摘要：隨著工業(yè)化、信息化和全球化的加速推進，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)今社會對人才培養(yǎng)的需求，提高學(xué)生的實踐能力，文章基于校企合作的思想，將虛擬實驗平臺引入高校教育，目的是構(gòu)建一個能讓學(xué)校和企業(yè)的虛擬實驗工具進行啟動管理的平臺，通過平臺管理虛擬化實驗內(nèi)容、過程、成績。文章介紹了虛擬實驗平臺的設(shè)計思路及實現(xiàn)方法，詳細(xì)闡述了平臺所包含的功能和實驗數(shù)據(jù)分析能力，并對未來的發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：校企合作；虛擬實驗平臺；高校教育；實踐能力

中圖分類號：TP31；TP393文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

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

本平臺基于云計算、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、立體化的實驗室管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗室資源的共享和利用。同時，本平臺致力于構(gòu)建一個數(shù)據(jù)化的實驗教學(xué)管理系統(tǒng)，提供在線實驗指導(dǎo)、實驗預(yù)約、實驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，方便學(xué)生及時獲取實驗信息，提高實驗教學(xué)效果。本平臺還支持校企合作，為企業(yè)提供實驗室資源租借、技術(shù)支持、人才培養(yǎng)等服務(wù)，同時實現(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)建虛擬實驗平臺的基礎(chǔ)，是將計算機硬件資源（如CPU、內(nèi)存、磁盤等）進行抽象，以軟件方式來創(chuàng)建多個虛擬的執(zhí)行環(huán)境。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用可以將多個操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序運行在同一臺物理服務(wù)器上，從而實現(xiàn)資源共享和提高物理服務(wù)器的利用率。常見的虛擬化技術(shù)包括全虛擬化和半虛擬化，其中，全虛擬化技術(shù)可以實現(xiàn)多個操作系統(tǒng)的同時運行，并提供了良好的隔離性能和資源分配控制，但會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 云計算和邊緣計算技術(shù)

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

1.3 分布式存儲和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

分布式存儲是一種將數(shù)據(jù)分布在多個存儲節(jié)點上的數(shù)據(jù)存儲方式，具有可擴展性和高可靠性等優(yōu)點。分布式存儲技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)管理和備份，支持多個虛擬實驗環(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)建虛擬實驗平臺必不可少的技術(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。通過合理設(shè)計和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高虛擬實驗平臺的性能和安全性［4］。

2 校企共用虛擬化實驗管理平臺的需求分析

2.1 虛擬化實驗管理平臺現(xiàn)狀

目前，市場上的虛擬化實驗管理平臺大多支持多種虛擬化技術(shù)，如KVM、VMware、Xen等，同時支持多種操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。此外，現(xiàn)有的虛擬化實驗管理平臺還具備實驗數(shù)據(jù)管理、用戶權(quán)限管理、虛擬機監(jiān)控、資源管理等功能。但是，目前市場上的虛擬化實驗管理平臺仍然存在一些問題，例如操作煩瑣、使用不便等。因此，設(shè)計一個高效、易用的虛擬化實驗管理平臺具有重要意義［5］。

2.2 虛擬化實驗管理平臺功能性需求

為滿足教學(xué)、科研等需求，校企共用虛擬化實驗管理平臺需要具備以下功能模塊：（1）用戶管理模塊；（2）實驗管理模塊；（3）虛擬機管理模塊；（4）實驗教材模塊；（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 虛擬化實驗管理平臺非功能性需求

在校企共用虛擬化實驗平臺的開發(fā)過程中，除了功能性需求，還需要考慮到一些非功能性需求。虛擬化實驗管理平臺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）易用性和可維護性高；（6）可擴展性強；（7）高效性；（8）易于集成。

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

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

3 虛擬化實驗管理平臺設(shè)計

根據(jù)平臺建設(shè)需求將平臺劃分為3個功能層：實驗管理層、虛擬化服務(wù)層和虛擬化基礎(chǔ)層。

3.1 虛擬化實驗管理平臺詳細(xì)設(shè)計

3.1.1 實驗管理層

實驗管理層為整個系統(tǒng)的最上層，負(fù)責(zé)實驗室管理、實驗教學(xué)管理、實驗室綜合管理等。實驗管理層提供一個自助門戶網(wǎng)站——Web系統(tǒng)，供用戶登錄后進行實驗操作、實驗報告管理、成績管理等。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、實驗管理模塊、虛擬機管理模塊、操作日志模塊、實驗教材模塊。

