《云計(jì)算與大數(shù)據(jù)》課程中虛擬化技術(shù)研討式教學(xué)案例

唐小勇

摘 要：《云計(jì)算與大數(shù)據(jù)》是計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的新課程，利用研討式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)有利于研究生對(duì)這種當(dāng)下最新技術(shù)與理論的掌握?；诖耍岢隽艘环N針對(duì)虛擬化技術(shù)的教學(xué)案例，實(shí)際教學(xué)效果良好，有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：研討式教學(xué)法；虛擬化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；計(jì)算機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP308 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.147

農(nóng)業(yè)信息工程是以系統(tǒng)論、信息論和控制論為理論基礎(chǔ)，建立在計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)、農(nóng)業(yè)工程和農(nóng)學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)之上的新興交叉性、綜合性學(xué)科，知識(shí)結(jié)構(gòu)具有交叉性、操作性和時(shí)代變化性，其核心課程云計(jì)算與大數(shù)據(jù)是并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、分布式處理、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等課程發(fā)展融合的一門新興課程，大部分知識(shí)都是在原有信息技術(shù)基礎(chǔ)上提出來的新概念、新理論與新方法，因此，非常適合采用研討式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。

1 研討式教學(xué)法

研討式教育教學(xué)方法源于18世紀(jì)歐洲的一些受新思想影響的大學(xué)，現(xiàn)已成為全世界各高校中的一種重要教學(xué)方式。研討也就是研究與討論，研究與討論始終貫穿于課程教學(xué)的全過程中。其是以問題為導(dǎo)向，交給學(xué)生自覺依據(jù)問題進(jìn)行探討，主動(dòng)尋找問題結(jié)果的一種教學(xué)理念。其中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)問題情境，師生需共同查找資料，以研究、討論、探索、實(shí)踐為途徑，提出解決問題的方式方法，使學(xué)生掌握知識(shí)和技能。

2 研討內(nèi)容——虛擬化技術(shù)

《云計(jì)算與大數(shù)據(jù)》課程主要包括云計(jì)算與大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、技術(shù)，虛擬化技術(shù)、集群系統(tǒng)基礎(chǔ)，云計(jì)算典型服務(wù)模式、云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)、云存儲(chǔ)技術(shù)、云安全技術(shù)、云計(jì)算系統(tǒng)測(cè)試和用戶端Web測(cè)試技術(shù)、云服務(wù)和托管服務(wù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析方法等。其中，虛擬化技術(shù)是本課程的核心，也是云計(jì)算實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，虛擬化技術(shù)研討式教學(xué)案例首先從服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和桌面虛擬化向研究生展現(xiàn)如圖1所示的抽象虛擬體系，要求研究生依據(jù)此框架聯(lián)系阿里云進(jìn)行研討。

本研討內(nèi)容與碩士研究生現(xiàn)學(xué)知識(shí)相近，符合學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”規(guī)律。由于是較新的技術(shù)，其能激發(fā)學(xué)生的求知和探究欲望。教師從知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，引導(dǎo)他們查找與學(xué)習(xí)知識(shí)，為課堂教學(xué)做好準(zhǔn)備。

圖1 云計(jì)算虛擬化技術(shù)體系框架

3 云計(jì)算虛擬化技術(shù)研討教學(xué)

本次研究生課程教學(xué)有研究生23人，教學(xué)按研究方向分四組，平均每組人數(shù)約為五六人，研究方向主要集中在農(nóng)業(yè)信息化、云計(jì)算、高性能計(jì)算和智能計(jì)算。依據(jù)興趣農(nóng)業(yè)信息化選擇網(wǎng)絡(luò)虛擬化、高性能計(jì)算選擇服務(wù)器虛擬化、云計(jì)算選擇桌面虛擬化和智能計(jì)算，選擇存儲(chǔ)虛擬化。各組在認(rèn)真查閱資料的基礎(chǔ)上，事先準(zhǔn)備好討論P(yáng)PT，以圖文并茂的方式提出他們觀點(diǎn)，其他組的學(xué)生則對(duì)此進(jìn)行質(zhì)疑。

