摘 要：為了應(yīng)對(duì)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面臨的挑戰(zhàn)，應(yīng)用虛擬化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造是現(xiàn)實(shí)的迫切需要。MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可應(yīng)用的虛擬化技術(shù)主要有三種：在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)鏡像、在IaaS云端部署虛擬機(jī)、在PaaS云端部署容器。這三種虛擬化技術(shù)各有其優(yōu)勢(shì)和不足，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情境靈活選用。文章對(duì)虛擬化技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的應(yīng)用策略進(jìn)行了詳細(xì)探討和分析，并對(duì)其后續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù);MOOC：虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái);應(yīng)用策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2020）24-0088-05

大力加強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，為遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者提供豐富、優(yōu)質(zhì)的虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源，是改變MOOC實(shí)驗(yàn)教學(xué)薄弱現(xiàn)狀的重要途徑。但MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)目前還面臨著一些挑戰(zhàn)（例如，對(duì)學(xué)習(xí)者的信息化操作技能要求較高、軟件的兼容性問(wèn)題較為突出、實(shí)驗(yàn)效果難以保持一致性等），如何正確、有效地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)是現(xiàn)實(shí)的迫切需要。虛擬化技術(shù)作為云計(jì)算的核心支撐技術(shù)，它把計(jì)算、存儲(chǔ)和應(yīng)用等信息處理變成了可以動(dòng)態(tài)配置的資源，極大地提高了信息設(shè)施的利用率，能有效滿(mǎn)足靈活多變的信息服務(wù)需求[1]。因此，虛擬化技術(shù)在應(yīng)對(duì)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面臨的挑戰(zhàn)方面具有突出的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。本文試圖對(duì)虛擬化技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行探討。

一、MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)目前面臨的挑戰(zhàn)

1.學(xué)習(xí)者需要預(yù)先下載和安裝相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，對(duì)其信息化操作技能要求較高

學(xué)習(xí)者利用MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要預(yù)先下載和安裝相關(guān)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，而這些環(huán)節(jié)都要求學(xué)習(xí)者具備較為熟練的信息化操作技能，技能較弱的學(xué)習(xí)者在開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)將面臨著較多的困難和障礙。例如，許多MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要學(xué)習(xí)者的計(jì)算機(jī)預(yù)先安裝各種相應(yīng)的插件（如播放器插件、交互插件等），而插件的安裝、設(shè)置一般都較為繁瑣和復(fù)雜，對(duì)于信息化操作技能較弱的學(xué)習(xí)者將是棘手的難題;如果相應(yīng)插件不能被正確安裝和設(shè)置，將嚴(yán)重影響和阻礙虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的正常開(kāi)展。

另外，學(xué)習(xí)者使用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的過(guò)程通常遵循一種被稱(chēng)為“學(xué)習(xí)曲線”的規(guī)律，即學(xué)習(xí)者在剛開(kāi)始使用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件時(shí)會(huì)面臨著較多的困難，而隨著操作熟練程度的提高，他們對(duì)軟件的使用會(huì)越來(lái)越容易。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的使用對(duì)于新手來(lái)說(shuō)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)軟件與操作系統(tǒng)及其他應(yīng)用軟件之間存在著兼容性問(wèn)題

由于操作系統(tǒng)的類(lèi)型較多（如Windows、Unix、Linux和 Mac等），且同一類(lèi)型操作系統(tǒng)還有不同版本，因此所開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件難以兼顧所有類(lèi)型、版本的操作系統(tǒng)，即它們之間存在著較為突出的兼容性問(wèn)題[2]。另外，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件與其他應(yīng)用軟件（如播放器、瀏覽器等）之間也存在著或多或少的兼容性問(wèn)題。當(dāng)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件與用戶(hù)端操作系統(tǒng)及其他應(yīng)用軟件之間不兼容時(shí)，輕則會(huì)出現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件運(yùn)行不穩(wěn)定、不流暢的情況，重則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓和崩潰等。因此，軟件之間的兼容性問(wèn)題是MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)亟待解決的難題。

3.虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源較為單一，學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)不夠健全

