康筱彬 馬平安

摘 要：高職教育憑借自身的專業(yè)和課程優(yōu)勢(shì)參與教育扶貧任務(wù)以提升當(dāng)?shù)貏趧?dòng)人口技術(shù)技能，這一形式符合國(guó)家要求和當(dāng)?shù)匕l(fā)展要求，但是貧困地區(qū)教育教學(xué)條件的不足又嚴(yán)重制約了教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)活動(dòng)的開展。在此背景下，利用虛擬化和共享資源技術(shù)改善貧困地區(qū)技能教育過程所需的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，同時(shí)避免貧困地區(qū)學(xué)校硬件升級(jí)所需的資金投入，具有一定的實(shí)現(xiàn)價(jià)值。本文分析了云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)和教學(xué)需求，繪制功能架構(gòu)圖，為該構(gòu)想的實(shí)施進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：教育扶貧;虛擬化;資源共享

1 概述

教育扶貧是當(dāng)下扶貧過程中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，針對(duì)貧困地區(qū)實(shí)現(xiàn)永久脫貧的目標(biāo)需要發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)，而地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開當(dāng)?shù)馗黜?xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和大量具有勞動(dòng)技能人員的參與。因此讓貧困地區(qū)人員擁有一技之長(zhǎng)成為促進(jìn)就業(yè)、發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)脫貧目標(biāo)的重中之重。職業(yè)教育以技能培養(yǎng)為目標(biāo)組織開展教學(xué)活動(dòng)，課程內(nèi)容與行業(yè)結(jié)合緊密，崗位劃分明確，根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求和崗位需求進(jìn)行技術(shù)技能培養(yǎng)，但是隨著工業(yè)進(jìn)程的開展，大量專業(yè)系統(tǒng)和專業(yè)工具的熟練使用成為從業(yè)人員的技能要求，也成為了職業(yè)教育課程的重要組成部分，這類課程的教學(xué)通常需要在專用機(jī)房中開展，而學(xué)生更是需要在這類專業(yè)機(jī)房中開展大量的操作練習(xí)和技能訓(xùn)練。貧困地區(qū)通常教學(xué)條件較為簡(jiǎn)陋，很難建立符合要求的訓(xùn)練環(huán)境，學(xué)生在家更不具備學(xué)習(xí)條件，特別是當(dāng)前各專業(yè)系統(tǒng)和工具的更新速度較快，貧困地區(qū)教育很難跟上行業(yè)技術(shù)更新的速度。面對(duì)一方面要降低貧困地區(qū)院校教學(xué)硬件投入，另一方面又要保證學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量的需求，嘗試使用基于虛擬化技術(shù)和資源共享技術(shù)的云平臺(tái)解決方案。

2 云平臺(tái)的簡(jiǎn)介

2.1 主要技術(shù)說明

云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的發(fā)展。根據(jù)2011年9月NIST公布的云計(jì)算的定義“云計(jì)算是一套能夠在任何時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池中按需提供所需資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)）的模型。”。云平臺(tái)的構(gòu)建是虛擬化、公用計(jì)算、Iaas（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）、SaaS（軟件即服務(wù)）等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果。

虛擬化是云計(jì)算的技術(shù)基礎(chǔ)，指計(jì)算元件在虛擬基礎(chǔ)上而不是真實(shí)的基礎(chǔ)上運(yùn)行，虛擬化技術(shù)允許一個(gè)平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的空間內(nèi)運(yùn)行而互不影響，從而顯著提高計(jì)算機(jī)的工作效率。而且虛擬化也出現(xiàn)了虛擬服務(wù)器、桌面、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等多種應(yīng)用形式。

2.2 云平臺(tái)的特性

（1）自助服務(wù)。使用者不需要或很少需要云服務(wù)提供商的協(xié)助，就可以單方面按需獲取云端的計(jì)算資源。

（2）廣泛的網(wǎng)絡(luò)訪問。使用者可以隨時(shí)隨地地使用任何云終端設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)并使用云端的計(jì)算資源。常見的云終端設(shè)備包括手機(jī)、平板、筆記本電腦和臺(tái)式機(jī)等。

（3）資源池化。云端計(jì)算資源需要被池化，以便通過多租戶的形式共享給多個(gè)使用者，也只有池化才能根據(jù)使用者的需求動(dòng)態(tài)分配或再分配各種物理的和虛擬的資源。

