王湘渝　黃蓉

摘要：針對高職學院新開設(shè)云計算技術(shù)專業(yè)實踐課程遇到的困難，提出了在學院普通機房搭建云計算實訓環(huán)境，并在該實訓環(huán)境上實現(xiàn)云計算平臺的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等主要功能的教學模式。該方案有助于解決高職院校新建云計算實訓室建設(shè)成本高、實訓管理不便等問題。

關(guān)鍵詞：云計算技術(shù)與應(yīng)用；OpenStack；虛擬仿真

中圖分類號 TP393.08 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）18-0097-04

The Study on the Practical Teaching Model of Cloud Computing Technology Specialty in Higher Vocational Education

WANG Xiang-yu， HUANG Rong

（Software Institute of Hunan Vocational College of Science And Technology， Changsha 410118，China）

Abstract： In view of some difficulties of opening new practical courses of Cloud Computing Technology and Application， this paper comes up with setting up the cloud computing training environment. It realizes the main teaching functions such as computing， storage， network and so on in the general computer room. This scheme is helpful to solve the problems of high cost and inconvenient management of new cloud computing training room in the higher vocational colleges.

Key words： cloud computing technology and application； OpenStack； virtualized simulation

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展了20年，技術(shù)沉淀和創(chuàng)新積累已從量變發(fā)展到質(zhì)變，促成了當今新的IT架構(gòu)“云計算”王者歸來[1]。在此背景下，越來越多的用戶正逐步將自己的IT系統(tǒng)從傳統(tǒng)架構(gòu)向“云”架構(gòu)遷移[2]，既帶來了IT基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用的革新，也帶來了對云計算人才的渴求[3，4]。

國家教育部于2015年發(fā)布了2016年高職院校專業(yè)目錄，首次將“云計算技術(shù)與應(yīng)用”專業(yè)列入，標志著云計算專業(yè)已進入正式建設(shè)階段[5]。許多高職院校開設(shè)或正在籌劃開設(shè)云計算專業(yè)，并將云計算的課程納入傳統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、計算機軟件、計算機應(yīng)用等IT專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。云平臺的搭建和運維能力是云計算技術(shù)專業(yè)重點培養(yǎng)的職業(yè)技能。隨著云計算技術(shù)專業(yè)和其相關(guān)課程的開設(shè)，帶來了實訓室建設(shè)和其管理等迫切需要解決的問題。[6]

1 云計算專業(yè)課程實踐環(huán)節(jié)困惑

1.1 云計算實訓室建設(shè)成本高

搭建一套云計算平臺，一般需要2臺高配置服務(wù)器、1臺存儲設(shè)備，價格在20萬左右[7，8]。如果按照1套設(shè)備提供給4-6個同學使用，一個班按照55人計算，至少需要購買10套云計算設(shè)備，總價格200多萬。目前，已開設(shè)云計算專業(yè)的部分學校計劃采購了用于教學的云計算硬件設(shè)備，而更多學校由于教學經(jīng)費原因，面臨云計算專業(yè)開設(shè)困難的難題[9]。

1.2 教學管理不方便

云計算平臺實訓內(nèi)容多，核心模塊安裝有先后順序，例如，要想完成云平臺存儲模塊安裝，就必須先完成驗證服務(wù)keystone模塊安裝。教學時，如果每次都從頭安裝就會花費很多時間在重復操作上，浪費了時間。而且，一個云計算實訓室面臨多個年紀、多個班一起使用，由于實訓內(nèi)容和進度不同，經(jīng)常造成云計算實訓室軟件刪除和配置文件破壞等意外情況，影響了正常的教學工作[10]。

1.3 服務(wù)器設(shè)備少，學生操作機會少

云計算的每個實訓操作步驟多，實訓時間長，連貫性高，采用了學生分組輪流操作的形式管理，勢必造成部分同學不能和老師同步操作，經(jīng)常處在等待狀態(tài)。[11]

2 云計算實訓課程設(shè)計

本文以我校開設(shè)的云計算平臺安裝和運維課程為例，介紹云平臺教學方向選擇；如何將普通機房配置成云計算實訓機房；舉例介紹腳本安裝云平臺模塊，以及云平臺模塊快照管理和云平臺運維操作等云計算實訓室建設(shè)和管理關(guān)鍵問題。云計算實訓平臺教學模式如圖1所示。