目前MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的虛擬實(shí)驗(yàn)課程資源主要是實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻、虛擬實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)講義等，這些實(shí)驗(yàn)課程資源原本是為傳統(tǒng)面授教學(xué)情境而設(shè)計(jì)制作的，并不太適用于遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境[3];還缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的工具，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)象解釋和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)等實(shí)驗(yàn)后續(xù)工作較難開(kāi)展，給學(xué)習(xí)者帶來(lái)了很大的困擾[4]。

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)主要是學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的BBS論壇，輔導(dǎo)教師不定期在線對(duì)學(xué)習(xí)者的疑惑和問(wèn)題進(jìn)行答疑解惑。但由于受輔導(dǎo)教師的時(shí)間精力、輔導(dǎo)管理機(jī)制等諸多因素的限制，這種學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)很難滿(mǎn)足眾多學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)支持的需求，學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難獲得有針對(duì)性的指導(dǎo)和幫助。

4.虛擬實(shí)驗(yàn)效果因?qū)W習(xí)者的信息化環(huán)境的差異，難以保持一致性

信息化環(huán)境主要包括信息化硬件設(shè)施（如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)智能終端等）和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的運(yùn)行對(duì)學(xué)習(xí)者的信息化環(huán)境有一定的基本要求，如果信息化環(huán)境不理想（如計(jì)算機(jī)硬件配置過(guò)低或網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠等），則難以保證虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的正常運(yùn)行。由于MOOC學(xué)習(xí)者分散在遠(yuǎn)程各地，他們之間的信息化環(huán)境差異很大，導(dǎo)致虛擬實(shí)驗(yàn)效果難以保持一致性。例如，國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)上的某虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求學(xué)習(xí)者的計(jì)算機(jī)硬件配置標(biāo)準(zhǔn)為：CPU 為Intel Core i5以上，顯卡的顯存為4G以上，系統(tǒng)內(nèi)存為16G以上，網(wǎng)絡(luò)帶寬20Mbps以上[5]，但如果學(xué)習(xí)者的計(jì)算機(jī)硬件配置或網(wǎng)絡(luò)帶寬沒(méi)有達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的要求，則很難保證該虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的正常實(shí)施。因此，增強(qiáng)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)學(xué)習(xí)者信息化環(huán)境差異的適應(yīng)是亟待解決的問(wèn)題。

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面臨的這些挑戰(zhàn)影響著虛擬實(shí)驗(yàn)的正常開(kāi)展，也制約著MOOC課程的推廣和應(yīng)用。虛擬化技術(shù)以其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了良好的選擇：可以屏蔽不同硬件平臺(tái)的差異性，屏蔽不同硬件的差異所帶來(lái)的軟件兼容性問(wèn)題;可以擴(kuò)展計(jì)算機(jī)硬件的容量，簡(jiǎn)化軟件的配置過(guò)程，顯著提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率等[6]。因此，應(yīng)用虛擬化技術(shù)對(duì)MOOC平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化改造是應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的有效途徑。

二、虛擬化技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的應(yīng)用策略

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可應(yīng)用的虛擬化技術(shù)主要有三種：在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)鏡像、在IaaS云端部署虛擬機(jī)、在PaaS云端部署容器。下面對(duì)它們?cè)贛OOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的應(yīng)用策略進(jìn)行詳細(xì)探討和分析。

1.通過(guò)在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬化

（1）在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)的優(yōu)勢(shì)

為了簡(jiǎn)化在用戶(hù)端下載、安裝虛擬實(shí)驗(yàn)軟件導(dǎo)致的繁瑣操作以及解決兼容性問(wèn)題，一種傳統(tǒng)的解決方法是在用戶(hù)端預(yù)先安裝虛擬機(jī)鏡像。虛擬機(jī)鏡像預(yù)先封裝了虛擬實(shí)驗(yàn)所需的相應(yīng)軟件與配置，系統(tǒng)將以鏡像為模版自動(dòng)創(chuàng)建包含了虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的虛擬機(jī)，因而學(xué)習(xí)者不必再安裝其他的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件。虛擬機(jī)鏡像能通過(guò)虛擬機(jī)模擬器（例如VirtualBox）自動(dòng)下載和運(yùn)行，從而減輕了學(xué)習(xí)者的操作負(fù)擔(dān)，降低了對(duì)其信息化操作技能的要求。由于虛擬機(jī)鏡像已經(jīng)對(duì)所配置的硬、軟件資源進(jìn)行了優(yōu)化和協(xié)調(diào)，也較好地解決了系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題。

