基于OpenStack教學云平臺的構(gòu)建

伍 丹

摘? ?要：作為高素質(zhì)職業(yè)技能型人才的培養(yǎng)基地，高職院校應進一步加快人才培養(yǎng)改革的步伐。近幾年，越來越多的高職院校將線上線下混合式教學作為教學改革的方向。在對現(xiàn)今線上教學平臺及實訓環(huán)境進行調(diào)研后，文章針對學生的實訓過程受限制、實訓室資源浪費等問題，設計了基于OpenStack的教學云平臺。該平臺包含資源庫及虛擬實訓室，期望在解決上述問題的同時，提高學生實踐能力、自主學習能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關鍵詞：高職;OpenStack;教學云平臺

2019年，教育部、財政部發(fā)布的教職成﹝2019﹞5號文《關于實施中國特色高水平高職學校和專業(yè)建設計劃的意見》中指出：為深入貫徹落實全國教育大會精神，落實《國家職業(yè)教育改革實施方案》，改革發(fā)展任務為“全面提高質(zhì)量的基礎上，著力培養(yǎng)一批產(chǎn)業(yè)急需、技藝高超的高素質(zhì)技術(shù)技能人才”。高職院校作為高素質(zhì)職業(yè)技能型人才的培養(yǎng)基地，更應進一步加快人才培養(yǎng)模式的改革步伐，培養(yǎng)出適應技術(shù)進步和生產(chǎn)方式變革以及社會公共服務需要的高素質(zhì)勞動者和技術(shù)、技能型人才。

伴隨著多元化信息手段在教學中的廣泛應用，單一的線下講授已不能滿足人才培養(yǎng)的需求，取而代之的是線上線下混合式教學模式，線上資源庫及虛擬實訓室成為線上教學的核心元素?？v觀各所高職院校，教學平臺的應用已經(jīng)較為廣泛，但是絕大多數(shù)的教學平臺功能僅限于：教師發(fā)布線上資源，學生在線學習、測試，教師借助平臺對學生學習過程進行評價、考核，受限于軟、硬件環(huán)境，實操部分只能在課堂上、在固定實訓室里完成。而實訓室開放時間有限，學生的訓練時長與強度遠遠達不到要求，這極大地制約了學生實踐能力的提升，與培養(yǎng)技術(shù)、技能型人才的目標相距甚遠，同時也造成了實訓室資源的極大浪費。

基于以上問題，若能搭建教學云平臺，平臺中包含資源庫及虛擬實訓室，學生可隨時隨地以客戶端的身份登陸教學云平臺，不受時間、環(huán)境限制地進行實訓操作及使用在線資源，對于提升學生技能、幫助學生自主探究及進行個性化學習，將起到很大的推動作用，從而使教學過程的實踐性、開放性得到進一步的提升，與此同時，還可提高各院校實訓資源的利用率。綜上所述，本文對搭建包含資源庫與虛擬實訓室的教學云平臺進行研究，整體思路為：采用虛擬化技術(shù)將計算機資源加入到資源池進行統(tǒng)一管理，讓桌面系統(tǒng)從物理計算機中分離出來，通過教學云平臺將計算資源、桌面資源、存儲資源進行集中化管理。

1? ? 教學云平臺系統(tǒng)架構(gòu)設計

基于OpenStack的教學云平臺，包含虛擬實訓室及教學資源庫，具備可復用性、高效性。教學云平臺架構(gòu)模型為4層結(jié)構(gòu)：最底層為基礎層，主要包含服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備等，該層主要采用虛擬化技術(shù)對教學云平臺的硬件資源進行集中統(tǒng)一管理、調(diào)度和配置。第二層為服務層，主要提供公共服務接口、軟件運行環(huán)境等，為系統(tǒng)應用提供綜合管理。第三層為應用層，主要是實現(xiàn)資源整合和數(shù)據(jù)共享，以實現(xiàn)虛擬實訓室、教學資源庫的具體功能。最高層為展示層，即客戶端，學生可使用臺式、筆記本計算機或手機等終端設備，登錄到云平臺，進入虛擬實訓環(huán)境完成實訓，或在線學習教學資源。整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1? 教學云平臺整體架構(gòu)

2? ? 教學云平臺系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1? OpenStack云計算平臺

云計算有3種模式：基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）和軟件即服務（Software as a Service，SaaS）。IaaS的功能為：借助互聯(lián)網(wǎng)，提供數(shù)據(jù)中心基礎架構(gòu)硬件和軟件資源、服務器、操作系統(tǒng)、磁盤存儲、數(shù)據(jù)庫和信息資源等。PaaS的功能為：提供基礎架構(gòu)，使軟件開發(fā)者可在基礎架構(gòu)之上，建設新的應用或進行擴展，而不必購買開發(fā)、質(zhì)量控制或生產(chǎn)服務器。SaaS是軟件分布模式，應用軟件安裝在廠商或者服務供應商那里，用戶可以通過某個網(wǎng)絡來使用這些軟件。