2.1云計算平臺選擇

目前，市場上代表性的云計算平臺有開源的Openstack和商業(yè)化的Vmware等云平臺。Openstack為一個開源的云計算解決方案可以為公司節(jié)省很多費用，它由十多個模塊組成，各個模塊之間松耦合，便于擴展，選擇一些主要的模塊安裝就可以實現(xiàn)一些基本功能的云平臺，著名的京東電商云平臺就是采用Openstack搭建的[12]。Vmware則是市場上使用非常多的商業(yè)化云平臺，各個模塊之間集成度非常高，安裝使用方便，在中小企業(yè)數(shù)據(jù)中心得到了廣泛應(yīng)用[13]。

教學時，建議首先開設(shè)開源的Openstack云平臺課程，學習云平臺架構(gòu)，理解各個模塊功能和搭建原理[14]，后期課程里再講授商業(yè)化集成度高的Vmware等云平臺，以更好滿足學生畢業(yè)實習和工作需要。

2.2云計算實訓機房要求

我們以實現(xiàn)學生搭建基本功能云平臺和方便教師管理云平臺為目標，設(shè)計實現(xiàn)最小架構(gòu)的云平臺所需的硬件設(shè)備。該云計算平臺可以安裝在普通機房的一臺電腦上，每個學生都可以在電腦上單獨操作完成。

實訓計算機硬件配置為2核4線程的I7處理器、8G內(nèi)存、100G的空余存儲空間，推薦配置為I7處理器，16G內(nèi)存，500G磁盤空間。以上這些計算機硬件設(shè)備配置已經(jīng)是高職院校普通機房的標配，不需要額外經(jīng)費購買。

2.3機房安裝虛擬化軟件

在實訓機房的計算機上安裝VMware Workstation 12，通過VMware創(chuàng)建的虛擬機來配置Openstack的控制節(jié)點和計算節(jié)點。控制節(jié)點內(nèi)存分配2G，計算節(jié)點內(nèi)存分配3G，處理器數(shù)量統(tǒng)一分配2核，并都啟動虛擬化Intel VT-x/EPT或AMD-V/RVI（V）功能。

虛擬機節(jié)點的資源配置如下圖2。

2.4新建虛擬機，搭建集群

云平臺包括一個控制節(jié)點和一個計算節(jié)點，計算節(jié)點可根據(jù)需要進行增加。每個節(jié)點配置兩塊網(wǎng)卡，一塊用作內(nèi)網(wǎng)間的通信以及云平臺的管理；另一塊用作外部網(wǎng)絡(luò)對IaaS平臺的訪問以及平臺對外部用戶提供業(yè)務(wù)和服務(wù)。實訓要求用到兩個軟件包，一個名為CentOS-6.5的鏡像文件，一個名為iaas-repo的OpenStack軟件包。云平臺虛擬服務(wù)器集群網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖3所示。

2.5設(shè)計腳本，分別安裝云平臺各模塊

OpenStack云平臺是由多個松耦合的模塊組成，安裝分為手工安裝和腳本安裝。手工安裝可以更加詳細了解云平臺模塊運行原理和配置過程，但手工配置步驟多，容易出錯，排錯比較困難。腳本安裝則配置快，出錯少，一次寫成，反復使用。

教學中我們選擇Openstack一到兩個模塊進行手工安裝，其余模塊采用腳本安裝。本文以O(shè)penstack的Glance鏡像存儲為例，列出手工和腳本安裝方法。Glance鏡像存儲手工安裝配置步驟為：安裝Glance基本組件；創(chuàng)建Glance數(shù)據(jù)庫并授權(quán)在Keystone注冊Glance服務(wù)；修改Glance配置文件；啟動Glance服務(wù)[15]。從手工安裝步驟可以看出，配置重點主要在修改配置文件，這也是手工安裝最容易出錯的地方。