（2）在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)的方法

對(duì)于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)課程的制作團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建輕便、可靠和高效的虛擬機(jī)并不容易，因?yàn)殡S著使用時(shí)間的推移，原來(lái)的系統(tǒng)設(shè)置會(huì)變得過(guò)時(shí)，后續(xù)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的維護(hù)將會(huì)變得越來(lái)越困難。由于工業(yè)化的制作流程具有專(zhuān)業(yè)、高效和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，為解決虛擬機(jī)的部署和維護(hù)問(wèn)題提供了很好的解決路徑。Vagrant 和Debian都是基于工業(yè)化制作流程的虛擬機(jī)部署軟件，可用于虛擬機(jī)鏡像的創(chuàng)建和管理。

Vagrant提供了易于配置、重復(fù)性好和便攜式的虛擬開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有跨平臺(tái)、可移動(dòng)、自動(dòng)部署等優(yōu)點(diǎn)[7]，可實(shí)現(xiàn)工作效率和靈活性的統(tǒng)一。Debian能方便、高效地對(duì)軟件進(jìn)行打包和安裝，軟件包管理器（APT）可幫助使用者在許多臺(tái)計(jì)算機(jī)上管理眾多的軟件包[8]。運(yùn)用Vagrant和Debian創(chuàng)建虛擬機(jī)鏡像的過(guò)程可用圖1表示，該過(guò)程由以下三個(gè)階段組成：首先執(zhí)行“啟動(dòng)Vagrant”命令，系統(tǒng)加載“Vagrant”文件，通過(guò)腳本控制虛擬機(jī)鏡像的創(chuàng)建;然后從Debian軟件包倉(cāng)庫(kù)和虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序Git庫(kù)中獲取虛擬機(jī)的配置資源;最后系統(tǒng)生成可在任何Vagrant環(huán)境下重復(fù)使用的虛擬機(jī)鏡像。

（3）在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)存在的不足

盡管在用戶(hù)端部署了虛擬機(jī)以后，學(xué)習(xí)者不再需要安裝其他的相關(guān)軟件，但仍需要掌握虛擬機(jī)模擬器的操作技能;而虛擬機(jī)模擬器運(yùn)行在不同的硬、軟件環(huán)境下，增加了其操作難度。另外，學(xué)習(xí)者在使用虛擬機(jī)的過(guò)程中還面臨著許多其他問(wèn)題（例如缺乏管理者權(quán)限、系統(tǒng)設(shè)置問(wèn)題等）。雖然這些問(wèn)題不是大多數(shù)學(xué)習(xí)者所面臨的，但也不應(yīng)該被忽視。另外，虛擬機(jī)的運(yùn)行效果受用戶(hù)端設(shè)備性能的影響也較大。

2.通過(guò)在IaaS云端部署虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬化

（1）在IaaS云端部署虛擬機(jī)的優(yōu)勢(shì)

IaaS（Infrastructure as a Service）即“基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)”，它將信息基礎(chǔ)設(shè)施（如內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算設(shè)施等）作為云服務(wù)環(huán)境提供給用戶(hù)，用戶(hù)通過(guò)Internet獲取所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、開(kāi)發(fā)環(huán)境服務(wù)和軟件服務(wù)等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)[9]，優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)按需租用相應(yīng)的信息基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，大大降低了對(duì)用戶(hù)端硬件性能的要求。

MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在IaaS云端部署虛擬機(jī)以后，學(xué)習(xí)者只需在用戶(hù)端安裝Web瀏覽器（不再需要安裝其他的客戶(hù)端軟件），通過(guò)使用Web瀏覽器訪問(wèn)云端服務(wù)器上的虛擬機(jī)和進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，從而提高實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效率，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作流程。此外，同一MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的所有虛擬機(jī)都是由同一課程團(tuán)隊(duì)管理，可以大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理效率，有助于創(chuàng)建新型的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。例如，學(xué)習(xí)者可以把他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接提交給學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)（LMS），而不必再另外撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這有助于實(shí)驗(yàn)教師及時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)者的實(shí)驗(yàn)過(guò)程;由于為學(xué)習(xí)者提供虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)的虛擬機(jī)都運(yùn)行在同一平臺(tái)，它們之間能夠高效地互聯(lián)、互通，因而也有利于學(xué)習(xí)者之間的交流和協(xié)作。

