基于校园私有云的高校经管实验教学平台的构建与研究

孙力　郭立

摘要：为了改进传统的教学实验管理方式，高效利用现有资源，解决传统实验教学平台环境部署复杂、资源利用率低等方面的问题，分析基于校园私有云的实验教学平台的优势，提出建设经管实验教学云平台的新模式，并结合学院实际给出“服务器虚拟化”的详细架构设计方案。通过该教学实验平台的设计与实施，以达到整合实验中心及全院虚拟实验资源的目的，既有利于提高实验教学和实验室管理水平，又减少了硬件采购成本。

关键词：云计算;私有云;虚拟化;实验平台

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）03-0069-03

0 引言

互联网已进入了一个新的时代——“云时代”。云计算的核心思想是将大量用网络连接的计算资源集中起来形成一个计算资源池，通过统一管理和调度给用户提供优质的按需服务。校园私有云就是基于云计算技术的校园信息化工程，使用云计算和云存储技术来搭建的教学资源共享平台，为学校管理者和老师提供优质教育教学资源，为学生提供便捷的学习环境。

近些年来经管类专业扩招迅猛，随之而来的就是国内高校经管类实验室建设突飞猛进。从最开始的建设机房，学习软件，慢慢的扩展到ERP沙盘经营、商科仿真实训等内容，实训场地及资源需求也越来越大。目前，国内高校的经管类实验室在运行中普遍存在着以下问题：

（1）实验室建设成本高、应用低效。经管类实验室普遍按学科分类设置，使得实验室功能单一、管理分散，造成设备重复购置，利用率低下。

（2）实验室开放受时间与地点的限制。实验室地点及开放时间固定，无法达到开放式实验教学要求。

（3）实验环境部署不便，重复工作量大。为了满足日常教学的需求，需要经常更新实验室的软、硬件，使得维护量增大。

（4）实验室存在安全隐患。实验用计算机设备在使用过程中往往会因为ARP攻击、病毒入侵等原因而频繁瘫痪，影响实验教学的正常进行。

（5）实验室对外开放力度不够。实验室普遍对外开放力度不够，为企业与社会服务的能力有待提升。

1 信息化技术在学院经管实验教学中的应用现状

教育与信息化的结合带动了现代教育的发展，我国于2010年7月颁布了《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》，明确提出“建立开放灵活的教育资源公共服务平台，促进优质教育资源普及共享”的指导方针。2012年3月教育部印发《教育信息化十年发展规划（2010-2020）》，进一步强调了“实施优质数字教育资源建设是推进教育信息化的基础工程和关键环节”，其中明确提出了“建设教育云资源平台。”

近些年来，我院高度重视信息化建设工作，从2011年起，学院依据数字化校园建设需要，遵循“采用新兴技术、整合现有资源、构建集约化信息平台”的原则，在信息化改造方面投入资金近500万，大大提升了學院信息化水平。学院目前已建成万兆高速骨干校园网络，校园网接入教学与办公用计算机近3500台、服务器40余台。与此同时我院作为一所经管类专业为主的学校长期以来一直高度重视经管类实验教学环节，2008年建成经济管理实验教学中心并逐步开展经管类实验教学与改革工作。2013年我院经济管理实验教学中心被评为甘肃省重点实验教学示范中心，中心现拥有各类实验室面积3600平米，各类实验教学软件20余套，建有金融综合实验室、国际贸易综合实验室、ERP沙盘模拟实验室、工商管理综合实验室、会计电算化实验室、会计多功能仿真实验室、电子商务综合实验室及商科综合仿真实训中心。

服务器、计算机及实验教学软件的增加大大改善了学院经管类专业的实训条件，实验教学也慢慢由软件的学习慢慢扩展到企业综合仿真和虚拟社会等内容。但传统的实践教学信息化建设面临的最大问题就是分散，所有实验用计算机均为独立模式，教学资源与实验结果只能保存在本地硬盘;所有服务器均分散在各个实验室，每台服务器只安装一两个实验软件，远没有达到充分利用的状态，常常出现有课时服务器资源不够用，没课时服务器断电“睡大觉”的尴尬局面。这种分散的建设模式使得我院信息化实验资源出现了利用率低，重复建设以及管理成本居高不下的问题。2017年，学院信息中心联合经济管理实验教学中心先后实施了部分服务器及桌面计算机的虚拟化工作，通过虚拟化技术的应用不但加快了新的实验教学软件的运行，提高了实验环节的可靠性，而且还使得我院实验设备的采购成本大大降低。

2 基于私有云的经管实验教学平台的构建

为了改进传统的经管类实验管理方式，高效利用实验资源，解决传统经管类实验教学平台环境部署复杂、安全隐患多等方面的问题，本文提出建设基于校园私有云下的经管类实验教学平台的全新思路，并结合“虚拟化”技术，构建具有资源集中、共享、动态配置等优势的经管类实验教学平台，希望有效解决高校经管类实验室资源利用率低、管理困难等问题，达到整合实验资源的目的，让实验资源更好地为教学工作服务。

2.1 校园私有云整体架构

校园私有云是将云基础设施与软硬件资源建立在学校内部，其服务对象仅限于校内老师和学生。校园私有云支持动态的基础设施架构，实现底层基础架构与业务的分离，使各种资源得到统一规划与分配。学院各部门无需单独采购硬件设备，只需要根据自身的需求申请“云资源”，然后在云平台上实施自己的业务与应用，而底层资源的采购、维护及监控等问题抛给信息中心即可，校园私有云平台整体架构如图1所示。

2.2 实验资源虚拟化

虚拟化是实现云计算的前提条件之一，虚拟化环节的目的是将服务器、网络、存储整合为若干可动态分配的资源池，用户在获得某种应用功能的同时，也获得了实现这种功能所必需的而且被优化的资源，“功能”加“资源”聚合为服务的形式来提供。

