云計算在高職院校教學中的實際應(yīng)用研究

摘 要：地方高職院校硬件設(shè)備稀缺、維護人員單薄，而實驗教學的不斷發(fā)展對硬件設(shè)備的要求日趨提高。優(yōu)化硬件資源配置、降低能源消耗、減輕運維壓力，同時提供不間斷的實驗教學軟件服務(wù)，成為實驗技術(shù)人員要考慮的問題。文中提出了一個基于云技術(shù)的解決方案，就云技術(shù)在地方高職院校教學中的應(yīng)用情況進行了探討。

關(guān)鍵詞：云計算；教學；實際應(yīng)用

中圖分類號：TP399

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，高職院校各系部根據(jù)自己的學科建設(shè)規(guī)劃，紛紛購置各種基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實驗教學軟件，客觀上著實提高了實驗教學水平和質(zhì)量。軟件平臺的運維管理由實驗管理中心統(tǒng)一負責，根據(jù)各軟件平臺的部署需求統(tǒng)籌規(guī)劃服務(wù)器等硬件設(shè)備，在一定程度上提高了設(shè)備的利用率、降低了學校的人財物投入。但從服務(wù)器運維的角度上講，仍存在以下問題：（1）存在資源閑置現(xiàn)象。實驗教學軟件在輔助教學方面起到了很大作用，但其運行特點是，課程進行期間，服務(wù)器的資源占用率較高，其余時間的資源占用率會大大降低。所以服務(wù)器的高性能往往不能得到充分的發(fā)揮利用，從而產(chǎn)生了服務(wù)器資源閑置的現(xiàn)象。（2）運維成本偏高。大量服務(wù)器在資源閑置的同時，占據(jù)了大量的機房空間，并導致大量的設(shè)備耗電及機房空調(diào)耗電支出，造成能源和空間上的浪費，從而導致維護成本的提高。（3）服務(wù)器硬件類型多樣化，不易管理。不同時期購置的服務(wù)器的硬件配置會有所不同，同時不同教學軟件所要求的操作系統(tǒng)平臺也可能不同。管理員需要熟悉和管理不同型號的服務(wù)器、不同操作系統(tǒng)的硬件驅(qū)動、系統(tǒng)補丁，在其上部署應(yīng)用系統(tǒng)，維護工作量非?？捎^。管理的復雜性也會導致運維成本的增加。（4）服務(wù)器維護時需要中斷應(yīng)用系統(tǒng)。服務(wù)器硬件一旦出現(xiàn)問題，運行其上的應(yīng)用系統(tǒng)就不得不中斷服務(wù)，待維修完畢后方能重新開啟使用。這種情況勢必會影響到實驗課程的正常進行。

以上問題成為高職院校實驗教學工作進一步發(fā)展的瓶頸，如何搭建一套資源配置合理、運維成本低廉、維護方便的實驗教學基礎(chǔ)設(shè)施，成為了我們的一項重要研究課題。

1 云計算的概念及發(fā)展現(xiàn)狀

云計算是近年來業(yè)界討論比較熱烈的一個概念，眾多廠商也加入到了對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和推廣中來?！霸朴嬎恪笔且粋€既熟悉又陌生的概念，是由谷歌最先提出用于描述其未來商業(yè)模式和計算技術(shù)架構(gòu)的一種形象的說法，因此這個概念有兩個層面的含義，一則是商業(yè)層面，即“云”，二則是技術(shù)層面，即“計算”，把云和計算結(jié)合起來，用于描述谷歌在商業(yè)模式和技術(shù)架構(gòu)上與傳統(tǒng)軟、硬件公司的不同。

“云計算”具有四個重要特點：數(shù)據(jù)存儲于“云”上；軟件和服務(wù)置于“云”中；構(gòu)筑于各種標準和協(xié)議之上；可以通過各種設(shè)備獲得。

有人把“云”比作是“中央電廠”，在云計算模式下，用戶對計算機資源的獲取和使用變得很簡單，甚至在沒有大內(nèi)存、沒有硬盤、沒有復雜的應(yīng)用軟件的情況下，仍能順利的完成工作，因為用戶僅僅需要通過瀏覽器向云主機發(fā)送指令和接收數(shù)據(jù)，便能從云服務(wù)提供商那里獲得計算資源、存儲空間和應(yīng)用軟件。這個過程的實現(xiàn)對用戶是透明的，他甚至會感覺到有一臺真實的主機擺在他的面前供他使用，而實際上這是一臺連他自己都不知所蹤的虛擬機，是“云”通過網(wǎng)絡(luò)把用戶和他的“主機”聯(lián)系到了一起。