（2）在IaaS云端部署虛擬機(jī)的方法

首先將預(yù)先制作的虛擬機(jī)鏡像傳輸?shù)皆朴?jì)算集群服務(wù)器，然后通過(guò)對(duì)鏡像文件的實(shí)例化而控制虛擬機(jī)的創(chuàng)建，虛擬機(jī)在完成自身的各種配置后融入云平臺(tái)環(huán)境，從而為學(xué)習(xí)者提供所需的虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用服務(wù)，其過(guò)程可抽象為如圖2所示的模型。在IaaS云端部署虛擬機(jī)的過(guò)程由以下四個(gè)階段組成：

①I(mǎi)aaS云管理中心對(duì)云計(jì)算集群中的所有物理資源和虛擬資源實(shí)行集中的統(tǒng)一管理，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)需求對(duì)虛擬資源進(jìn)行優(yōu)化配置，既保證了虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)的質(zhì)量，也提高了資源的利用率。

②鏡像服務(wù)器存儲(chǔ)預(yù)先創(chuàng)建的虛擬機(jī)鏡像，并對(duì)運(yùn)行中的鏡像進(jìn)行備份。根據(jù)虛擬機(jī)管理器的指令，將鏡像文件傳輸給云計(jì)算集群服務(wù)器。

③虛擬機(jī)管理器根據(jù)鏡像文件的配置信息，運(yùn)用虛擬化技術(shù)將云服務(wù)器中的物理硬件資源（ CPU、內(nèi)存、I/O等）實(shí)現(xiàn)虛擬化，最終封裝成虛擬機(jī)供用戶(hù)使用。虛擬機(jī)的部署和運(yùn)行都受IaaS云管理中心的控制。

④借助于VNC（Virtual Network Console）和RDP（Remote Display Protocol）技術(shù)，學(xué)習(xí)者通過(guò)Internet訪問(wèn)云計(jì)算集群中的特定虛擬機(jī)，并在虛擬機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，從而獲取相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

（3）在IaaS云端部署虛擬機(jī)存在的不足

①運(yùn)行成本問(wèn)題。在IaaS云端部署虛擬機(jī)需要租用云平臺(tái)的IaaS服務(wù)，MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)方需要為此付費(fèi)，無(wú)疑會(huì)增加其運(yùn)營(yíng)成本。如果采取在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)的方式，則可以節(jié)省這些費(fèi)用。

②網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支撐問(wèn)題。在IaaS云端部署虛擬機(jī)需要良好網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支撐，無(wú)論是鏡像文件的傳輸，還是虛擬機(jī)的配置和應(yīng)用服務(wù)的獲取等，都離不開(kāi)穩(wěn)定、高速的網(wǎng)絡(luò)連接。學(xué)習(xí)者通過(guò)Internet訪問(wèn)IaaS虛擬機(jī)而開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)也需要持續(xù)地聯(lián)網(wǎng)，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)的操作體驗(yàn)將會(huì)受到很大的影響和限制。

③獲取虛擬機(jī)服務(wù)的時(shí)間延遲問(wèn)題。學(xué)習(xí)者訪問(wèn)MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，大型的虛擬機(jī)鏡像文件需要在IaaS云端進(jìn)行復(fù)制，會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)者獲取虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)的時(shí)間有延遲（一般有幾分鐘的延遲）。如果虛擬機(jī)鏡像文件太大，這種情況將會(huì)變得更為嚴(yán)重，因此有必要對(duì)鏡像文件進(jìn)行優(yōu)化，以提高文件傳輸?shù)男?，從而緩解時(shí)間延遲問(wèn)題。

3.通過(guò)在PaaS云端部署容器實(shí)現(xiàn)虛擬化

（1）在PaaS云端部署容器的優(yōu)勢(shì)