充分利用腳本安裝在修改配置文件數(shù)據(jù)上的優(yōu)勢，設(shè)計了腳本實現(xiàn)安裝配置，以下為核心腳本。

source /etc/xiandian/openrc.sh //運行環(huán)境變量腳本

openstack-config --set /etc/glance/glance-api.conf database connection mysql：//glance：$GLANCE_DBPASS@$HOST_NAME/glance //修改配置文件，連接數(shù)據(jù)庫

su -s /bin/sh -c "glance-manage db_sync" glance //同步數(shù)據(jù)庫，為Glance建表

source /etc/keystone/admin-openrc.sh //運行環(huán)境變量腳本

keystone user-create --name=glance --pass=$GLANCE_PASS //創(chuàng)建Glance用戶和密碼

keystone user-role-add --user=glance --tenant=service --role=admin //修改用戶權(quán)限

keystone service-create --name=glance --type=image --description="OpenStack Image Service"

keystone endpoint-create --service-id=$（keystone service-list | awk '/ image / {print $2}'） --publicurl=http：//$HOST_NAME：9292 --internalurl=http：//$HOST_NAME：9292 --adminurl=http：//$HOST_NAME：9292 //設(shè)置服務(wù)訪問端點

openstack-config --set /etc/glance/glance-api.conf keystone_authtoken auth_uri http：//$HOST_NAME：5000 //修改glance-api.conf配置文件

openstack-config --set /etc/glance/glance-registry.conf keystone_authtoken auth_uri http：//$HOST_NAME：5000

openstack-config --set /etc/glance/glance-api.conf DEFAULT notification_driver messaging

openstack-config --set /etc/glance/glance-api.conf DEFAULT rpc_backend qpid

chkconfig openstack-glance-api on //設(shè)計開機自啟動

service openstack-glance-api start //啟動服務(wù)

2.6為每個云計算模塊拍攝快照

為了減少大量重復操作的時間，我們設(shè)計在部署機房環(huán)境時，按照教學順序?qū)惭b好的云計算各個平臺模塊采用快照形式進行保存，學生在學習相應(yīng)模塊時可直接通過快照進入相應(yīng)模塊的配置操作。

（1） 控制節(jié)點快照管理

控制節(jié)點需要安裝keystone、鏡像存儲、計算服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、Dashboard訪問服務(wù)、cinder塊存儲、swift對象存儲等模塊，每個模塊安裝好以后都進行快照管理。控制節(jié)點快照如圖4所示。

（2） 計算節(jié)點快照管理

計算節(jié)點需要安裝計算服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、存儲等服務(wù)，每個模塊安裝好后也需要進行快照管理，計算節(jié)點快照如圖5所示。

2.7云計算平臺上運維

搭建好云計算平臺后，就可以通過命令和瀏覽器訪問云平臺，并根據(jù)用戶需求發(fā)布云主機、分配云存儲資源和進行SDN網(wǎng)絡(luò)運維管理操作。

（1）通過瀏覽器訪問云平臺

在瀏覽器地址欄輸入控制節(jié)點dashboard地址，通過keystone驗證，就可以訪問云平臺，進行管理操作，如圖6所示。

（2）運維云平臺發(fā)布的云主機

在云平臺上發(fā)布一個云主機，通過浮動地址訪問云主機，就可以進行云主機操作，如圖7所示。

（3）運維鏡像存儲

通過上傳本地鏡像文件和從網(wǎng)站下載鏡像文件的方式完成創(chuàng)建、查詢、刪除和修改鏡像文件的運維操作，如圖8所示。

（4）設(shè)計云平臺網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)運維包括：創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)租戶子網(wǎng)和租戶之間以及租戶與外部網(wǎng)絡(luò)之間通信，租戶的實例資源接到對應(yīng)的租戶網(wǎng)段，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的訪問，如圖9所示。

3 結(jié)語

本方案構(gòu)建的云計算實訓室具有實施效率高、通用性強、易于推廣的特點，實踐內(nèi)容涵蓋了云計算平臺安裝和運維等高職學生重點培養(yǎng)的職業(yè)技能，滿足了高職院校新開設(shè)云計算技術(shù)實訓課程實訓環(huán)境的需要，對已購買新服務(wù)器設(shè)備建成的云計算實訓室教學管理也具有有益補充。

本方案在我校云計算技術(shù)和計算網(wǎng)絡(luò)專業(yè)云計算實踐教學上進行了推廣，有效了彌補傳統(tǒng)實訓室建設(shè)成本高，建設(shè)周期長，教學管理不方便的問題。本方案還可作為技能大賽的訓練平臺，云計算技術(shù)全國大賽大部分功能都可以在這個平臺上實現(xiàn)，近兩年我校采用該平臺進行賽前實訓，在競賽中多次獲得省賽和國賽獎項。

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