李俊麗，王 曉，馬俊宏

(晉中學(xué)院信息技術(shù)與工程系，山西 晉中 030619)

0 引言

Linux 源于UNIX，從一開(kāi)始就繼承了UNIX 的先進(jìn)性，是一個(gè)真正的多任務(wù)、多用戶、具有復(fù)雜內(nèi)核的操作系統(tǒng)。由于Linux 操作系統(tǒng)是以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的眾多新技術(shù)的主要支持平臺(tái)，學(xué)生只有熟悉Linux 系統(tǒng)及其編程，才能逐步實(shí)現(xiàn)在該平臺(tái)上完成大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等新興技術(shù)的部署和開(kāi)發(fā)[1,2]。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，Linux 適用的領(lǐng)域更加廣闊，促使教學(xué)上需要對(duì)課程內(nèi)容及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整和增補(bǔ)，使得面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Linux 課程教學(xué)更注重應(yīng)用性，避免出現(xiàn)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)題。

1 Linux操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

“Linux 操作系統(tǒng)”這門(mén)課程既是對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課“操作系統(tǒng)”的鞏固和深化，也是后面學(xué)習(xí)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程和機(jī)器學(xué)習(xí)等課程的基礎(chǔ)。Linux課程傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要是Linux 常用命令和Shell 編程，其教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①能夠?qū)inux 操作系統(tǒng)有個(gè)整體認(rèn)識(shí)，掌握VM 虛擬機(jī)的使用和Linux操作系統(tǒng)安裝方法，熟練使用Linux常用命令進(jìn)行文件管理、目錄管理、進(jìn)程管理和其他管理；②能夠熟練掌握vi編輯器，編寫(xiě)Shell腳本，為L(zhǎng)inux操作系統(tǒng)編程打下基礎(chǔ)；③能夠在Linux 操作系統(tǒng)中對(duì)用戶賬戶和組群進(jìn)行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)Linux 網(wǎng)絡(luò)配置基礎(chǔ)和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的管理和配置。

面對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，文獻(xiàn)[3-5]中均描述了面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Linux 課程教學(xué)內(nèi)容改革，由于Linux操作系統(tǒng)是以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的眾多新技術(shù)的主要支持平臺(tái)，學(xué)生只有在熟悉Linux 系統(tǒng)及編程的前提下，才能逐步實(shí)現(xiàn)在該平臺(tái)上完成大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等新興技術(shù)的部署和開(kāi)發(fā)。因此，它是學(xué)習(xí)眾多新技術(shù)的基礎(chǔ)。在面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Linux 課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要靈活運(yùn)用Linux 常用命令、shell 編程等基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行操作，有一定的綜合性。同時(shí)，由于面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Linux課程的教材較少，不同的Linux課程教材中實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容有一定差異。因此，筆者對(duì)Linux 課程中涉及的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一些整理，選取了Linux課程核心的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，作為L(zhǎng)inux 操作系統(tǒng)課程的基本實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，包括安裝與基本配置Linux 操作系統(tǒng)、熟練使用Linux 常用命令、管理Linux 用戶和組、網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)配置等幾個(gè)部分；對(duì)于包含大數(shù)據(jù)技術(shù)的課程內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估[6-7]，分析大數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，明確其作為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的價(jià)值，其主要包括大數(shù)據(jù)系統(tǒng)框架Hadoop、分布式文件系統(tǒng)HDFS、Spark 集群與應(yīng)用等幾個(gè)部分，面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Linux 操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 Linux操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模塊

2 “項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的實(shí)踐教學(xué)方案設(shè)計(jì)

Linux 是由多個(gè)相互關(guān)聯(lián)又相對(duì)獨(dú)立的功能模塊構(gòu)成的，課程實(shí)踐性強(qiáng)，非常適合采取項(xiàng)目化實(shí)踐教學(xué)方式。本設(shè)計(jì)以實(shí)踐項(xiàng)目為主旨，注重實(shí)踐技能的培養(yǎng)，讓學(xué)生在“用中學(xué)，學(xué)中用”的過(guò)程中掌握最基礎(chǔ)的Linux知識(shí)應(yīng)用，逐漸深入Linux系統(tǒng)的管理和服務(wù)器的搭建和維護(hù)，以及面向大數(shù)據(jù)技術(shù)的Hadoop和Spark 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的搭建。通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生全面、深入、透徹地理解Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，并從基礎(chǔ)知識(shí)出發(fā)，提高不同軟件之間的整合力度及實(shí)踐應(yīng)用的能力。針對(duì)Linux 操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模塊共設(shè)計(jì)了八個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，其中包括基礎(chǔ)知識(shí)的五個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目和大數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊的三個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 Linux操作系統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目

