摘要：隨著工業(yè)化、信息化和全球化的加速推進(jìn)，高等教育與產(chǎn)業(yè)界之間的聯(lián)系日益緊密。為了滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，文章基于校企合作的思想，將虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引入高校教育，目的是構(gòu)建一個(gè)能讓學(xué)校和企業(yè)的虛擬實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行啟動(dòng)管理的平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)管理虛擬化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、過(guò)程、成績(jī)。文章介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法，詳細(xì)闡述了平臺(tái)所包含的功能和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：校企合作；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；高校教育；實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：TP31；TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

校企合作已成為一種趨勢(shì)，信息技術(shù)的不斷發(fā)展為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研深度融合提供了機(jī)會(huì)。虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用也使得實(shí)驗(yàn)室管理模式發(fā)生了變革［1］。構(gòu)建校企虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，旨在為校企合作提供一個(gè)高效便捷的實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，為學(xué)生提供更為全面的實(shí)踐機(jī)會(huì)，促進(jìn)企業(yè)與高校的緊密合作，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

本平臺(tái)基于云計(jì)算、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，以智能化、數(shù)字化為目標(biāo)，打造全方位、立體化的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源的共享和利用。同時(shí)，本平臺(tái)致力于構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，提供在線實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，方便學(xué)生及時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)信息，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。本平臺(tái)還支持校企合作，為企業(yè)提供實(shí)驗(yàn)室資源租借、技術(shù)支持、人才培養(yǎng)等服務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研合作的深度融合。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)，是將計(jì)算機(jī)硬件資源（如CPU、內(nèi)存、磁盤等）進(jìn)行抽象，以軟件方式來(lái)創(chuàng)建多個(gè)虛擬的執(zhí)行環(huán)境。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用可以將多個(gè)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運(yùn)行在同一臺(tái)物理服務(wù)器上，從而實(shí)現(xiàn)資源共享和提高物理服務(wù)器的利用率。常見(jiàn)的虛擬化技術(shù)包括全虛擬化和半虛擬化，其中，全虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作系統(tǒng)的同時(shí)運(yùn)行，并提供了良好的隔離性能和資源分配控制，但會(huì)造成一定的性能損失，而半虛擬化則可以更高效地共享物理資源［2］。

1.2 云計(jì)算和邊緣計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是一種以Internet為基礎(chǔ)的計(jì)算方式，它將計(jì)算資源進(jìn)行虛擬化并分配在多個(gè)數(shù)據(jù)中心中，以提供快速、可靠和靈活的計(jì)算服務(wù)。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)按需分配計(jì)算和存儲(chǔ)資源，提高企業(yè)和機(jī)構(gòu)IT資源利用的效率和靈活性，而邊緣計(jì)算則是一種將計(jì)算資源分配在離終端設(shè)備更近的位置，以提高計(jì)算效率和降低網(wǎng)絡(luò)延遲的計(jì)算方式。邊緣計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可以有效支持物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）設(shè)備的計(jì)算和通信需求，為實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的邊緣計(jì)算提供了技術(shù)支持［3］。

1.3 分布式存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

分布式存儲(chǔ)是一種將數(shù)據(jù)分布在多個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，具有可擴(kuò)展性和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。分布式存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)管理和備份，支持多個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境之間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)作，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)必不可少的技術(shù)基礎(chǔ)，包括物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全等方面。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能和安全性［4］。

2 校企共用虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的需求分析

2.1 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上的虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)大多支持多種虛擬化技術(shù)，如KVM、VMware、Xen等，同時(shí)支持多種操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此外，現(xiàn)有的虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)還具備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理、虛擬機(jī)監(jiān)控、資源管理等功能。但是，目前市場(chǎng)上的虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)仍然存在一些問(wèn)題，例如操作煩瑣、使用不便等。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)高效、易用的虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)具有重要意義［5］。

2.2 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)功能性需求

為滿足教學(xué)、科研等需求，校企共用虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)需要具備以下功能模塊：（1）用戶管理模塊；（2）實(shí)驗(yàn)管理模塊；（3）虛擬機(jī)管理模塊；（4）實(shí)驗(yàn)教材模塊；（5）系統(tǒng)設(shè)置模塊；（6）消息中心模塊；（7）操作日志模塊。

2.3 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)非功能性需求

在校企共用虛擬化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了功能性需求，還需要考慮到一些非功能性需求。虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的一些非功能性需求如下：（1）系統(tǒng)安全性要求高；（2）可靠性高；（3）性能要求高；（4）易用性和可維護(hù)性高；（6）可擴(kuò)展性強(qiáng)；（7）高效性；（8）易于集成。