云計算的最終目標是將計算、服務(wù)和應(yīng)用作為一種公共設(shè)施提供給公眾，使人們能夠像使用水、電、煤氣和電話那樣使用計算機資源。云計算模式即為電廠集中供電模式。在云計算模式下，用戶的計算機會變的十分簡單，或許不大的內(nèi)存、不需要硬盤和各種應(yīng)用軟件，就可以滿足我們的需求，因為用戶的計算機除了通過瀏覽器給“云”發(fā)送指令和接受數(shù)據(jù)外基本上什么都不用做便可以使用云服務(wù)提供商的計算資源、存儲空間和各種應(yīng)用軟件。這就像連接“顯示器”和“主機”的電線無限長，從而可以把顯示器放在使用者的面前，而主機放在遠到甚至計算機使用者本人也不知道的地方。云計算把連接“顯示器”和“主機”的電線變成了網(wǎng)絡(luò)，把“主機”變成云服務(wù)提供商的服務(wù)器集群。

云計算（Cloud Computing）是虛擬化（Virtualization）、網(wǎng)絡(luò)存儲（Network Storage Technologies）、網(wǎng)格計算（Grid Computing）、并行計算（Parallel Computing）、分布式計算（DistributedComputing）、效用計算（Utility Computing）、負載均衡（Load Balance）等傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，它以一種新的運營理念提供計算服務(wù)。從應(yīng)用現(xiàn)狀來看，云計算提供三個層次的服務(wù)：一是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS），將基礎(chǔ)設(shè)備集成起來，像旅館一樣，分隔成不同的房間供企業(yè)租用；二是平臺即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS），打造程序開發(fā)平臺與操作系統(tǒng)平臺，讓開發(fā)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)撰寫程序與服務(wù)，一般消費者也可以在上面運行程序；三是軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS），基于云開發(fā)的各類應(yīng)用服務(wù)。

對于“云”的研究和應(yīng)用，已成為未來IT業(yè)發(fā)展的新方向。眾多公司參與到了云計算平臺的開發(fā)中來，如亞馬遜、谷歌、微軟、甲骨文等，他們都有自己對“云”概念的理解，并以實際的技術(shù)平臺展現(xiàn)出來，極大地推動了云計算技術(shù)的發(fā)展，也使“云”理念逐步滲透到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。

2 云計算技術(shù)在高職院校教學中的實際應(yīng)用

云計算技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，為地方高職院校的實驗教學提供了更廣闊的發(fā)展空間。地方高職院校設(shè)備投入緊張，運維力量單薄，而隨著實驗教學工作的不斷深入，用最少的投入換取最大的效益已成為學校需要認真考慮的問題。經(jīng)過學習和調(diào)研，我們認為把云計算的概念和方法應(yīng)用到學校的實驗教學服務(wù)器的運維中來，將會形成一個降低設(shè)備投入成本、提高服務(wù)器運維效率，同時提升服務(wù)質(zhì)量的方案。通過研究、學習和測試，我們最終選定了甲骨文公司的OVM解決方案。OVM的基本原理如圖1：

2.1 OVMManager

整個云平臺最核心的部件便是OVMManager，它是整個云平臺的“總管”，提供命令行、shell和基于Web的圖形界面（Web GUI）等管理接口，管理員通過這些接口可以完成如下工作：

（1）創(chuàng)建和管理OVM Server（s）和Server Pool（s），比如重啟服務(wù)器、對服務(wù)器硬件進行掃描等。（2）創(chuàng)建和管理服務(wù)器邏輯網(wǎng)絡(luò)，比如網(wǎng)卡綁定、配置VLAN等。（3）創(chuàng)建和管理存儲倉庫。（4）配置和管理虛機虛擬機鏡像、模版、集合，以及安裝虛擬機所需的安裝鏡像等資源。（5）從安裝鏡像創(chuàng)建虛擬機、虛擬機模版、虛擬機集合等資源。（6）管理虛擬機的生命周期，包括虛擬機的創(chuàng)建、開機、登錄、關(guān)機、刪除和在線遷移等。（7）導入由OVM或其他服務(wù)器虛擬化方案創(chuàng)建的虛擬機。（8）負責服務(wù)器池中的虛擬機的負載均衡。（9）負責云管理策略的管理，如高可用性、資源分配計劃和能源部署計劃等。另外，OVM還提供API以方便用戶通過編程來個性化自己的云平臺管理。