（4）快速?gòu)椥?。使用者能方便、快捷地按需獲取和釋放計(jì)算資源，也就是需要時(shí)能快速獲取資源從而擴(kuò)展計(jì)算能力，不需要時(shí)能迅速示范個(gè)資源以便降低計(jì)算能力，從而減少資源的使用費(fèi)用。

（5）計(jì)費(fèi)服務(wù)。使用者使用云端計(jì)算資源時(shí)需要付費(fèi)的，付費(fèi)的計(jì)量方法有很多，比如根據(jù)某類資源（如存儲(chǔ)、CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)帶寬等）的使用量和時(shí)間長(zhǎng)短計(jì)費(fèi)，也可以按照每使用一次來計(jì)費(fèi)。

3 云平臺(tái)建設(shè)需求

3.1 改善幫扶學(xué)?！靶畔⒐聧u”的現(xiàn)狀

當(dāng)前幫扶學(xué)校的專業(yè)系統(tǒng)普遍配套專業(yè)機(jī)房，所有的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)活動(dòng)都在專業(yè)機(jī)房中開展。專業(yè)機(jī)房單獨(dú)配置局域網(wǎng)環(huán)境，并未接入校園網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，這使得每一臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器猶如“信息孤島”不能進(jìn)行交互訪問。同時(shí)，“孤島”現(xiàn)象使得服務(wù)器的利用率低下，實(shí)訓(xùn)受物理?xiàng)l件限制，不能充分發(fā)揮作用。

3.2 滿足學(xué)生利用不同終端登錄服務(wù)器

計(jì)算機(jī)硬件更新速度較快，通常高性能設(shè)備價(jià)格較高，為避免給幫扶學(xué)校和扶貧學(xué)校、學(xué)生增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，需要對(duì)各種類型的終端進(jìn)行兼容。力求不讓貧困地區(qū)學(xué)校因提升現(xiàn)有機(jī)房設(shè)備而再次進(jìn)行資金投入，也使得學(xué)生可以在課后也能利用個(gè)人設(shè)備開展專業(yè)系統(tǒng)的操作訓(xùn)練，并且個(gè)人操作數(shù)據(jù)不會(huì)因終端設(shè)備的不同而丟失。

3.3 增加平臺(tái)穩(wěn)定性和可靠性

隨著學(xué)校規(guī)模的擴(kuò)大和專業(yè)更新，學(xué)生數(shù)量增多、專業(yè)系統(tǒng)增多成為必然趨勢(shì)，為保證各系統(tǒng)的正常運(yùn)行可以通過增加服務(wù)器和磁盤陣列的方式提升平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理能力和存儲(chǔ)能力，動(dòng)態(tài)配置虛擬資源使得平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定。網(wǎng)絡(luò)管理人員通過維護(hù)平臺(tái)軟件即可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有虛擬機(jī)系統(tǒng)的維護(hù)，避免了終端因受病毒干擾而產(chǎn)生各種異常，降低維護(hù)的難度、確保平臺(tái)運(yùn)行可靠。

4 云平臺(tái)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

4.1 功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃展示

在不改變現(xiàn)有幫扶學(xué)校機(jī)房設(shè)置的前提條件下，通過分布式系統(tǒng)將所有系統(tǒng)服務(wù)器連接起來，通過虛擬機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行資源調(diào)配，為學(xué)生設(shè)置虛擬機(jī)。學(xué)生通過登錄個(gè)人虛擬機(jī)賬號(hào)進(jìn)行各專業(yè)系統(tǒng)工具的學(xué)習(xí)和練習(xí)，同時(shí)保存?zhèn)€人數(shù)據(jù)。

4.2 分布式服務(wù)器

物理服務(wù)器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)，不僅提供各類專業(yè)系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行，還是虛擬機(jī)運(yùn)行的平臺(tái)。采用分布式方式通過校園網(wǎng)進(jìn)行連接，一方面節(jié)省網(wǎng)絡(luò)改造費(fèi)用，另一方面可以根據(jù)根據(jù)人數(shù)、用戶需求等進(jìn)行服務(wù)器的添加。

4.3 虛擬管理系統(tǒng)