第17期2023年9月無(wú)線互聯(lián)科技·軟件開(kāi)發(fā)No.17September，2023

第17期2023年9月無(wú)線互聯(lián)科技·軟件開(kāi)發(fā)No.17September，2023

3 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺(tái)建設(shè)需求將平臺(tái)劃分為3個(gè)功能層：實(shí)驗(yàn)管理層、虛擬化服務(wù)層和虛擬化基礎(chǔ)層。

3.1 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)管理層

實(shí)驗(yàn)管理層為整個(gè)系統(tǒng)的最上層，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)室綜合管理等。實(shí)驗(yàn)管理層提供一個(gè)自助門戶網(wǎng)站——Web系統(tǒng)，供用戶登錄后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、成績(jī)管理等。該層的主要功能包括：用戶管理模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、消息中心模塊、實(shí)驗(yàn)管理模塊、虛擬機(jī)管理模塊、操作日志模塊、實(shí)驗(yàn)教材模塊。

3.1.2 虛擬化服務(wù)層

虛擬化服務(wù)層是構(gòu)建在虛擬化基礎(chǔ)層之上，為實(shí)驗(yàn)管理層提供服務(wù)的重要層級(jí)。虛擬化服務(wù)層主要包括虛擬化服務(wù)應(yīng)用程序、PowerShell命令外殼程序以及虛擬化管理程序System Center Virtual Machine Manager Server。

虛擬化服務(wù)應(yīng)用程序是虛擬化服務(wù)層的核心組成部分，主要包括服務(wù)監(jiān)聽(tīng)、命令處理和數(shù)據(jù)訪問(wèn)。服務(wù)監(jiān)聽(tīng)是負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)客戶端請(qǐng)求的組件，負(fù)責(zé)接收和分發(fā)客戶端請(qǐng)求，并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給命令處理組件。命令處理組件則是負(fù)責(zé)解析請(qǐng)求，執(zhí)行操作，返回響應(yīng)的組件。數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件則是負(fù)責(zé)與虛擬化基礎(chǔ)層進(jìn)行交互，獲取虛擬化資源信息，實(shí)現(xiàn)虛擬化資源的分配和管理。

另外，PowerShell命令外殼程序也是虛擬化服務(wù)層中的重要組成部分，其主要作用是為管理員提供一種交互式的命令行界面，通過(guò)命令行的方式來(lái)操作虛擬化資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬化環(huán)境的快速部署、配置和管理。

虛擬化管理程序System Center Virtual Machine Manager Server也是虛擬化服務(wù)層的重要組成部分，它是一個(gè)完整的虛擬化管理解決方案，可以用來(lái)管理虛擬化資源、部署虛擬機(jī)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理等。該程序提供了一系列的管理工具，包括虛擬機(jī)和虛擬機(jī)模板管理、虛擬化主機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)管理等，可以方便快捷地進(jìn)行虛擬化資源的管理。

總體而言，虛擬化服務(wù)層是實(shí)現(xiàn)虛擬化資源管理和調(diào)度的核心層級(jí)，它提供了一系列的服務(wù)和工具，可以幫助管理員對(duì)虛擬化資源進(jìn)行高效的管理和分配。虛擬化服務(wù)層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)關(guān)系到整個(gè)虛擬化平臺(tái)的性能、可靠性和安全性，因此需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)和測(cè)試，確保其穩(wěn)定性和安全性。

3.1.3 虛擬化基礎(chǔ)層

虛擬化基礎(chǔ)層是虛擬化架構(gòu)中的底層基礎(chǔ)設(shè)施，用于提供物理設(shè)備資源的虛擬化和管理。它主要包括虛擬機(jī)池、硬件池等幾個(gè)組成部分。

虛擬機(jī)池是虛擬化基礎(chǔ)層的核心組成部分，用于管理虛擬機(jī)的創(chuàng)建、分配、回收等操作，包含服務(wù)器池和桌面云兩個(gè)子組件。

服務(wù)器池負(fù)責(zé)管理物理服務(wù)器資源，主要包括物理服務(wù)器的添加、移除、監(jiān)控等功能。同時(shí)，服務(wù)器池還提供了虛擬化管理器的安裝、配置等操作。

桌面云負(fù)責(zé)管理桌面云虛擬機(jī)資源，主要包括桌面池和應(yīng)用程序池。桌面池負(fù)責(zé)管理桌面云虛擬機(jī)的創(chuàng)建、分配、回收等操作；應(yīng)用程序池負(fù)責(zé)管理桌面云虛擬機(jī)中的應(yīng)用程序的分發(fā)、更新、卸載等操作。

硬件池用于管理虛擬化基礎(chǔ)層中的物理硬件資源，主要包括服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)等設(shè)備。硬件池提供了硬件設(shè)備的添加、刪除、監(jiān)控等功能，并可以對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理和分配。

