教育信息化中的云计算运用与研究

　　摘 要：本文从实例出发，阐述了云计算在教育信息化建设中的重要作用，详细介绍了云计算中的服务器虚拟化、应用虚拟化技术的具体配置和实施方案，提出了解决大规模、密集访问和众多仿真实训软件集中部署方法。 

　　关键词：云计算；虚拟化；教育信息化 

　　中图分类号：G434 文献标识码：A 

　　1 引言（Introduction） 

　　在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》中，论文检测明确提出要“强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教学方法，提高教学效果；鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力”。在《教育规划纲要》的基础上，教育部针对教育信息化，进一步制订了《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》，其目的是改革几千来，中国传统的教师灌输知识、学生被动接受的传授式教学模式，培养具有高度创新能力的创新型人才。 

　　2 云计算助推教育信息化（Cloudy calculation 

　　promotes informationized education） 

　　实施教育信息化，最核心的内容是建立数字教学资源管理平台，实现立体化的教学视角和虚拟化的实训环境，虚拟仿真实训作为一种优秀的辅助教学工具，具有形象生动、交互性强、反馈实时等优势，能够对学生学习过程中所提出的各种假设进行模拟，可以直接观察到假设所产生的结果，从而激发学生的创造性思维，培养学生的创新能力。仿真实训可以缩短教学时间，避免设备损坏、人身安全和环境污染，对不可直观展示的结构原理和不可再现的如：煤矿井下安全事故等危险性较大的实训项目，能够进行三维直观展示[1]。但是，教学资源库，尤其是仿真实训软件的访问密度特别高，相当于把过去在实验室、教室中若干台计算机要完成的任务，集中在了IDC中心机房，可能同时有数千甚至上万人进行不同项目的仿真实训，而教学资源库和仿真实训软件的运行都是由服务器完成，学生和教师的终端只完成任务的提交和运行结果的反馈，对中心服务器和存储设备的性能要求太高，最好的解决办法就是“云”技术的运用。 

　　3 服务器虚拟化承载高密度访问（Simulated servers 

　　capable of high-density visits） 

　　云计算的基本原理是：用户使用的应用软件和数据既不存储也不运行在用户个人电脑、手机等终端上，而是保存在互联网上大规模的服务器集群中，应用软件的执行也是由服务器完成，用户终端仅提出任务需求和接收运行结果，而不需要关心存储、计算发生在哪朵“云”上[2]。它是以虚拟化技术为基础，以网络为载体提供基础架构、平台、软件等服务为形式，整合大规模可扩展的计算、存储、数据、应用等分布式计算资源进行协同工作的超级计算模式[3]。 

　　服务器虚拟化是构建云计算平台的基础部分，所有云计算平台中的功能及子系统都依赖于通过服务器虚拟化技术搭建的服务器集群来实现。笔者所在的重庆工程职业技术学院，近年来各种应用系统上线投入使用，除OA办公系统、教务系统、学工管理、图书管理、迎新系统、离校系统等以外，特别是供全校师生大规模使用的教学资源库和仿真实训软件的应用，用过去的方式，把应用系统安装在某台物理服务器上，访问规模必然受限，仅教务系统中，全校学生选择选修课时，上万人同时使用教务系统，要么服务器崩溃，要么根本就登录不了。同一应用系统装在多台物理服务器上，数据的统一性、完整性存在很大问题，管理也复杂。为了解决这些问题，我们决定采用服务器虚拟化集群技术，所有应用系统部署在80多台虚拟机上，集中大部分性能较高、参数接近的物理服务器，通过安装VMware ESX建立HA集群，用一台服务器安装配置VirtualCenter管理软件，建立起各个ESX服务器之间的联系，组成服务器集群。 

　　同时，采用iSCSI SAN高性能存储设备来承载所有虚拟机和数据，这种以太网络传输数据的存储，成本较低，使用方便，它比本地存储的性能更加优异。另外，用一台低性能的iSCSI存储作日常备份，保证虚拟机和数据的安全。 

　　负载均衡分为两个层次，一是ESX主机的VMware的分布式资源调度，二是业务系统的负载均衡。ESX主机的VMware的分布式资源调度即常用vSphere DRS功能，该功能当群集的利用率低时，会将虚拟机重新整合到少数ESX服务器主机上，并将某些暂时不需要的主机断电。当群集的工作量增加，需要更多容量的资源时，会重新给某些ESX服务器主机供电，并再一次平衡群集中正在供电的主机的虚拟机，如图1所示。 

　　图1 服务器集群配置 

　　Fig.1 Servers figuration 

　　业务系统负载采用H3C核心交换机LSQM1LBSC0负载均衡业务板卡实现硬件负载将多台虚拟机通过负载板卡对外变成单一地址提供服务。如图名为JW3_SERVER虚服务的地址为121.49.*.*，实际对应的为15台内网虚拟机，这些虚拟机内网地址不同，内容和对外地址是相同的，也就是可以增加同一应用业务的访问量，达到承载大规模、高密度访问的目的，如图2所示。 

　　图2 负责均衡配置 

　　Fig.2 Work balance distribution 

　　4 应用虚拟化构建虚拟实训平台（Applications 

　　simulated laid the practice platform） 

　　云计算中的应用虚拟化，可以将应用软件变为可以通过互联网浏览器使用的服务，因此应用软件不再需要安装在本地，而是安装在虚拟服务器上，虚拟服务器可以建立很多，有冲突的应用软件可以分开安装，永远不会冲突。特别是对于单机版的仿真实训软件，不需要一台计算机购买一套，只要一套安装在虚拟服务器上，通过应用虚拟化发布后就自然成为了“网络版”，可供多人同时使用。

　　用一台机架式服务器和若干USB HUB作为USB服务器，所有仿真软件的软件狗都插在它上面，保证虚拟机或应用程序在动态迁移过程中能正常运行。 

　　具体实施方案如下： 

　　该系统由服务器虚拟化平台、应用虚拟化平台和USB服务器构成，服务器虚拟化采用9台曙光A840-G10主机建立虚拟机系统并安装需要使用的应用程序。USB服务器采用老的x86平台服务器通过USB HUB连接各类软件的加密狗，并通过“USB Over Network”服务端程序实现加密狗网络共享，并在安装应用程序的系统中安装“USB Over Network”客户端程序连接所需加密狗实现多个系统同时通过网络连接加密狗，系统结构如图3所示。