云计算技术课程教学大纲与实验指导

云计算技术课程教学大纲与实验指导引言云计算作为新一代信息技术的核心引擎，已深度渗透至政务、金融、医疗等行业的数字化转型中。本课程面向计算机类专业高年级学生，通过“理论筑基+实践赋能”的教学体系，系统培养学生对云计算核心技术的理解与工程实践能力，为云原生开发、大数据处理等方向的学习与职业发展奠定基础。一、课程定位与目标（一）课程定位本课程是计算机科学与技术、软件工程等专业的专业核心课，前修课程需涵盖《计算机网络》《操作系统》《数据结构》。课程聚焦云计算的“技术原理-平台搭建-应用开发”全链条，助力学生掌握从资源池化到云原生应用交付的核心能力。（二）课程目标知识目标：系统掌握云计算服务模式（IaaS/PaaS/SaaS）、部署模式（公有/私有/混合云）；理解虚拟化、容器、分布式存储等核心技术原理；熟悉OpenStack、Kubernetes等主流平台架构。能力目标：具备虚拟化环境搭建、容器化应用开发、云平台运维优化能力；能结合业务需求设计云原生应用，具备云安全防护的基础实践能力。二、课程内容模块（一）理论教学模块1.云计算基础理论解析云计算的起源、核心特征，对比传统IT架构与云架构的资源调度逻辑；结合电商、医疗等行业案例，分析IaaS/PaaS/SaaS的商业场景适配性。2.虚拟化与容器技术对比硬件虚拟化（KVM/Xen）与容器（Docker）的隔离机制、性能开销；通过企业级虚拟化平台搭建案例，阐述资源池化的技术路径。3.分布式存储与计算围绕CAP理论、一致性模型展开，讲解Ceph、GlusterFS等分布式存储的架构设计；结合MapReduce、Spark框架，理解分布式计算的任务调度机制。4.容器编排与云原生深入Kubernetes核心组件（APIServer、Scheduler）与资源调度策略；通过微服务案例（如电商系统容器化），实践服务编排全流程。5.云安全与治理剖析云环境下的数据泄露、DDoS攻击等威胁；讲解身份认证（OAuth）、数据加密等安全机制，结合云平台安全配置实践强化防护意识。（二）实践教学模块实践体系采用“基础验证-进阶设计-综合创新”三级架构，与理论模块同步推进：实验层级核心目标代表实验学时分配----------------------------------------基础验证技术原理验证虚拟机搭建、Docker镜像构建8进阶设计技术整合与方案设计OpenStack部署、Kubernetes集群管理16综合创新工程实践与创新云原生电商应用开发8三、教学安排总课时建议64学时（理论32学时+实验32学时），具体周次分配如下：教学模块理论学时实验学时教学周次-------------------------------------------------云计算基础421-2虚拟化与容器643-5分布式存储与计算646-8容器编排与云原生869-12云安全与治理6413-15综合项目实践21216-18四、考核方式采用“过程+结果”双维度考核，综合评估理论素养与实践能力：过程性考核（50%）：实验报告（20%，关注操作规范性与问题解决思路）、课堂讨论（15%，考察知识理解深度）、项目阶段性汇报（15%，评估团队协作）。终结性考核（50%）：理论考试（30%，侧重概念辨析与案例设计）+综合项目答辩（20%，考察系统设计与创新能力）。五、实验指导体系（一）实验目标通过阶梯式实验，使学生：掌握云计算核心技术实操方法（如虚拟化部署、容器管理）；具备云平台应用开发、部署、优化的工程能力；培养“问题发现-分析-解决”的科研思维。（二）实验项目设计1.基础验证类实验实验1：虚拟机环境搭建与网络配置目的：熟悉KVM虚拟化原理，掌握虚拟机网络配置方法。环境：UbuntuServer、KVM工具集。步骤：安装KVM，创建虚拟机并配置桥接网络，部署Web服务验证网络互通。报告要求：记录操作步骤，分析虚拟网络模式的适用场景。实验2：Docker基础操作与镜像构建目的：掌握Docker镜像/容器管理，理解Dockerfile编写规范。环境：CentOS、DockerCE。步骤：拉取基础镜像，编写Dockerfile构建自定义镜像，推送至镜像仓库。报告要求：对比容器与虚拟机的资源占用，分析镜像分层优势。2.进阶设计类实验实验3：OpenStack私有云平台部署目的：理解OpenStack组件架构，掌握多节点云平台部署。环境：3台UbuntuServer、OpenStackYoga。步骤：部署Keystone、Nova等服务，实现虚拟机创建与网络通信。报告要求：绘制部署拓扑图，分析服务依赖与网络冲突的解决方法。实验4：Kubernetes集群部署与服务编排目的：掌握Kubernetes集群搭建与资源对象管理。环境：3台UbuntuServer、kubeadm。步骤：初始化集群，部署NginxDeployment并暴露服务，测试滚动更新。报告要求：分析Kubernetes资源调度策略，对比ReplicationController与Deployment。3.综合创新类实验实验5：云原生电商应用开发与部署目的：综合运用容器、编排技术，完成电商系统的云原生开发。要求：微服务拆分（用户、商品、订单），Kubernetes编排，实现弹性伸缩与监控告警。报告要求：提交架构文档、代码仓库，阐述技术选型与优化思路。（三）实验实施建议1.环境准备：复杂实验（如OpenStack集群）建议采用物理机或云服务器，避免资源不足。2.分组协作：进阶/综合实验2-3人一组，明确分工（架构设计、开发、运维）。3.问题解决：鼓励通过官方文档、技术社区自主排障，教师提供思路引导。（四）实验考核标准基础实验（30%）：操作规范性、报告完整性。进阶实验（40%）：方案设计合理性、技术整合能力。综合实验（30%）：项目创新性、工程实践能力、答辩表现。六、教学资源与支持教材与参考资料：主教材：《云计算原理与实践》《Docker与Kubernetes实战》；参考资料：《OpenStack设计与实现》、AWS/Azure官方文档。在线资源：社区：DockerHub、KubernetesGitHub仓库。教学支持