室方案在教學(xué)實踐中都存在一些共性問題[4]：1.首次投資較高;2.實訓(xùn)室維護困難;3.課堂輪轉(zhuǎn)問題較多;4.課堂效率不高;5.難以有很好的實踐考察方法;6.無法滿足異地實踐教學(xué);7.難以真實模擬云計算環(huán)境。

四、云計算專業(yè)實踐教學(xué)選擇商用公有云的優(yōu)勢

由于商用公有云的發(fā)展很快，其優(yōu)勢盡顯，作為我們的實訓(xùn)環(huán)境具有無可比擬的優(yōu)勢：

投資經(jīng)濟性：相比于傳統(tǒng)云計算實訓(xùn)室方案，商用公有云方案將有效降低實訓(xùn)室建設(shè)首次投資金額。經(jīng)分析，期限10年以上的實訓(xùn)室投資成本上將節(jié)省20%以上。

維護成本性：由于公有云不涉及高配置硬件，硬件的維護成本相對較低。加之減少了維護工作量，持續(xù)維護成本將明顯減少，包含人力在內(nèi)的維護成本將節(jié)省30%以上。

輪轉(zhuǎn)優(yōu)勢性：傳統(tǒng)實訓(xùn)室由于單臺機公用，機器環(huán)境每次課堂都需重刷，這就存在上次虛擬機課堂狀態(tài)難以在下一次課堂復(fù)現(xiàn)。商用公有云可以很好保持課堂狀態(tài)。

課堂效率性：傳統(tǒng)實訓(xùn)環(huán)境由于輪轉(zhuǎn)課堂原因，存在重新恢復(fù)難的問題，這造成課堂效率不高;而商用公有云可以通過技術(shù)手段高速高效地實現(xiàn)虛擬機的創(chuàng)建、啟動、暫停、刪除、恢復(fù)等。

課堂考核性：對于課堂實踐任務(wù)，傳統(tǒng)方案，每個人都有不同的虛擬機，虛擬機之間相對獨立，教師無法了解每一個人虛擬化的作業(yè)狀態(tài)，難以實現(xiàn)教師對課堂的評估。而商用公有云可以通過技術(shù)手段較為簡單的了解每一個人的課堂作業(yè)狀態(tài);

專業(yè)實戰(zhàn)性：傳統(tǒng)實訓(xùn)室由于使用的都是虛擬環(huán)境，這些環(huán)境實際不是真實的云環(huán)境。而商用公有云就是企業(yè)實際運行環(huán)境，商用公有云實訓(xùn)室可以很好滿足實戰(zhàn)性需求。

異地支持性：由于傳統(tǒng)物理實訓(xùn)室通常不對外開放，實訓(xùn)環(huán)境都是內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，異地?zé)o法使用。對于異地教學(xué)比如疫情時期的在線課堂、學(xué)徒制 等無法支持。而商用公有云具有任何時候任何地點都可使用的優(yōu)勢，滿足了異地實踐教學(xué)的需求。

五、云計算專業(yè)實踐教學(xué)采用商用公有云的技術(shù)可行性

由于云計算專業(yè)課程大多與Linux系統(tǒng)有關(guān)，本文以商用公有云上構(gòu)建Linux實踐教學(xué)環(huán)境為例來考證技術(shù)可行性。商用公有云實現(xiàn)云計算Linux相關(guān)課程教學(xué)可以采用單臺或多臺云主機方式實現(xiàn)。對于多臺云主機方案，由于其難以解決傳統(tǒng)實訓(xùn)室環(huán)境的全部問題，本研究重點討論單臺云主機方案。

單臺云服務(wù)器技術(shù)實現(xiàn)，具體方案描述如下：1.購買高配置ECS云服務(wù)器，配置可為32核vCPU、64GB內(nèi)存。2.安裝Docker-ce支持軟件。3.拉取Linux鏡像（比如CentOS7），運行后安裝成具有VIM、WGET、CURL、SSH功能的CentOS Docker; 將該Docker鏡像化成一個Base版本的云計算實踐教學(xué)鏡像。4.基于Base版的鏡像，運行60個該鏡像的Docker，運行時將這些Docker的22號端口映射成ECS云服務(wù)器的對外端口。

基于以上方案，可以很好地解決傳統(tǒng)云計算實訓(xùn)室的缺陷，支持公有云實訓(xùn)室的優(yōu)勢，原因在于每個CentOS Docker都在ECS服務(wù)的管理之下，學(xué)生無法增刪改虛擬機。本文的作者及團隊具有長時間的實踐經(jīng)驗，性能可行性驗證如下：

ECS初始化TOP資源狀態(tài)如圖1：

運行單臺Base Docker后的TOP資源狀態(tài)如圖2：

圖2說明：運行命令是docker run -d --name centos7-base-1 --privileged=true -p 10001：22 -h centos7-ssh-1 mybasecentos-ssh：7 /usr/sbin/init;