課堂首先由服務(wù)器虛擬化組提出服務(wù)器虛擬化是將一個(gè)或多個(gè)物理服務(wù)器虛擬成多個(gè)邏輯服務(wù)器。有的學(xué)生提出現(xiàn)有架構(gòu)中的VMM也可以認(rèn)為是一個(gè)操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化，一般稱為Hypervisor，其能實(shí)現(xiàn)從虛擬資源到物理資源的映射，并保證各個(gè)客戶虛擬系統(tǒng)有效隔離；有的學(xué)生提出隔離技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬化的關(guān)鍵，并提出了虛擬機(jī)安全文件防護(hù)網(wǎng)技術(shù)?；谠L問控制的邏輯隔離機(jī)制，硬件提供了內(nèi)存保護(hù)管理機(jī)制“Xen”，比如x86體系結(jié)構(gòu)提供了支持分段機(jī)制虛擬內(nèi)存、進(jìn)程地址空間保護(hù)機(jī)制和IP地址隔離等技術(shù)。研討組介紹了VMware 中的VMotion這種用于數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器間虛擬機(jī)遷移技術(shù)，讓學(xué)生更加有效地理解服務(wù)器虛擬化技術(shù)的要點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化組介紹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化分為核心層、接入層和虛擬機(jī)三個(gè)層面，這與現(xiàn)有的三層胖樹體系結(jié)構(gòu)非常相似。核心層需要具備超強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力，要有足夠的萬(wàn)兆接入能力。有的學(xué)生認(rèn)為核心層必須提高交換系統(tǒng)靈活性和擴(kuò)展性，為資源靈活調(diào)度和動(dòng)態(tài)伸縮提供支撐。虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬化須提供流量監(jiān)控和雙向訪問控制，包括端口鏡像、深度包檢測(cè)和流量統(tǒng)計(jì)等功能。有的學(xué)生就深度包檢測(cè)的方法進(jìn)行了介紹。網(wǎng)絡(luò)虛擬化組還講解了一個(gè)利用VMware vSphere的vNetwork實(shí)現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在此架構(gòu)中，每個(gè)虛擬機(jī)都配置了1個(gè)或者多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)接口卡vNIC，虛擬機(jī)上的虛擬客戶操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序利用通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以與vNIC通信。在虛擬機(jī)外部，vNIC甚至擁有獨(dú)立MAC地址或多個(gè)IP地址。

在存儲(chǔ)與桌面虛擬化方面，研討課堂氣氛非?；钴S，有的學(xué)生提出的觀點(diǎn)很具有啟發(fā)性，比如存儲(chǔ)虛擬化實(shí)現(xiàn)方式有基于主機(jī)的存儲(chǔ)虛擬化、基于存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)虛擬化和基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化；有的學(xué)生提出了基于網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)虛擬化與網(wǎng)絡(luò)虛擬化的聯(lián)系與區(qū)別，并通過研討羅列出了一系列的比較表，使學(xué)生把各種虛擬化技術(shù)有機(jī)聯(lián)系起來。

總而言之，通過這種教學(xué)模式，研究生對(duì)云計(jì)算虛擬化技術(shù)有了深入了解，明白了技術(shù)發(fā)展的原因與創(chuàng)新點(diǎn)，為他們創(chuàng)新性地從事研究工作提供了很好的示范。研討式教學(xué)是當(dāng)前高校研究生教學(xué)中的一種重要方法，以期通過本案例教學(xué)為研討式教學(xué)法的廣泛應(yīng)用提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]李洪偉，劉文超.研討式教學(xué)方法在研究生課程教學(xué)中的應(yīng)用——以《算法設(shè)計(jì)與分析》為例[J].中國(guó)校外教育，2014（33）.

〔編輯：張思楠〕