在线实验云平台构建及实施

1、在线实验云平台构建及实施DOIDO：I 10.11907/rjdk.172793：As the fast development of cloud computing technology and gradually mature desktop virtualization technology，many universities and colleges start to build the virtual desktop in the experimental training room. Discussion based on the virtual desktop ， make fu

2、ll use of the existing servers ， storages and other resources ， through OpenStack to build the cloud platform for online experiments in the experimental training room， to provide students with own experimental cloud host， and develop of the onlineexperimental submission system ， and the related teac

3、hing resources sharing platform. It enables students to get the u-learning experience of the integration of online experiments and teaching resources， achieved goodteaching results. By the way， it is analyzed the commonproblems of cloud platform construction ， hope to share the experience as good re

4、ference to brother colleges.s： virtual desktop ； resource integration ； online experiment ； OpenStack ； cloud platform0 引言为解决传统机房存在成本投入过大、 维护费用过高、 管理效 率低下、安全灵活性差等难题 1 ，越来越多的高校在实验实训 室建设时采用虚拟桌面 2-4 。虚拟桌面搭建需要服务器、 存储等大型设备， 在建设虚拟桌 面实训室时往往“各自为阵”，并在设备选择时留有一定余地， 没有充分考虑服务器使用率， 存在资源浪费情况 5 。目前 MOO、C SPO（等在线开放课

5、程平台，难以支持课程实验环节，配套建设 在线实验教学平台迫在眉睫 6-7 。在线实验云平台主要用于高 校实验室共享平台建设 8 ，为学生提供统一的实验环境和点对 点的实时通信平台 7 。笔者基于虚拟桌面服务器、 存储等设备， 利用 OpenStack 搭建了在线实验云平台， 并开发了在线实验提交 系统，实现硬件、软件和教学资源共享 9 ，为师生提供实践教 学和课程学习一体化的泛在学习体验。1 搭建在线实验云平台意义 高职院校实践课程占教学的大部分， 而实践课程往往存在以 下问题：很多课程在实验室的操作时间有限， 课后因为实验环境、 实训指导缺乏等因素， 学生难以继续练习。 如何进行在线实验资

6、源建设，将实验环境、实训内容等资源搬到网上，给学生提供更 多学习机会，是实验实训室建设的发展方向。随着桌面虚拟化技术的不断成熟， 高校越来越多的实验实训 室采用虚拟桌面， 与此同时也暴露出一些问题： 虚拟桌面建设时 基于较多应用及扩展性， 一般配置较高， 但在实际使用时往往只 用于某几门课程教学，使用单一，没有充分发挥设备效能，造成 一定的资源浪费， 尤其是服务器、 存储等大型设备的利用率很低。在线实验云平台利用虚拟桌面现有设备， 通过 OpenStack 进 行合理部署， 在提供云主机满足在线实验教学的同时， 还能开发 在线实验提交平台，实现在线实验布置、提交及反馈。与实践课 程建设相结合，

7、 将实践课程教学资源库融入， 为学生提供更广阔 的学习空间，实现移动学习、泛在学习。在线实验云平台建设不 仅可以提升实验实训中心的整体管理水平， 还可更好地为教学服 务，提高教学效果。2 在线实验云平台搭建 笔者学校物联网工程学院拥有实验实训室 30 间，包括政府 财政补贴建设的物联网综合实训室、 计算机与软件实训室； 与行 业协会共建的网络安全工作室； 与知名企业合作建设的移动互联 实训室、云计算实训室、物联网技术应用实训室、物联网工程与 安全综合实训室等。 实验实训室承担了物联网技术专业绝大多数 实验实训课程的教学任务。其中云计算实训室、大数据实训室、 公共机房等实训室采用了虚拟桌面。根据

8、设备、人员、课程资源 等实际使用情况， 搭建了云计算工作室和信息技术教学平台两个 在线实验云平台。本文根据服务器部署、配置和实际使用情况， 以云计算实训室为例说明在线实验云平台的搭建和使用过程。 云 平台建设分为硬件建设、软件部署和教学资源建设与共享 3 部 分。 2.1 硬件建设云计算实训室（见图 1）有服务器、存储共 20 台，终端 50 台，教师机 1台，以及千兆交换机 3台，网管交换机 1 台，大型 设备清单见表 1，主要用于物联网技术专业群云计算等相关课程 的教学。采用14台1U机架式服务器部署在线实验云平台，并直接通过楼层汇聚连接到校园中心机房，实现校园网内免费访问。2.2 软件部