2.2 存儲和存儲倉庫

存儲倉庫是用來存儲與虛擬機有關(guān)的各種資源的集散地。這些資源包括虛擬機模版、用于安裝虛擬機的ISO鏡像、虛擬機文件等。所有服務(wù)器可共享訪問該倉庫，以便于存儲空間的優(yōu)化利用，同時也便于當某臺物理服務(wù)器出現(xiàn)故障時對運行其上的虛擬機進行資源再分配。與存儲倉庫不同，“存儲”的概念更包括了集群化服務(wù)器池的文件系統(tǒng)、存儲陣列中的物理磁盤、OVM Server的本地磁盤等存儲元素，這些元素通過OVM Manager實現(xiàn)不同方式的用途。

2.3 服務(wù)器池（Server Pool）

服務(wù)器池是OVM中必須存在的一個實體，池中一般存在有一臺或多臺服務(wù)器。一個OVM云環(huán)境中，一般可存在一個或多個服務(wù)器池，而每個服務(wù)器池也通常會被集群化。多個服務(wù)器池共享使用一個存儲倉庫，通過服務(wù)器池文件系統(tǒng)交換和存儲集群信息。每個服務(wù)器池中都有一臺服務(wù)器作為主服務(wù)器，它負責和OVM Manager的集中通信，在必要的情況下，如主服務(wù)器故障或處于維護狀態(tài)時，其他服務(wù)器可接受主服務(wù)器的工作而成為主服務(wù)器，從而保證了整個服務(wù)器池的正常運行。出于負載平衡的目的或維護計劃的原因，運行于池內(nèi)的虛擬機可進行在線遷移，即可以在不間斷服務(wù)的情況下，從一臺Server遷移到另一臺Server。

2.4 網(wǎng)絡(luò)

OVM中的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)包括Server之間、Server與Manager之間、Server與其存儲子系統(tǒng)之間、虛擬機之間、虛擬機與外部私有或公有網(wǎng)絡(luò)之間的連接。這些連接被OVM間接的支持，包括網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)、集群、冗余和負載均衡、橋接、VLAN等。Manager與Server、交換機、路由器之間的連接組成了OVM的物理網(wǎng)絡(luò)，而OVM中的虛擬網(wǎng)絡(luò)正式建立在其之上，管理員可以通過Manager創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)，并與可用的物理網(wǎng)卡建立映射。

在OVM環(huán)境中存在多種用途的網(wǎng)絡(luò)，包括Server管理網(wǎng)絡(luò)、在線遷移網(wǎng)絡(luò)、集群心跳網(wǎng)絡(luò)、虛擬機專用網(wǎng)絡(luò)和存儲網(wǎng)絡(luò)等，這些不同用途的網(wǎng)絡(luò)可以通過一個或物理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，這取決于整個云平臺的物理網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的規(guī)劃。經(jīng)過我們測試，OVM中最少要存在兩個物理網(wǎng)絡(luò)，一個由虛擬機專用，另一個用來實現(xiàn)其他網(wǎng)絡(luò)用途，因為這樣至少能保證虛擬機對外服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)帶寬不被擠占。

3 結(jié)束語

OVM私有云技術(shù)的引入，把我們現(xiàn)有的服務(wù)器整合得很好，充分利用了現(xiàn)有的硬件資源，合理分配了能源，最重要的是這一技術(shù)隔離了軟件和硬件的維護工作。硬件的故障或維護工作不會影響對外提供的軟件服務(wù)，實現(xiàn)了網(wǎng)站和實驗教學平臺的不間斷性。同時，虛擬機的管理遠比物理機的管理工作量要小很多，而且可以根據(jù)不同軟件系統(tǒng)的硬件配置要求，隨時控制虛擬機的硬件配置，合理利用了硬件資源。管理員還可以根據(jù)每臺虛擬機在不同時段的資源占用情況，制定資源調(diào)度策略，在訪問高峰期，自動為虛擬機分配更多的資源，而在低谷期，動態(tài)回收閑置資源，整個過程無需人員干預，大大降低了能源的閑置和維護人員的工作量。今后的工作就是要在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化管理策略，改進容災(zāi)方案，使私有云技術(shù)在高職院校的實驗教學工作中發(fā)揮更強大的作用。

參考文獻：

[1]沈江龍，章東飛.地方性高校理工科大學生實踐能力強化的策略[J].師范學院學報，2010（01）：137-140.

[2]范芳.地方性高校實驗室管理人員工作現(xiàn)狀與分析[J].科教導刊，2011（01）：174-175.

[3]朱敏.淺談“云計算”對教育的影響[J].教育教學論壇，2010（21）：66-67.

[4]張濤，王磊.基于云計算的高校遠程教學系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].繼續(xù)教育研究，2011（07）：59-61.

作者簡介：尚博（1981-），女，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學工程碩士，講師，研究方向：軟件設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

作者單位：江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學院 徐州財經(jīng)分院，江蘇徐州 221008