OpenStack是由美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和Rackspace合作研究并發(fā)起的，是以Apache許可證授權(quán)的自由軟件和開放源代碼項目。它是云計算管理平臺項目，由幾個主要的組件組合起來完成具體工作。OpenStack支持幾乎所有類型的云環(huán)境，項目目標是提供實施簡單、可大規(guī)模擴展、豐富、標準統(tǒng)一的云計算管理平臺，所有的管理操作均可以通過自身提供的接口來執(zhí)行。

整個OpenStack主要包含了控制節(jié)點、計算節(jié)點、網(wǎng)絡節(jié)點和存儲節(jié)點?？刂乒?jié)點負責對其余節(jié)點的控制，包含虛擬機建立、遷移、網(wǎng)絡分配、存儲分配等;計算節(jié)點負責虛擬機運行;網(wǎng)絡節(jié)點負責對外網(wǎng)絡與內(nèi)網(wǎng)絡之間的通信;存儲節(jié)點負責對虛擬機的額外存儲管理等。OpenStack通過組件來管理虛擬資源，統(tǒng)一對外提供服務，OpenStack目前共涵蓋了7個核心組件。每個組件都是多個服務的集合，一個服務意味著運行的一個進程。

Horizon（Dashboard）模塊主要負責為Openstack用戶提供用戶界面（User Interface，UI）服務，即管理控制臺。在管理控制臺的操作轉(zhuǎn)換為后端應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）的調(diào)用，面向云管理員和普通用戶。Keystone組件的作用為身份認證。各個組件需要經(jīng)過身份的認證后，方可正常服務，Neutron組件管理整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，Nova組件管理虛擬主機的創(chuàng)建，Neutron組件管理通信服務，Swift組件管理數(shù)據(jù)存儲。各組件關聯(lián)如圖2所示。與此同時，利用基于Kernel的虛擬機（Kernel-based Virtual Machine，KVM）技術(shù)來實現(xiàn)計算虛擬化，借助Ceph滿足存儲的虛擬化，通過其塊設備存儲，實現(xiàn)對應的Glance的鏡像存儲、OpenStack的Cinder后端存儲等，最終利用虛擬局域網(wǎng)與萬兆網(wǎng)絡滿足網(wǎng)絡虛擬化[1]。

2.2? 虛擬實訓室的實現(xiàn)

虛擬實訓室實現(xiàn)的基本思路為：在云平臺統(tǒng)一管理下，可以通過云控制中心管理虛擬桌面，每個虛擬實訓室可按實訓要求制作一個鏡像，實訓所需軟、硬件資源都可由鏡像來生成，以虛擬桌面的形式呈現(xiàn)，所有的軟件更新與維護，都可通過鏡像完成。教師和學生在使用過程中，可在任何機器及任意時間登陸自己的賬號，登陸成功后，就可以看到和真實桌面完全一致的虛擬桌面。具體實施方式是：用兩臺服務器將運算資源安裝在控制節(jié)點，存儲資源安裝在存儲節(jié)點，使虛擬機可以動態(tài)活動，可無縫遷移到其他運算資源上[2]，還要注意及時備份OpenStack的磁盤文件，保障數(shù)據(jù)可靠性。

2.3? 資源庫的實現(xiàn)

Swift組件在OpenStack中主要提供對象存儲服務?？蛻艨赏ㄟ^上層應用程序調(diào)用RESTAPI[3]接口來保存訪問任意非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問、獲取、保存、復制、刪除等操作?？梢栽诰€存儲文檔、視頻等文件，還可存儲鏡像文件，進而實現(xiàn)在資源庫上傳、下載各類文件的功能。

3? ? 結(jié)語

本文就基于OpenStack的高職教學云平臺構(gòu)建的核心內(nèi)容進行了探討，希望利用此研究，能夠?qū)Ω呗氃盒＝虒W云平臺構(gòu)建產(chǎn)生一個全面、清晰的認識，同時，也能夠通過云平臺的構(gòu)建，為高職院校提供不受時間和空間限制的教學、實訓環(huán)境，從而使教師和學生，在感受云計算技術(shù)應用優(yōu)勢的同時，獲取更多的專業(yè)知識與操作技能。

[參考文獻]

[1]王焱.基于OpenStack的地方高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)云平臺構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2019（36）：84-85.

[2]陳志高.基于OpenStack的高職IT專業(yè)虛擬化實訓室建設與資源優(yōu)化[J].無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報，2018（15）：82-85.

[3]崔軼.基于OpenStack的高職教學資源云平臺構(gòu)建研究[J].河北青年管理干部學院學報，2018（30）：65-67.

Construction of teaching cloud platform based on OpenStack

Wu Dan

（Ningxia Polytechnic， Yinchuan 750021， China）

Abstract：As a training base for high-quality vocational skilled talents， higher vocational colleges should further accelerate the pace of talent training reform. In recent years， more and more higher vocational colleges take online and offline mixed teaching as the direction of reform. After investigating the current online teaching platform and training environment， a teaching cloud platform based on OpenStack is designed to solve the problems of students limited training process and waste of training room resources. The platform includes resource bank and virtual training room. It is expected to improve students practical ability， autonomous learning ability and the quality of personnel training while solving the above problems.

Key words：higher vocational colleges; OpenStack; teaching cloud platform