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，為實驗管理層提供服務(wù)的重要層級。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、命令處理和數(shù)據(jù)訪問。服務(wù)監(jiān)聽是負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端請求的組件，負(fù)責(zé)接收和分發(fā)客戶端請求，并將請求轉(zhuǎn)發(fā)給命令處理組件。命令處理組件則是負(fù)責(zé)解析請求，執(zhí)行操作，返回響應(yīng)的組件。數(shù)據(jù)訪問組件則是負(fù)責(zé)與虛擬化基礎(chǔ)層進行交互，獲取虛擬化資源信息，實現(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，通過命令行的方式來操作虛擬化資源，實現(xiàn)對虛擬化環(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，它是一個完整的虛擬化管理解決方案，可以用來管理虛擬化資源、部署虛擬機、實現(xiàn)自動化管理等。該程序提供了一系列的管理工具，包括虛擬機和虛擬機模板管理、虛擬化主機管理、存儲管理、網(wǎng)絡(luò)管理等，可以方便快捷地進行虛擬化資源的管理。

總體而言，虛擬化服務(wù)層是實現(xiàn)虛擬化資源管理和調(diào)度的核心層級，它提供了一系列的服務(wù)和工具，可以幫助管理員對虛擬化資源進行高效的管理和分配。虛擬化服務(wù)層的設(shè)計與實現(xiàn)關(guān)系到整個虛擬化平臺的性能、可靠性和安全性，因此需要對其進行嚴(yán)格的設(shè)計和測試，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。它主要包括虛擬機池、硬件池等幾個組成部分。

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

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，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、存儲等設(shè)備。硬件池提供了硬件設(shè)備的添加、刪除、監(jiān)控等功能，并可以對硬件設(shè)備進行統(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)層和實驗管理層提供了必要的硬件支持。

3.2 平臺功能層間的接口設(shè)計

接口設(shè)計是平臺設(shè)計的重要部分，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)計的主要目的是使接口易于使用，降低開發(fā)難度，并提供良好的擴展性，以便未來系統(tǒng)的擴展。此外，接口安全也是系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)之一，必須通過訪問控制和加密等方式來保證接口的安全性。

整個平臺根據(jù)功能劃分為3個層次：實驗管理層、虛擬化服務(wù)層和虛擬化基礎(chǔ)層。每個層次之間都有對應(yīng)的接口，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳遞。實驗管理層與虛擬化服務(wù)層之間的接口主要負(fù)責(zé)實驗管理數(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)虛擬機和硬件資源的管理和調(diào)度。

在設(shè)計接口時，需要考慮如何提供簡單易用的接口，避免過于復(fù)雜的接口設(shè)計。同時，接口應(yīng)該提供良好的擴展性，以便在未來添加新的功能時能夠快速、準(zhǔn)確地進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控制機制來確保接口的安全性。因此，平臺接口設(shè)計需要綜合考慮易用性、擴展性和安全性，以滿足平臺的需求和用戶的需求。

4 虛擬化實驗管理平臺測試總結(jié)

通過對虛擬化實驗管理平臺的測試，可以發(fā)現(xiàn)該平臺具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以在不同的實驗環(huán)境下正常運行。同時，虛擬實驗的穩(wěn)定性和可靠性也很高，可以滿足實驗需求。因此，該平臺可以有效地提升實驗教學(xué)的效率和質(zhì)量。

5 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于計算機教育和培訓(xùn)領(lǐng)域，以實現(xiàn)高效的實驗教學(xué)。在這個背景下，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于虛擬化技術(shù)的實驗管理平臺，以滿足高校計算機教育的需求。

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)在計算機教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了虛擬化實驗管理平臺的設(shè)計目標(biāo)和功能需求。其次，本文設(shè)計了平臺的整體架構(gòu)，并對各個模塊進行了詳細(xì)的設(shè)計和實現(xiàn)，包括實驗管理模塊、虛擬機管理模塊、操作日志模塊、實驗教材模塊等。同時，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，Unity3D作為虛擬化技術(shù)，Excel作為統(tǒng)計分析工具，實現(xiàn)了虛擬化實驗管理平臺的基本功能。再次，本文對平臺的運行環(huán)境進行了詳細(xì)描述，包括軟件環(huán)境和硬件環(huán)境，并進行了系統(tǒng)測試，包括實驗環(huán)境測試和虛擬實驗測試，驗證了虛擬化實驗管理平臺的功能和穩(wěn)定性。最后，虛擬化實驗管理平臺為高校計算機教育提供了一種新的實驗教學(xué)模式，具有較高的實用性和推廣價值，可以幫助學(xué)生更好地掌握計算機技術(shù)。

總體而言，虛擬化實驗管理平臺的設(shè)計和實現(xiàn)為高校計算機教育提供了一種新的實驗教學(xué)模式，有助于提高學(xué)生的實踐能力和計算機技術(shù)水平。但是，平臺的功能仍有待完善和擴展，未來的研究可以進一步提高平臺的用戶友好性、實驗?zāi)Ｐ偷呢S富性和教育資源的共享性。

參考文獻

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［5］馬汝輝.基于多核的虛擬化技術(shù)研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2011.

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