基于云计算的网络教学资源平台建设研究_覃艳.pdf

第 17 卷 第 4 期 2014 年 12 月 成都工业学院学报 JOURNAL OF CHENGDU TECHNOLOGICAL UNIVERSITY Vol． 17，No． 4 Dec． ， 2014 DOI： 10． 13542 / j． cnki． 51 － 1747 / tn． 2014． 04． 030 基于云计算的网络教学资源平台建设研究 覃 （ 四川科技职工大学 艳* 信息与管理工程系，成都 610101） 摘要： 为解决网络教学资源平台建设中存在的设备重复投入、已有资源无法共享等问题，在介绍云计算及其功能的基础上，提 出了基于云计算的网络教学资源共享平台（ NTRP） 的架构，NTRP 核心模块之间的交互，以及调度域中主要业务操作算法的伪 代码，并采用云计算技术及方法进行解决。 关键词： 云计算； 网络教学； 资源平台； 信息化 中图分类号： TP391． 6； G434 文献标志码： A 文章编号： 2095 － 5383（ 2014） 04 － 0097 － 03 Research on Resource Platform Building of Teaching over Network Based on Cloud Computing QIN Yan* （ Department of Information and M anagement Engineering，Sichuan Staff U niversity of Science and T echnology，C hengdu 610101，C hina） Abstract： Teaching resources platform over netw ork and the construction of the management information system are main directions of information construction for colleges and universities． There exist equipment reinvestment and resources sharing w ith other issues on the construction of teaching resources platform over netw ork． The architecture of teaching resources sharing platform over netw ork based on cloud computing is given based on detailed introduction to cloud computing and its functions． The function of core functional modules and the interaction betw een modules are illustrated in the architecture． The algorithm pseudo codes of main business operation in scheduling domain are given． The application of the platform w ill improve the sharing and utilization of teaching resources over netw ork． Key words： Cloud computing； teaching over netw ork； resource platform； informationization ［1 － 4］ ［15］ 云计算 是分布式处理、并行处理和网格计 供共享资源 。 算的进一步发展，使数据存储在互联网的数据终端， 大多数云计算平台由 4 个部分构成： 1） 软件和 将软件和相关服务形成互联网中的共享资源，并且 硬件平台提供真实和虚拟服务器； 2） 资源管理节点； 构建在各种标准和协议之上，并通过各种硬件设备 3） 数据库服务器； 4） 用户通过互联网或局域网访问 可以获取相关的服务。云计算提供了按需通过互联 资源。 ［5 － 6］ 。 网或 局 域 网 提 供 软 件 和 应 用 程 序 的 平 台 本文通过介绍一个基于云计算的网络教学资源 Google App Engine、IBM 的蓝云、亚马逊弹性计算云 共享平台 （ NTRP） ，提出在高校教育中应推进 NTRP ［7 － 9］ （ EC2） 和 微 软 Azure 都 是 新 兴 的 云 计 算 平 台。 平台建设，并给出了该平台的主要设计方法和特性， 将抽象的复杂性进行隐藏、有效利用分布式资源和 以及该平台为学生和教师提供的典型应用 。 ［10］ 虚拟资源是云计算的优势 。 当前，云计算仍然被 1 云计算网络教学资源平台 认为处于起步阶段，有许多具有挑战性的问题等待 ［11］ NTRP 平台主要考虑 4 种类型的资源： 1） 物理机 解决 。