基于VMware Vsphere的私有云SPOCs环境设计*

陈一明

(广东石油化工学院,广东 茂名 525000)

随着高等教育信息化的不断发展，各类教学平台数量不断增多。由于各个平台都需配备各自的服务器，加上各部门都在进行信息化管理建设，基本每个业务都要配备服务器，使得各高校的网络运维成本不断增加，管理复杂度不断提高。另外，这几年受MOOCs理念影响，很多高校都在建设各自的MOOCs课程，这也进一步增加了学校在教育信息化方面的负担。有些专业课程教学平台和业务系统使用率不高，还有一些网站日常访问量较低，处于低效运行状态；但有些全校性课程教学平台(如《大学计算机》等)的使用率则非常高，还有些平台(如教务系统)平时使用较均衡，遇到学生选课和老师成绩录入等，服务器并发连接倍增，容易造成系统瘫痪从而中断服务。而承载这些业务的服务器是相对独立的，无法实现软硬件资源共享[1]。

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs环境建设，将云计算技术应用于高校教育信息化，能有效缓解高校教育信息化进程中所出现的资源利用率低和管理难度大的问题，能很好地支撑普通高校课程教学改革，解决学生学习效率低等问题。

1 私有云与SPOCs

1.1 私有云概述

云计算的核心理念是“云”的处理能力越来越高，用户终端的处理负担越来越低，最终用户终端的作用只是单纯地进行输入和输出，这样用户就能根据需求享受强大的云计算处理能力[2]。

云存储是在云计算的概念上延伸和发展出来的一个分支[3]，是将存储资源放到网络上供存取的一种方案。目前，云技术可以概括为公共云、私有云和混合云3种。其中，公共云是基于标准云计算的一个模式，如IBM的Blue Cloud。私有云只适合用户单独使用，是一种比较局限的模式，局限在某一特定区域内。混合云是在公共云和私有云的基础之上建立的，其结合了两者的优点，公共的信息由公共云进行处理，私有的秘密信息由私有云进行保存和处理[4]。

1.2 关于SPOCs

大规模开放在线课程(Massive Open Online Courses，MOOCs)是近年兴起的网络教学模式，它没有课程学习人数限制，改变了传统的班级化课程模式，提供了新的课程建设思路。然而，目前多数高校没有足够的资源建设，另外，由于MOOCs的学生规模没有限制，生师比过大，学生得到老师直接指导的机会少，也是制约普通高校MOOCs建设的关键问题。

小规模专属在线课程(Small Private Online Courses，SPOCs)是相对于MOOCs而言的。SPOCs有2个显著特点：1)课程规模较小，建设成本不高，学习人数有限制，满足一定条件的申请者经过筛选才能参与课程学习，这样能保证学习者得到老师充分的指导；2)学习者在线学习不是唯一途径，学生和教师还可以在实体课堂进行交流，满足学习者的不同需要。可见，SPOCs既有MOOCs的优点，也弥补了传统课堂的不足[5]。

SPOCs不同于MOOCs，它具有对学习者筛选功能，保证学习者的共同特征；对学习人数和用户行为等都进行严格的管理，保障学习者得到充分的师生交流机会；记录学习者的学习状态，既能跟踪学习者的学习情况，也能保证学习评价的科学与公平。

SPOCs环境可采用3层体系结构[6]：界面层、业务层和数据层，框架结构如图1所示。该结构有利于功能扩展与资源数据的增加，并方便维护。

图1 SPOCs环境框架结构图

界面层是环境的窗口，为用户提供交互的操作界面，将用户的操作请求提交给业务层处理，将业务层处理之后的结果返回给界面层格式化显示。当学习者登录后，呈现的是个性化学习界面；当教师或管理员登录后，呈现的是后台管理界面。

业务层是环境的核心，主要用于封装环境的业务，负责界面层的应用请求，并对其业务进行逻辑判断。逻辑判断通过后，调用数据库的内容进行数据处理，最后将结果返回给界面层。

数据层是环境的基础，它位于环境架构的最底层，为界面层与业务层提供数据支持，实现对数据库的存储和访问等操作。

作为教学平台，SPOCs环境同样存在系统部署复杂、建设成本高、资源利用率低以及资源调度与共享困难等瓶颈问题。

2 基于VMware VSphere的私有云SPOCs环境

2.1 相关技术

2.1.1 虚拟化技术

虚拟化技术是将1台计算机虚拟为多台逻辑计算机的技术。在1台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。通过虚拟化技术，机器的CPU、内存和I/O等硬件变成可以动态管理的“资源池”，按照用户需求进行分配，从而提高资源的利用率和系统管理的灵活性。目前，流行的虚拟化软件很多，其中，VMware 提供的虚拟化平台是目前业界最可靠的虚拟化平台。VMware的虚拟化支持2种不同的虚拟化架构方式：寄居架构 (Hosted Architecture)和裸金属架构 (BareMental Architecture)。这2种架构的区别在于前者运行在操作系统上，而后者直接运行在物理硬件上，因此更加稳定、高效[7]。