可分為對(duì)物理資源進(jìn)行管理的虛擬服務(wù)器系統(tǒng)和對(duì)虛擬資源進(jìn)行管理的虛擬機(jī)管理平臺(tái)。采用虛擬服務(wù)器系統(tǒng)對(duì)各個(gè)服務(wù)器的資源進(jìn)行整合，構(gòu)建統(tǒng)一的池化資源平臺(tái)，確保系統(tǒng)和虛擬機(jī)的運(yùn)行，并通過此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器資源的添加和備份。虛擬機(jī)管理平臺(tái)進(jìn)行虛擬機(jī)創(chuàng)建和遷移，通過管理員設(shè)置的虛擬機(jī)模板進(jìn)行虛擬機(jī)建設(shè)，根據(jù)服務(wù)器調(diào)度策略模型為虛擬機(jī)提供最佳宿主服務(wù)器。

4.4 用戶端

學(xué)生通過安裝在終端的應(yīng)用程序訪問虛擬機(jī)。學(xué)生通過賬戶和密碼進(jìn)行身份認(rèn)證，登錄存放個(gè)人數(shù)據(jù)的虛擬機(jī)。學(xué)生終端設(shè)備硬件要求較低，無需完成任何計(jì)算操作，僅需要進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)展示，確保學(xué)生僅用手機(jī)也可以完成對(duì)于虛擬機(jī)的操作。

5 云平臺(tái)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

5.1 資源共享

簡(jiǎn)化的用戶端應(yīng)用程序使得學(xué)生可以通過智能手機(jī)等設(shè)備連接虛擬機(jī)，訪問平臺(tái)中的學(xué)習(xí)資源，開展課程專業(yè)實(shí)訓(xùn)。使得學(xué)生不僅可以在學(xué)校機(jī)房環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，也能夠在家開展對(duì)應(yīng)練習(xí)，達(dá)到教學(xué)過程中“操作熟練”的訓(xùn)練要求。

5.2 簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理

設(shè)備配置維護(hù)是每個(gè)實(shí)驗(yàn)室管理人員工作中非常繁雜的一部分。在虛擬機(jī)的應(yīng)用過程中管理人員可通過設(shè)置虛擬機(jī)模板完成學(xué)生機(jī)的創(chuàng)建，可以通過對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)的維護(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有專業(yè)系統(tǒng)和虛擬機(jī)運(yùn)行平臺(tái)的維護(hù)。

5.3 支持遠(yuǎn)程訪問

學(xué)生在終端設(shè)備上的操作借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，通過學(xué)校網(wǎng)關(guān)進(jìn)行虛擬機(jī)操作和平臺(tái)上各類資源訪問。學(xué)生可自行進(jìn)行專業(yè)技能訓(xùn)練，延長(zhǎng)學(xué)習(xí)時(shí)間提升教學(xué)效果。幫扶學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)管理人員以為各專業(yè)課程資源和軟件運(yùn)行提供技術(shù)支持。

5.4 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控

通過對(duì)虛擬機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況和學(xué)生平臺(tái)資源的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)和狀況，為分析課堂教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果提供數(shù)據(jù)參考。

6 結(jié)語

結(jié)合教育扶貧過程中幫扶學(xué)校和扶貧學(xué)校當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源狀況構(gòu)建云平臺(tái)，不僅提升了現(xiàn)有設(shè)備的利用率、簡(jiǎn)化管理人員的工作量，還可以最大限度地滿足對(duì)貧困地區(qū)的教學(xué)條件的改善。

基于云平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行后期各類教學(xué)資源的上傳、開展直播課程和實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生也可以擁有較好的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。但是該系統(tǒng)仍有不足，例如大量學(xué)生同時(shí)進(jìn)行訪問，必然會(huì)造成嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，這類問題需要在后續(xù)研究的過程中進(jìn)行改進(jìn)。

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課題來源：本文系2019年甘肅省高?？蒲许?xiàng)目“精準(zhǔn)扶貧背景下課程資源共享云平臺(tái)的研究”（編號(hào)：2019B-251）

作者簡(jiǎn)介：康筱彬（1982—），女，碩士，副教授，研究方向：教育信息化、數(shù)據(jù)分析、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用;馬平安（1981—），男，碩士，副教授，研究方向：移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用、云架構(gòu)。