9、署OpenStack 是一个开源的云计算管理平台，有着良好的可控 性、兼容性和扩展性， 很多企业和高校采用 OpenStack 搭建私有 云10-14，如基于OpenStack搭建创新实验室云平台12，基 于OpenStack构建适用于教学和科研实验的云计算平台13，以及基于OpenStack构建高校实验室云计算管理平台14等。在线实验云平台（见图2）采用开源的OpenStack进行部署， 将 14 台 1U 机架式服务器作为底层物理设备形成计算资源池，分为两组，每组7台，统一管理使用，可允许 300G内存的实验云 主机同时运行。整个 OpenStack 由控制节点、计算节点、网络节 点、存储

10、节点 4 部分组成 14-15 。目前 OpenStack 云平台采用 一个控制节点、 多个计算节点的方法进行部署。 此方法部署简单， 不容易出错，适合小范围使用，但整体性能一般。本文对云平台 进行升级部署，争取在现有设备前提下，改用3个控制节点，同时重新部署 OpenStack 的高可用性，提升云平台性能。该平台主要服务于计算网络技术专业，尤其是云计算方向， 可保证每个学生拥有自己的云主机， 上课时直接登录云主机进行 操作，课后可将云主机“随身”携带， 只要在校园网内登录即可 使用。点击“实验云平台”登录， 即可进入云平台。 点击“实验提 交”，即可进入在线实验平台，进行在线实验系统操作。“

11、云知 识库”集中部署了多门课程的相关教学资源，可以在线学习。2.2.1 实验云平台 实验云平台主要提供云主机的管理，见图 3。2.2.2 实验提交系统“实验提交”系统结合云主机可实现“在线实验”功能， 平 台界面见图 4。登录后可看到“我的实验”、“我的完成情况” 以及“班级完成情况”3 个页面。在线实验提交系统流程见图 5。2.3 教学资源建设与共享“云知识库”收集整理的资源主要有 dokuwiki 、python 、 openstack 等新技术教程及实例。资源主要由教师收集整理，来 自江苏省、全国技能大赛项目，官网、论坛以及网上知名博客的 系列讲解等，还有部分教学资源和在线开放课程的建设

12、是同步 的，和在其它平台发布的在线开放课程配套使用。 云知识库界面 见图 6。3 实施效果及问题分析3.1 实施效果在线实验云平台应用于多门课程教学， 取得了良好的教学效 果。对云平台登录和使用时间统计， 学生平均每天在云平台上学习 1.5 个小时以上，远远超过其它课程的课外学习时间从教师角度： 在线实验云平台大大提高了教学效率， 无限延 伸了云计算实验室， 提高了教师的实践能力， 为教师成长提供了 很好的平台。从学生角度： 通过在线实验云平台， 学生拥有自己的云主机， 实验课程学习不再拘泥于实验室， 可以轻松实现在线学习、 移动 学习，将实验室搬到校园每个角落。 不仅提高了学生的学习兴趣，

13、学习效率，同时为自主学习提供广阔的空间。在线实验云平台的搭建， 很好的利用了现有设备， 有益于教 学。若能从课程组、专业群的角度进行规划建设，将发挥更大的 作用。3.2 问题分析（1）虚拟桌面不能适用于所有机房，但是在线实验云平台 建设却迫在眉睫。 在线开放课程的建设往往偏于理论， 却忽视了 最为关键的实践部分， 因此即使没有资源过剩的情况， 也应该进 行在线实验资源建设。 可以校内自行搭建平台， 也可以采取和企 业合作引进的方式进行， 两种方法各有利弊， 应根据实际情况进 行选择。（2）在线实验云平台欲成为学生学习的移动桌面，实现泛 在学习，就要保证云平台 7*24 稳定工作。不同于传统机房

14、按时 开放，云平台是随时在线的，对电源、备份以及散热、通风等环 境因素要充分考虑。 实训室管理方式要改革， 以适应新的使用要 求，尤其要做好服务器的运维和安保工作。（3）目前很多高校已经建立了专门的在线实验平台，也有 很多公司提供在线实验服务，搭建私有在线实验云平台有无必 要？答案是肯定的。 因为私有在线云平台不仅充分利用了现有资 源，避免浪费，而且该平台最易实现，平台本身就是最好的教学 案例， 关键是如何保证在线实验云平台持续高效使用。 应根据云 平台的建设和使用情况制定相应的考核和奖励政策， 给予一定的 经费支持， 保证云平台的软硬件及时升级， 给相关人员一定的奖 励，以激发和维持其工作热情，使平台能持续高效运行。4 结语本