執(zhí)行61次以上類似命令，TOP資源狀態(tài)如圖3：

為了驗證單臺ECS主機并發(fā)運行極限應(yīng)用的性能，制作一個對系統(tǒng)性能要求最高的應(yīng)用zabbix-server docker作為驗證鏡像，執(zhí)行命令：docker run -d --name centos7-zabbix-1 --privileged=true -p 10001：22 -p20001：80 -h centos7-zabbix-1 myzabbix? /usr/sbin/init; 即可啟動一個zabbix-server的容器虛擬機。圖4為啟動61臺zabbix-server容器虛擬機的TOP資源狀態(tài)：

虛擬出61個容器虛擬機后，進行容器虛擬機登錄驗證。驗證單臺虛擬機登錄情況如圖5。

圖5說明：本圖中，ECS服務(wù)器（即圖中的8.134.37.146）登錄正常，CentOS Docker01＼Docker10＼Docker61（即圖中的8.134.37.146（01）、8.134.37.146（10）、8.134.37.146（61））登錄正常，證明在單臺高配ECS服務(wù)器下可以使用Docker技術(shù)實現(xiàn)61臺虛擬機的創(chuàng)建和使用。

總結(jié)：以上過程證明單臺高配ECS主機可以虛擬出61臺Linux實踐教學(xué)虛擬機，技術(shù)和功能上完全可行，具有技術(shù)可行性。

六、云計算專業(yè)實踐教學(xué)采用商用公有云的經(jīng)濟可行性

在技術(shù)可行性研究中，我們采用的32核64G內(nèi)存配置。從資源使用來看，即使是在61臺虛擬機中運行zabbix-server這樣的復(fù)雜應(yīng)用，系統(tǒng)在CPU和內(nèi)存使用上也毫無壓力。ID（CPU空閑）在90%以上，內(nèi)存使用僅占16%。依此，實現(xiàn)1個班級的虛擬機完全可以在16核32G內(nèi)存配置下進行。

為了驗證使用商用公有云進行云計算專業(yè)實踐教學(xué)的經(jīng)濟可行性，可以網(wǎng)上詢價最權(quán)威最貴的阿里云。

圖6為阿里云單臺 16核、32G內(nèi)存ECS服務(wù)器的5年報價，其價格為7.3491萬元。

從詢價可知，我們在公有云虛擬出一個Linux實訓(xùn)室，5年最低僅需7.3491萬元的費用。實際上這是該配置費用最高值，因為根據(jù)阿里云的市場政策，購買越多越便宜，而且可以實現(xiàn)動態(tài)縮放資源，對于用于教學(xué)的ECS主機，我們還可以在寒暑假內(nèi)收縮資源，減少成本。經(jīng)測算，一個公有云虛擬Linux實訓(xùn)室10年費用不超過14萬，相比一個物理的Linux實訓(xùn)室10年費用至少低20%。

總結(jié)：在實訓(xùn)室建設(shè)和維護成本來看，公有云上實現(xiàn)云計算Linux實踐教學(xué)具有經(jīng)濟可行性。

七、云計算專業(yè)實踐教學(xué)采用商用公有云的教學(xué)模式可行性

寒暑假：每個學(xué)期末，云主機管理老師可以清除過往班級的鏡像和Docker。為了減少寒暑假期間云主機的費用消耗，可實用商用公有云環(huán)境的自由收縮功能，在寒暑假期間收縮服務(wù)器的配置，以降低服務(wù)器費用。在開學(xué)時恢復(fù)服務(wù)器的高配置，以滿足學(xué)期教學(xué)需求。

學(xué)期：學(xué)期開始后，云主機管理老師需要了解云主機支持的課程和班級。每個班級每門課程為一組實踐環(huán)境。管理教師可開始新年級新班級的虛擬機創(chuàng)建和運行工作。這些創(chuàng)建和運行都可運行既定腳本，操作簡單。

課堂：每堂課的任老師只需要啟動自己課程班級所有學(xué)生的虛擬機，在云服務(wù)器公共目錄下上傳實踐資源，比如安裝包和任務(wù)手冊，便可開始課堂實踐教學(xué)。課后停止本課堂學(xué)生的所有虛擬機（也就保存了該虛擬機的狀態(tài)）。

總結(jié)：基于技術(shù)可行性，按寒暑假、學(xué)期、課堂 三個階段的模式開展工作，完全具有模式可行性。

八、結(jié)束語

商用公有云在云計算實踐教學(xué)環(huán)境上具有很多傳統(tǒng)實訓(xùn)室沒有的優(yōu)勢，比如成本優(yōu)勢、課堂有效性優(yōu)勢、實戰(zhàn)性優(yōu)勢、任務(wù)驗證優(yōu)勢、異地教學(xué)優(yōu)勢等。很多傳統(tǒng)實訓(xùn)室的缺陷，比如輪轉(zhuǎn)課堂時課堂的虛擬機經(jīng)常被破壞、環(huán)境不穩(wěn)定等在公有云的實踐環(huán)境完全得到解決。公有云服務(wù)器已被證明在技術(shù)性、經(jīng)濟性和教學(xué)模式上可以作為云計算專業(yè)Linux課程實踐教學(xué)的教學(xué)環(huán)境。

作者單位：傅東亮? ? 楊海洪? ? 陸燕麗? ? 謝鋒? ? 廣州松田職業(yè)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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