服务器虚拟化通常有两种典型架构，分别为寄居架构和裸金属架构。寄居架构就是在操作系统之上安装和运行虚拟化程序，依赖于主机操作系统对设备的支持和物理资源的管理。裸金属架构就是直接在硬件上面安装虚拟化软件，再在其上安装操作系统和应用，依赖虚拟层内核和服务器控制台进行管理。

学院服务器虚拟化选用了主流的VMware虚拟化技术，首先采购了配置相同的6台X86服务器并安装上了VMware ESXI Server，搭建出经管类实验服务器集群，使用VMware vSphere Client对ESXI主机进行管理维护。通过对服务器进行虚拟化，一台服务器被虚拟出多个虚拟机，每个虚拟机可安装一套不同的实验用教学软件。

为了充分发挥VMware下DRS、HA、vMotion等功能，让虚拟机能够游离于服务器群集下的不同ESXI主机之间，实现最终应用负载均衡和系统维护计划，我们设计了FC SAN和iSCSI两种存储网络，对于读写I/O要求高的部分应用部署到了FC SAN存储设备上，其余的应用都部署到了iSCSI存储上。存储虚拟化后，每个虚拟机的文件系统都可以创建在共享的存储阵列上。

通过对服务器进行虚拟化，大大减少了学院经管实验中心日常开展实验教学所需服务器的数量。采用存储虚拟化技术可实现存储系统的集中、统一、方便的管理。将数据保存在虚拟存储设备中可通过快照、镜像、复制等服务实现实验数据及实验软件的快速迁移。虚拟服务器及虚拟存储资源均可根据需要进行动态扩展和配置，运用虚拟化技术可达到资源的充分利用。

2.3 PaaS（平台即服务）构建

从技术角度来讲，云计算可以分为四层：HaaS（硬件即服务）、IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）。

本文所研究的服务于高校经管实验教学平台的校园私有云平台，主要以IaaS和PaaS为主，提供PaaS服务。学生进行教学实验所需的操作系统、数据库、实验软件价格昂贵，而且部署这些应用需要花大量的时间。平台除了将物理资源通过虚拟化共享给实验用户外，还为实验用户提供具备实验所需的运行和管理环境的平台层服务。平台通过VMware vCenter Server可将常用的虚拟机及其实验软件环境导出为模板，在需要时将模板导入即可将进行实验的软硬件环境提供给用户使用。

该平台所具备的服务功能如图2所示，平台层的基础部分是操作系统，平台为实验用户提供的操作系统有：Linux、Windows Server 2003、Windows Server 2008;提供的数据库有SQL Server、MySQL、 Oracle;在应用服务方面，提供了各种经管类实验教学软件及常用办公软件。

2.4 平台工作流程设计

实验用户开展实验前需要提交实验申请，申请内容包括实验所需要的实验软件、CPU资源、内存资源、硬盘资源及实验资源的使用时间等。

信息中心作为管理部门在审核申请后为实验用户分配所需的实验资源，管理员使用VMware vCenter Server创建虚拟机，并分配CPU、内存、硬盘等相关资源，与此同时管理员也可通过将常用的虚拟机模板导入快速完成实验用户需要的实验环境的配置。实验资源分配后，实验用户通过网络就可使用这些资源进行实验，用户实验的时间、地点不受限制。与此同时管理员可以实时对资源使用情况进行监控，动态的为实验用户增加相应的资源。如果服务器在实验过程中突然出现故障，还可以进行系统的动态迁移，最大化地降低故障对实验的影响，实验时间结束后，管理员会将实验资源回收并分配给其他实验用户，平台工作流程如图3所示。

3 应用效果分析

经过试用云架构下的经管实验教学平台比现有的实验室具有以下优点：

（1）降低了经管类实验室的建设成本、提高了实验用软硬件的利用率，校内的各个实验软件无需单独配备高性能的服务器和存储，师生需要进行实验时向云平台申请资源即可，大大提高了资源的利用率。

（2）实验平台部署简便，可大大简化实验环境的部署流程，减少实验所需的准备时间。与此同时还可减少实验室的管理人员，降低学校的人力成本和管理成本。

（3）實验时间不受实验室时间及实验室地点的限制，只要是在申请实验资源的使用期限内，实验用户可以通过校园网在任何时间及地点进行实验。

（4）可以实现整合高校实验资源，提升实验教学平台开放性的目的，在提升开放性的基础上逐步释放高校实验教学资源，充分体现高校的社会服务价值。

（5）响应政府提倡的“节约型社会”、“节能减排”等理念，降低设备采购量，解决现阶段存在的高耗能、高成本、低效率问题。

参考文献

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Construction and Research of Experimental Teaching Platform of University Economic Management Based on Campus Private Cloud

SUN Li1， GUO Li2

（1.Longqiao College of Lanzhou University of Finance And Economics，Lanzhou Gansu 730101;

2.Lanzhou modern vocational College，Lanzhou Gansu  730050）

Abstract：In order to improve the traditional teaching experiment management mode， efficiently utilize the existing resources， solve the problems existing in the traditional experimental teaching， such as complex deployment of the platform environment and low resource utilization， we analyze the advantages of the experimental teaching platform based on the campus private cloud， A new mode of building a management experiment teaching cloud platform is proposed， and a detailed architecture design of "server virtualization" is made in combination with the actual situation of the college. Through the design and implementation of the teaching experiment platform， the effect of integrating the experimental center and the virtual experimental resources of the whole college has been achieved， which not only helps to improve the experimental teaching and laboratory management level， but also reduces the cost of hardware procurement.

Key words：cloud computing;private cloud;virtualization;experimental platform