本文通过云计算开发网络教学资源平台 器（ PM） ： 由物理计算设备形成一个数据中心，一个 的设计思想是平台即服务 （ PaaS） ，该平台适用于真 PM 可以提供多个虚拟服务器和并由多个 CPU、内 实和虚拟的云计算环境，并实现了用户管理、资源管 ［12 － 13］ 存、硬盘、网卡等组成。2） 物理集群 （ PC） ： 一个物理 。 理和教学资源的远程访问 集群由 PM 结合必要的网络和存储基础设施组 成 在传统学校实验室，由于软件许可证和硬件的 的。3） 虚拟机（ VM） ： 一个 VM 是一个物理机器上的 限制，许多应用软件和平台无法被学生和研究人员 通过虚拟化软件实现的虚拟计算平台，它由很多的 “随时随地 ”地访问［14］。 云计算通过使用虚拟化技 虚拟设备（ CPU、硬盘、网络卡等 ） 组成。4） 虚拟集群 术使得在一个物理机器 （ Windows、Linux 或其他 ） 上 （ VC） ： 一个 VC 是由 VM 结合必要的网络和存储基 的一些平台得以开放，以更好地和更多地为用户提 收稿日期： 2014 － 06 － 10 作者简介： 覃艳（ 1974 － ） ，女（ 布依族） ，副教授，硕士，研究方向： 计算机网络与数据库技术、计算机图形图像设计、安全监控 技术，通信作者邮箱： qinyan19740423@ qq． com。 — 97 — 成都工业学院学报 http： / / paper． cdtu． edu． cn / 础设施组成的。 NTRP 平台建设中主要有 4 个角色： 1） 资源用户 （ 虚拟机用户） ； 2） 策略管理员； 3） 域管理员； 4） 信息 管理员。 资源用户是指最终用户使用该系统的资源 （ 包 括虚拟机和集群） 。用户可预订 VM 和集群、管理虚 拟机和虚拟机集群等。 策略管理员、域管理员和信 息管理员都是该系统的后台管理员。 策略管理员管 理调度策略在调度域中。域管理员管理调度域在系 统中。信息管理员管理整个系统的信息资源 。 2 平台设计 NTRP 的结构体系 在 NTRP 系统中，有多个数据中心和多个调度 域在其定义的域内执行指定的调度算法，其云计算 架构图如图 1 所示。 1） 用户请求： 用户通过互联网发起一个请求。 2） 调度分配： 根据用户的身份 （ 如地理位置等 ） 和业 务特点（ 数量和质量需求 ） ，超级调度中心将请求提 交到相应的数据中心，数据中心再将网络教学资源 管理平台的相关任务提交到相应的调度域 。 在调度 域内，某种调度算法被执行并向相应的请求进行资 源分配。3） 调度： 图 1 中 3、4 执行调度任务和部署 资源。4） 后端优化： 在图 1 中 5 后端调度中心进行 网络教学资源平台的优化，并在各种资源对应的不 同数据中心的基础上进行目标函数的优化，在一个 数据中心中会进行多个调度域逻辑的定义 。 更新设 备或资源的使用状态，对相关信息进行重新配置以 备后面的服务和进程使用。 2． 1 第 17 卷 并将任务分配到相应的特定的数据中心。调度 策略， 策略管理包括策略的添加、删除、查询和更新； 调度域 管理包括调度域的创建、删除、查询、更新和优化，任 务分配模块根据用户请求的特点将调度任务分发到 适当的调度域。超级调度中心从调度域接收最新的 调度信息和资源动态更新信息。3） 调度域 1 ～ N。调 度域是一个执行调度算法的逻辑 / 功能模块。不同的 调度域可以执行不同的调度算法，它包含一个任务队 列、 一个调度算法和与之相关的资源信息。4） 算法执 行模块。调度域从调度系统接收任务，并把这些任务 放在相应的队列上。算法执行模块按优先级选择任 务， 考虑资源的可用性、 输出调度步骤（ 包括创建虚拟 迁移虚拟机 （ vm） 等） 。5） 调度模块，接收调 机（ vm） 、 度算法的输出模块并执行调度任务。 图2 NTRP 核心模块之间的交互图 算法伪代码 本节对调度域中的主要操作算法进行研究，给 出 2 种调度域中的操作算法的伪代码 。 算法 1： 调度域中的主要操作 2． 2 1： / / 执行队列的处理 2： if （ ！ executeRequest． isEmpty（ ） ） 3： ｛ 4： / / change the vm password before it starts 5： if （ new Date （ System． currentTimeMillis（ ） ） ． after （ new Date（ executeRequest． peek（ ） ． getStartTime（ ） ． getTime（ ） ？ 1* 60* 1 000） ） ） 6： ｛ 7： eav． startVm （ executeRequest． peek（ ） ） ； 图1 8： / / remove the request from execution queue NTRP 架构 9： executeRequest． poll（ ） ； 图 2 为网络教学资源平台交互系统的核心模块， 主要包括： 1） 调度系统，包括超级调度中心、调度域。 2） 调度中心。超级调度中心负责管理调度域和调度 — 98 — 10： ｝ ｝ 11： / / handle the delete queue 12： if （ ！ deleteVmRequest． isEmpty（ ） ） ｛ 13： if （ new Date （ System． currentTimeMillis（ ） ） ． 