虛擬化基礎(chǔ)層主要提供了物理資源的虛擬化和管理，為上層的虛擬化服務(wù)層和實(shí)驗(yàn)管理層提供了必要的硬件支持。

3.2 平臺(tái)功能層間的接口設(shè)計(jì)

接口設(shè)計(jì)是平臺(tái)設(shè)計(jì)的重要部分，它為不同層次之間的通信和協(xié)作提供了基礎(chǔ)。接口設(shè)計(jì)的主要目的是使接口易于使用，降低開(kāi)發(fā)難度，并提供良好的擴(kuò)展性，以便未來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)展。此外，接口安全也是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)之一，必須通過(guò)訪問(wèn)控制和加密等方式來(lái)保證接口的安全性。

整個(gè)平臺(tái)根據(jù)功能劃分為3個(gè)層次：實(shí)驗(yàn)管理層、虛擬化服務(wù)層和虛擬化基礎(chǔ)層。每個(gè)層次之間都有對(duì)應(yīng)的接口，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳遞。實(shí)驗(yàn)管理層與虛擬化服務(wù)層之間的接口主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)管理數(shù)據(jù)的傳遞和指令的下發(fā)，而虛擬化服務(wù)層與虛擬化基礎(chǔ)層之間的接口則主要負(fù)責(zé)虛擬機(jī)和硬件資源的管理和調(diào)度。

在設(shè)計(jì)接口時(shí)，需要考慮如何提供簡(jiǎn)單易用的接口，避免過(guò)于復(fù)雜的接口設(shè)計(jì)。同時(shí)，接口應(yīng)該提供良好的擴(kuò)展性，以便在未來(lái)添加新的功能時(shí)能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行接口的修改和更新。此外，接口的安全性也是至關(guān)重要的，必須使用合適的加密和訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)確保接口的安全性。因此，平臺(tái)接口設(shè)計(jì)需要綜合考慮易用性、擴(kuò)展性和安全性，以滿足平臺(tái)的需求和用戶的需求。

4 虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)測(cè)試總結(jié)

通過(guò)對(duì)虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)該平臺(tái)具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下正常運(yùn)行。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和可靠性也很高，可以滿足實(shí)驗(yàn)需求。因此，該平臺(tái)可以有效地提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)教育和培訓(xùn)領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在這個(gè)背景下，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于虛擬化技術(shù)的實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，以滿足高校計(jì)算機(jī)教育的需求。

首先，本文研究了虛擬化技術(shù)的基本原理和應(yīng)用，介紹了虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和功能需求。其次，本文設(shè)計(jì)了平臺(tái)的整體架構(gòu)，并對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)管理模塊、虛擬機(jī)管理模塊、操作日志模塊、實(shí)驗(yàn)教材模塊等。同時(shí)，本文采用了HTML5作為前端框架、Django作為后端框架，MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)，Unity3D作為虛擬化技術(shù)，Excel作為統(tǒng)計(jì)分析工具，實(shí)現(xiàn)了虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的基本功能。再次，本文對(duì)平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)描述，包括軟件環(huán)境和硬件環(huán)境，并進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境測(cè)試和虛擬實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的功能和穩(wěn)定性。最后，虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)為高校計(jì)算機(jī)教育提供了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，具有較高的實(shí)用性和推廣價(jià)值，可以幫助學(xué)生更好地掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)。

總體而言，虛擬化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)為高校計(jì)算機(jī)教育提供了一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有助于提高學(xué)生的實(shí)踐能力和計(jì)算機(jī)技術(shù)水平。但是，平臺(tái)的功能仍有待完善和擴(kuò)展，未來(lái)的研究可以進(jìn)一步提高平臺(tái)的用戶友好性、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷呢S富性和教育資源的共享性。

參考文獻(xiàn)

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Design of a virtual experimental management platform for school enterprise sharing

HeFei， ChenHengzhen

（Shenyang University of Science and Technology， Shenyang 110167， China）

Abstract： With the acceleration of industrialization， informatization， and globalization， the connection between higher education and the industry is becoming increasingly close. In order to meet the demand for talent cultivation in today’s society and improve students’ practical abilities， the article is based on the idea of school enterprise cooperation and introduces a virtual experimental platform into university education. The purpose is to build a platform that can enable schools and enterprises to start and manage virtual experimental tools， and manage virtual experimental content， process， and results through the platform. The article introduces the design ideas and implementation methods of a virtual experimental platform， elaborates on the functions and experimental data analysis capabilities included in the platform， and puts forward suggestions for future development.

Key words： school-enterprise cooperation; virtual laboratory platform; higher education; practical ability