2.1.2 开源云计算平台

开源云计算平台(Hadoop)具有分布式和开源的特点，其构成元素很多，Hadoop由2个关键的核心部分组成，分别为HDFS和Map Reduce。

面向海量数据密集型的分布式文件系统(Hadoop Distributed File System，HDFS)，具有可扩展性和应用性。HDFS可以在廉价的计算机设备上运行，但是它的容错能力十分强大，为用户提供的服务性能较高。

HDFS可以为应用程序提供高吞吐量的数据访问和海量数据存储。HDFS由1个元数据节点(NameNode)和若干数据节点(DataNode)组成。其中，元数据节点作为主服务器，管理文件系统的命名空间和客户端对文件系统的访问操作；存储在HDFS中的文件被分成若干个Block，这些块被复制到系统中的不同数据节点中，数据节点管理和存储这些块Block，提供定位块Block的服务，定时向元数据节点发送其存储的Block列表。块的大小和复制的块数量在新建文件时可由 Client决定，默认值为 64 MB。

2.1.3 私有云SPOCs环境

私有云SPOCs环境是利用虚拟化、云存储及云计算技术来建设SPOCs环境，实现教学与资源共享的私有云服务系统。私有云服务系统基本原理如图2所示[8]。

图2 私有云服务系统基本原理图

2.2 设计方案

1)利用开源云平台构建私有云SPOCs环境基础架构。在虚拟环境中，配置单点登录服务器，提供“一站式服务”，便于教学资源共享；同时，减少无谓的频繁登录，减轻用户对多组用户名及密码的记忆负担，简化用户使用过程，提升用户体验。

2)在虚拟机集群中，部署基于HDFS的云计算平台，增强平台扩展性，有效整合零碎资源，延长旧设备使用寿命，极大地提高设备使用率；集中管理各项资源，拓宽资源共享渠道；同时，利用私有云业务调度和网络管理技术，提高系统整体负载能力，使设备性能得到更好地发挥。

3)通过私有云自身的节点管理、存储管理及容错技术，实现稳定可靠的资源管理。

4)利用云计算与中间件技术，打造能支持台式机、笔记本、平板计算机、手机和云计算虚拟终端等多类型终端的高兼容课程平台；同时，提供移动二维码和移动App等无线接入方式，提升课程的可移动学习性。

5)提高平台开放性与兼容性，使平台能更好地支持语音和影像互动功能，使学员在开放和互动的环境中形成良好的学习体验。

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs环境框架如图3所示。

图3 基于VMware Vsphere的私有云SPOCs环境框架图

3 结语

基于VMware Vsphere的私有云SPOCs环境建设有如下特点：1)可以减少物理服务器的数量，提高资源的利用率，降低硬件成本与运维成本，提升系统的安全性与可靠性；2)系统的扩展性好，用户可在设备允许的范围内，按需创建虚拟主机；3)对各虚拟主机的维护简便，只需在VMware Vsphere Client管理端进行即可。私有云SPOCs环境非常适合普通高校教育信息化建设，不仅缓解了普通高校资源投入不足的问题，也为普通高校教学改革和课程建设等提供了必要的技术与环境支撑。

[1] 郭广丰.高校私有云数据中心建设研究[J].阴山学刊,2014(3):55-58.

[2] 陈一明.云存储技术及其应用研究[J].电子测试,2014(4):151-152.

[3] 徐迪威.云计算关键技术探究[J].现代计算机,2010(7):41-43.

[4] 王新鹏,贾国芳.私有云在教学资源平台建设中的应用研究[J].广东技术师范学院学报，2014(3):32-37.

[5] 陈晓丹,李思明,张君雁.基于 SPOCs模式的“UML建模工具”课程改革[J].教育与教学研究,2014(11):73-76.

[6] 温小勇,孔利华,焦中明.基于社会化语义网的虚拟学习社区的构建研究[J].现代教育技术,2012(10):97-101.

[7] 胡寅,吕浩勇.基于VMware Vsphere的云计算实验平台构建[J].电脑知识与技术，2014(11)：7647-7649.

[8] 徐迅,李万乐,骆汉宾，等.建筑企业BIM 私有云平台中心建设与实施[J].土木工程与管理学报，2014(2):84-90.

*广东省教育科学“十二五”规划研究项目(13JXN052)

广东省质量工程项目(2012258)