2014 年第 4 期 覃 艳： 基于云计算的网络教学资源平台建设研究 after （ deleteVmRequest． peek（ ） ． getEndTime（ ） ） ） 操作环境 图 3 为系统运行的网络结构，包括一个超级调 度中心和多个数据中心。超级调度中心可以是一个 高性能的服务器，数据中心包括电脑、虚拟软件和网 络设备，它们处于同一个局域网或广域网中。 创建 虚拟平 台 进 行 系 统 开 发 涉 及 的 资 源 包 括： Apache web 服务器、MySQL 数据库服务器、OpenSSH 远程访 问工具和 VMWare 工作站 5． 5。 3． 2 平台的实现 3． 1 14： ｛ 15： deletedVmRequestNum + + ； 16： delVm． deleteVm （ （ deleteVmRequest） ． peek（ ） ） ； / / 从删除队列中移除请求 17： ScheduleDomain． deleteVmRequest． poll（ ） ； 18： ｝ ｝ 算法 2： 超级调度中心中用户管理的部分源节点 操作 / / 从用户模块接收请求 / / getMinBalanceLevelDiaoduyu 方法获取与类型匹配的调度域 / / 将目标 vmInfo 封装近请求信息 1： DataCentreConDiaoduyu diaoducon = new 2： ManageConThread（ ） ． getMinBalanceLevelDiaoduyu （ vmInfo） ； / / 调度域发送请求 3： PrintWriter out = new PrintWriter （ diaoducon． getS （ ） ． getOutputStream（ ） ， true） ； 4： String string = ConvertToString． convertVmTaskInfo － 系统与多个数据中心相连以便后台管理员管理 调度域接口和数据中心。每个调度域都有唯一的编 号，如表 1 所示。调度域管理员输入相关信息 （ 包括 调度中心 IP 域数量、类型和算法） 后点击“提交 ”，该 调度域将通过相应的 IP 连接到调度中心。 调度域 中的超级调度中心的界面将显示所有信息，包括调 度策略、算法和连接状态等。 ToString （ vmInfo） ； 表1 5： out． println（ string） ； 序号 1 2 3 4 5 6 7 6： out． flush（ ） ； / / 从调度域中接收分配结果 / / 目标是获取调度中心调度域的分配结果 / / 将类 AllocateResultInfo 封装进分配结果中 7： AllocateResultInfo ari = （ AllocateResultInfo） object； 超级调度中心调度域的管理 平衡水平 / % 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0 100． 0 延迟 / s 类型 调度算法 30 高性能 要求 － 应答 30 普通 要求 － 应答 30 高性能 多维向量 30 普通 要求 － 应答 30 普通 要求 － 应答 30 高可靠性 多维向量 30 普通 要求 － 应答 链接 是 否 否 否 否 否 否 8： new ReceiveVmTaskInfo（ ） ． sendAllocateResult（ ari） ； 算法 1 提供了调度域中的主要业务，包括处理 执行队列和删除队列、改变用户账户等； 算法 2 实现 通过匹配用户请求和调度域中的调度算法，使得超 级用户管理调度中心中的部分源代码能接收用户请 求并被分发给适当的数据中心（ 调度域） 。 3 平台操作环境和实现 由表 2 可知，调度域 2 连接到超级调度中心的 类型是高性能的。超级调度中心在收到用户的请求 后，将它们发送到可以请求相关类型的连接调度域 之后，通过调度域算法的执行为用户分配虚拟机或 集群。分配结果通过超级调度中心发送到最终 用 户。表 2 和表 3 显示数据中心和机器的所有可能名 单。超级调度中心可以管理上面提到的所有设施， 如调度域、数据中心和相关机器 （ 进行添加、删除和 更新等操作） 。 表2 序号 1 2 数据中心列表 描述 Server in Lab 601 Blad server 表3 IP 地址 10． 20． 208． 61 121． 49． 110． 3 4 图3 系统运行的网络结构图 数据中心编码 1 2 点计数 1 1 机器列表 处理器 8． 0 8． 0 内存 / GB 6． 0 8． 0 带宽 / MHz 1 000． 0 1 000． 0 结语 本文研究了一个虚拟的基础设施资源共享的云 计算网络教学资源管理平台。该平台有很好的可扩 — 99 — 成都工业学院学报 http： / / paper． cdtu． edu． cn / 展性，可以提高网络教学资源的共享和利用。 仍有 一些问题需要进一步研究： 对开发的平台进行绩效 评估； 发展更多的调度策略和算法，提供不同的调度 算法的典型性能指标； 在分布式环境中进行负载和 压力测试等。