表1 中的實(shí)驗(yàn)涵蓋了Linux 操作系統(tǒng)的主要實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，Shell 編程是Linux 操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的主要內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，這個(gè)部分可以結(jié)合課前視頻教學(xué)預(yù)習(xí)、課堂教師實(shí)際操作、課后線上平臺(tái)練習(xí)等多種實(shí)踐教學(xué)方式，使學(xué)生更深入地理解Shell script，并消化實(shí)踐項(xiàng)目中涉及的相關(guān)知識(shí)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊中包含Hadoop 集群基本操作、Shell 方式操作HDFS 分布式文件系統(tǒng)、Spark 基礎(chǔ)與操作入門(mén)等比較新的內(nèi)容，在實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)時(shí)安排、學(xué)生反饋以及實(shí)驗(yàn)條件等因素進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。可以將部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用課后作業(yè)的形式提交。

3 Linux操作系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)

根據(jù)各實(shí)踐項(xiàng)目的內(nèi)容特點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)，我們的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)具體采用在本地Windows 操作系統(tǒng)下，使用VMware Workstation 虛擬化軟件搭建虛擬機(jī)的方式進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐[8]。為了學(xué)生更好地實(shí)踐不同Linux項(xiàng)目，設(shè)計(jì)并提供3種虛擬機(jī)供學(xué)生使用，如圖2所示。

圖2 虛擬機(jī)環(huán)境下Linux操作系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)

⑴ Red Hat Enterprise Linux 虛擬機(jī)：僅安裝Linux，即一臺(tái)Linux 機(jī)器，供學(xué)生完成Linux 平臺(tái)下的各種基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)踐項(xiàng)目，主要包括Linux 基本操作與應(yīng)用。

⑵Hadoop(偽分布)-Ubuntu 虛擬機(jī)：為學(xué)生準(zhǔn)備了一個(gè)Hadoop 偽分布式環(huán)境，即一臺(tái)安裝了Hadoop系統(tǒng)的Linux 機(jī)器，供學(xué)生理解Hadoop 概念，完成Hadoop Shell 基本操作和掌握HDFS Shell 主要操作命令，包括文件上傳、下載、復(fù)制等操作。

⑶Spark 完全分布式集群環(huán)境：為學(xué)生準(zhǔn)備了一個(gè)Spark 完全分布式環(huán)境，三個(gè)Linux 虛擬機(jī)構(gòu)成三節(jié)點(diǎn)Spark 集群環(huán)境，其中SparkMaster-Ubuntu 虛擬機(jī)為主節(jié)點(diǎn)，SparkWorker01-Ubuntu 虛擬機(jī)和Spark-Worker02-Ubuntu 虛擬機(jī)為從節(jié)點(diǎn)。該集群環(huán)境可以幫助學(xué)生理解 Spark 與Hadoop 的關(guān)系，了解Spark Shell基本操作。由于該環(huán)境比較復(fù)雜，而虛擬機(jī)就是Windows 下的文件，學(xué)生可以將老師搭建好的環(huán)境復(fù)制到自己的筆記本電腦上運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算時(shí)代，大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅局限于學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，而且已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，Linux 操作系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更加廣泛，更多的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)設(shè)施，如Hadoop、Spark 等，部署并應(yīng)用于基于Linux 的服務(wù)器集群，Linux 系統(tǒng)正變得越來(lái)越重要。因此，針對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)的需求，有必要從傳統(tǒng)教學(xué)中存在的弊端入手，進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)容調(diào)整。將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入到課程實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)中，并在配套實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)方面做出對(duì)策，使學(xué)生掌握Linux 系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)相關(guān)的知識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)實(shí)踐中，在對(duì)信息技術(shù)與工程系網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)開(kāi)設(shè)的Linux 操作系統(tǒng)課程中使用了上述方法。實(shí)踐結(jié)果表明，內(nèi)容有吸引力且學(xué)生上手較快，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯提高。