PaaS（Platform as a service）即“平臺(tái)即服務(wù)”，它將軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種云服務(wù)提供給用戶(hù)，用戶(hù)在云服務(wù)平臺(tái)所提供的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中部署所需的應(yīng)用程序和配置。容器作為一種把應(yīng)用程序和部署環(huán)境相隔離的虛擬化打包技術(shù)，非常適合于在PaaS云平臺(tái)中使用。容器的概念源于航運(yùn)業(yè)中廣泛使用的集裝箱：容器相當(dāng)于集裝箱，而應(yīng)用程序相當(dāng)于貨物，容器對(duì)各種應(yīng)用程序進(jìn)行封裝、打包，類(lèi)似于把貨物裝入集裝箱。由于容器的隔離作用，各種應(yīng)用程序工作時(shí)不相互影響，并且可以方便、快捷地在各種運(yùn)行環(huán)境中進(jìn)行整體遷移。在PaaS云端部署容器的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

①由于容器采取了共享主機(jī)操作系統(tǒng)的工作方式，減少了客戶(hù)機(jī)操作系統(tǒng)層，因此它更加輕量化，啟動(dòng)速度更快（一般為秒級(jí)，而虛擬機(jī)為分鐘級(jí)），可以大量節(jié)約開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署的時(shí)間。而容器的輕量化也使得平臺(tái)能部署更多封裝了虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序的容器，從而可以提供更多的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

②容器的部署過(guò)程得以大大簡(jiǎn)化。開(kāi)發(fā)者通過(guò)使用容器引擎將應(yīng)用程序及其附屬程序一起打包成標(biāo)準(zhǔn)的鏡像文件，然后根據(jù)鏡像文件來(lái)創(chuàng)建容器，通過(guò)執(zhí)行腳本命令把容器快速、自動(dòng)地部署到運(yùn)行環(huán)境中。而傳統(tǒng)的虛擬機(jī)部署需要人工安裝軟件包，需要花費(fèi)較多的時(shí)間和精力。

③容器具有良好的可移植性和易擴(kuò)展性?？梢浦残员憩F(xiàn)在容器可以在各種平臺(tái)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，可以快速、靈活地從一個(gè)平臺(tái)環(huán)境遷移到另外一個(gè)平臺(tái)環(huán)境，從而大大提高了應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、升級(jí)及維護(hù)的效率。例如，通過(guò)使用容器技術(shù)可以將校園網(wǎng)上的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)快速遷移到大型的MOOC平臺(tái)上。易擴(kuò)展性表現(xiàn)在當(dāng)容器難以勝任新的工作任務(wù)時(shí)，可以方便地對(duì)其進(jìn)行改造和升級(jí)或創(chuàng)建新的容器，從而滿(mǎn)足新運(yùn)行環(huán)境的需要。

（2）在PaaS云端部署容器的方法

Docker是目前最為常用也較為成熟的一種容器技術(shù)[10]。運(yùn)用Docker在PaaS云端部署容器的技術(shù)路線可概述為：開(kāi)發(fā)者通過(guò)創(chuàng)建容器鏡像的腳本文件而生成容器，并將其發(fā)布到PaaS云端服務(wù)器上運(yùn)行，為用戶(hù)提供相應(yīng)的虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)?；贒ocker的PaaS容器部署過(guò)程可抽象為圖 3 所示的模型，該過(guò)程由三個(gè)階段組成：

①創(chuàng)建鏡像的腳本文件。Dockerfile是描述鏡像構(gòu)建過(guò)程的腳本文件。根據(jù)實(shí)際需要，開(kāi)發(fā)人員對(duì)Dockerfile進(jìn)行編輯或修改，直至編寫(xiě)出符合要求的鏡像腳本文件。PaaS平臺(tái)通過(guò)Dockerfile實(shí)現(xiàn)對(duì)容器的管理與控制。

②創(chuàng)建鏡像。鏡像包含了容器的詳細(xì)信息，是創(chuàng)建容器的藍(lán)本。鏡像可以通過(guò)Dockerfile文件來(lái)創(chuàng)建，封裝完畢的Dockerfile文件存儲(chǔ)在源代碼庫(kù)中。當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建鏡像時(shí)，則把Dockerfile文件“clone”到Docker引擎中，Docker引擎讀取并逐條執(zhí)行Dockerfile 文件中的指令，通過(guò)“built”命令最終生成新的鏡像。然后通過(guò)“push”命令把生成的鏡像推送到Docker 鏡像庫(kù)中。另外，鏡像也可以通過(guò)容器的反向操作而創(chuàng)建。