在未来，我们将对框架进行扩展，使其 包括软件和硬件平台的镜像、负载平衡和资源的自 动配置，以便系统可以应用在大规模、分布式环境。 第 17 卷 ［7］ VAQUERO L M． EduCloud： PaaS versus iaaS cloud usage for an advanced computer science course ［J］． IEEE Transactions on Education，2011，54（ 4） ： 590 － 598． ［8］TIAN W，SUN X，JIANG Y，elta． CRESS_A platform of infrastructure resource sharing for educational cloud computing ［J］． China Communications，2013（ 9） ： 43 － 52． ［9］ LIU C． School-based teaching resources integration in the e － learning platform ［J］． IERI Procedia，2012： 247 － 252． ［10］ 王庆波． 云计算实践之道： 战略蓝图与技术架构［M］． 北京： 电 参考文献： 2011． 子工业出版社， ［1］ 邢丽刃，徐博． 基于云计算的网络教学资源平台建设研究［J］． 武 ［11］ 周瑜龙． 基于云计算的大学教学资源整合模型优化研究［J］． 科 2012（ S1） ： 166 － 168． 汉大学学报： 理学版， 2013（ 7） ： 209 － 211． 技通报， ［2］ 王威达． 基于云计算的教学资源平台建设研究［J］． 软件导刊： 教 ［12］ 王晶，方伟，陈静怡，等． 云计算环境下的自适应资源管理技术 2012（ 9） ： 55 － 56． 育技术， 2012（ 6） ： 35 － 40． 综述［J］． 计算机工程与设计， ［3］ 马钦，赵新光，陈洪． 基于云计算的移动智能网基础设施架构优 ［13］ 张熔，杜杨，郭俊文． 基于云计算的工商办公自动化系统的设计 2012（ S1） ： 349 － 353． 化［J］． 华中科技大学学报： 自然科学版， 2012（ S1） ： 202 － 204． 与实现［J］． 计算机应用， ［4］ 刘越． 云计算综述与移动云计算的应用研究［J］． 信息通信技术， ［14］ HOLAGER S，STEFAN W． Requirements engineering for cloud 2010（ 2） ： 16 － 22． computing ［J］． Journal of Communication and Computer，2011，8 ［5］ 王玉芬，郭晓娟． 云计算对高校教学资源影响解析［J］． 实验技术 2010（ 5） ： 118 － 120． 与管理， （ 9） ： 707 － 715． ［15］ 王慧． Privacy-Preserving Data Sharing in Cloud Computing［J］． 计 ［6］ 张向阳． 基于云计算的教学资源平台构架与应用功能研究［J］． 2010（ 3） ： 401 － 404． 算机科学技术学报： 英文版， 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀殩 2012， 31（ 1） ： 239 － 241． 煤炭技术， 学报执行主编王庆跃荣获中国高校社科学报研究会 “优秀主编”称号和“玉笔奖” 2014 年 11 月 22 日，中国高等学校文科学报研究会在广州举行第五届全国高校社科期刊评 优活动颁奖典礼暨第七届第三次理事会议 。 为了贯彻党的十八大三中全会全面深化改革的方针 ，落实国家有关文化体制改革和繁荣哲 学社会科学的精神，检阅全国高校社科类期刊办刊成绩 ，进一步推动办刊机制改革和刊物质量提 升，经教育部社科司同意，全国高等学校文科学报研究会于今年 6 － 7 月举行了第五届评优活动， 同时为从事编辑工作 30 年以上的学报编辑颁发“玉笔奖 ”。 这届评优活动按照各会员单位申 报，各省（ 市、自治区） 学报研究会初评推荐，全国高校社科办刊专家评审会议汇评的方式，采取 统一评分、专家讨论、定量与定性相结合的评选办法，共评选出“全国高校社科名刊”31 家、“全国 高校精品社科期刊”79 家、“全国高校百强社科期刊 ”107 家、“全国高校优秀社科期刊 ”255 家、 “全国高校社科期刊特别贡献奖”1 家、“全国高校社科期刊特色栏目”217 个、全国高校社科期刊 优秀编辑 224 名、全国高校社科期刊优秀主编 154 名、全国高校社科期刊优秀编辑学论著 74 种、 “玉笔奖”获得者 38 名。我校学报执行主编王庆跃编审荣获中国高校社科学报研究会“优秀主 编”称号和“玉笔奖”。 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀殩 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀殩 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀殩 — 100 —