③生成容器。Docker引擎通過(guò)“pull”命令把鏡像從Docker鏡像庫(kù)中拉取出來(lái)，并根據(jù)工作任務(wù)需要對(duì)鏡像進(jìn)行相應(yīng)的修改（例如封裝虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序），然后通過(guò)“run”命令運(yùn)行鏡像，最后生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、隔離的和輕量級(jí)的運(yùn)行環(huán)境即容器。虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用程序在容器中運(yùn)行，擺脫了對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的依賴(lài)，因而具有良好的隔離性和一致性。

（3）在PaaS云端部署容器存在的不足

首先，容器在PaaS云端的部署和運(yùn)行仍然需要良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境支撐。無(wú)論是容器鏡像的上傳、下載還是容器的遷移等，都依賴(lài)于客戶(hù)機(jī)和PaaS云端服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接性不佳時(shí)，容器的部署和運(yùn)行都將受到很大的影響，進(jìn)而也影響著基于容器的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的運(yùn)行效果。這也是在IaaS云端部署虛擬機(jī)時(shí)存在的類(lèi)似問(wèn)題。

其次，容器技術(shù)作為新近涌現(xiàn)的信息技術(shù)，其自身由于不夠成熟還存在著一定的局限性。例如，容器采取的是共享宿主機(jī)操作系統(tǒng)的工作方式，而一旦宿主機(jī)操作系統(tǒng)出現(xiàn)安全問(wèn)題，則安全威脅會(huì)蔓延至整個(gè)系統(tǒng)。另外，容器引擎軟件商所提供的配套資源也比較有限，在部署和使用環(huán)節(jié)遇到問(wèn)題時(shí)難以獲得有效的資源支持。

三、總結(jié)與展望

總之，可應(yīng)用于MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的這三種虛擬化技術(shù)都各有其優(yōu)勢(shì)和不足：在用戶(hù)端部署虛擬機(jī)簡(jiǎn)化了操作流程，較好地解決了系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題，但學(xué)習(xí)者仍然需要掌握虛擬機(jī)模擬器等軟件的操作技能，對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)也較為繁瑣，對(duì)用戶(hù)端硬件性能的要求較高;而在IaaS云端部署虛擬機(jī)和在PaaS云端部署容器對(duì)用戶(hù)端硬件性能的要求較低，其應(yīng)用和維護(hù)更為方便，能實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度、靈活移植和共享應(yīng)用，但它們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴(lài)程度高，且容器的安全穩(wěn)定性不如虛擬機(jī)等。因此，在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情境靈活選用合適的虛擬化技術(shù)。

針對(duì)虛擬化技術(shù)在應(yīng)用中所存在的不足，研究者正努力探索運(yùn)用新的技術(shù)手段予以解決和克服。例如，為了克服在云端部署虛擬機(jī)或容器對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的過(guò)度依賴(lài)性，一種解決方法是采用WebAssembly編程技術(shù)，使瀏覽器能高效地運(yùn)行虛擬機(jī)和應(yīng)用程序，從而降低虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用服務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的依賴(lài)性。WebAssembly通過(guò)為高級(jí)編程語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序提供編譯目標(biāo)，從而使它們可以在Web瀏覽器中安全、快速地運(yùn)行[11];而虛擬桌面技術(shù)的使用能顯著降低學(xué)習(xí)者在開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)延遲。為了提高容器的安全性，可以讓容器運(yùn)行在虛擬機(jī)內(nèi)部，利用虛擬機(jī)的良好硬件隔離性來(lái)提高容器的安全性;另外，還可以利用虛擬機(jī)豐富成熟的監(jiān)控和管理工具來(lái)完善容器的運(yùn)行環(huán)境。通過(guò)容器技術(shù)與虛擬機(jī)技術(shù)的深度融合，實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為促進(jìn)虛擬化技術(shù)的進(jìn)一步完善提供了有效的解決路徑，從而有助于促進(jìn)該技術(shù)在MOOC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的推廣應(yīng)用。

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