面向OpenStack的移动云教学管理平台的设计与实现

2018年2月
面向OpenStack 的移动云教学管理平台的设计与实现
王
敏（湖南商务职业技术学院）
【摘要】本文主要描述了基于OpenStack 的移动云计算教学管理平台的设计与实现，首先利用多节点的部署方式根据不同移动云计算教学管
理平台中不同子控制系统对资源的不同需求将其安装到不同的物理服务器上，
完成本平台的部署，需要在该节点部署三个OpenStack 的基础子系统，同时还要安装身份验证的模块-KeyStone 、存储镜像模块Glance 、虚拟子系统NoVa 。

另外本平台还利用了SSH 技术开发了移动云教学
管理平台门户，为用户提供了良好的交互界面，
提高了云平台的易用性。

【关键词】云计算；OpenStack ；移动云教育管理平台；架构【中图分类号】TP393.06【文献标识码】A 【文章编号】1006-4222（2018）02-0342-02
1云计算教学管理平台总体架构设计
从图1可知,“云教学管理系统”门户中各个用户必须登陆该门户进入到云平台,MongenDB 是用来存储系统内部运行和外部输入的数据的。

通过资源调度接口可以将云教学管理系统与OpenStack 云平台相互连接起来,使用者使用Open 鄄stack 云平台的资源,就需要先登录云系统再通过资源调度接口来调用相应的接口实现。

OpenStack 有一个物理特征就是多服务器节点,一般使用Ganglia 以对物理服务器和虚拟机的模块进行监控,其原理是收集数据并保存,在收集到数据的同时,它还会发送一份到预测系统上,以供预测功能使用。

预测系统可以通过使用Ganglia 提交的信息来计算出一个比较可靠的预测结果,并将这些数据展示在移动教学管理系统门户中。

NFS 是为虚拟机动态迁移做支持的,在NFS 中存储OpenStack 的虚拟机快照来辅助虚拟机备份或在虚拟机迁移之前保存数据。

2搭建OpenStack 单网卡多节点环境
OpenStack 有多样化的部署方式,用户可以根据不同的需求安装它不同功能的组件。

一般情况下Openstack 部署方式有两种,第一种叫做单节点部署(即All-In-One ),另一种叫做多节点(即Multi-Nodes )。

单节点部署是指将OpenStack 平台的所有子系统都安装在同一台物理服务器上,多节点部署是指根据OpenStack 平台不同子系统对服务器资源需求不同而按需部署在不同的物理服务器上,多节点部署可以灵活地利用服务器资源和服务。

在本平台部署中,包含了虚拟机镜像管理、虚拟机管理和安全组件管理三个模块。

这三个模块对应着OpenStack 的三个子系统:Nova (虚拟化组件)、KeyStone (身份
验证组件)、Glance (镜像管理组件)。

3系统开发平台架构
本文的移动云教学管理平台门户系统是基于SSM 框架
开发的B/S 门户网站。

在此框架中,Spring 的作用是对逻辑层的业务进行开发和处理,开发表现层则用到struts2,负责交互界面。

数据存储采用的是Mongo DB 数据库,Hibernate 对Mongo DB 不支持,所以用Spring Data for Mongo DB 代替了Hibernate 。

4实现资源调度接口
4.1利用Jersey 调用OpenStack 接口
利用java 语言设计了资源调度接口DispatchInterface ,它在本系统中起到了桥梁的作用,连接了移动云教学管理系统门户、物理主机和OpenStack 平台。

通过这个接口,移动云教学管理系统门户可以方便地操作OpenStack 平台。

OpenStack 提供了RestfulAPI 以供其他工具调用,Jersey RESTful Web Service 是JAVA 框架的,利用Java 的REST 用Jersey 方式调用OpenStack API 来完成对OpenStack 的操作功能的实现。

实现Jersey RESTful Web Service 可以完成移动云教学管理系统门户中访问OpenStack 的客户端,并提供界面来帮助客户完成虚拟机、安全、镜像的管理。

4.2物理主机接口
移动云教学管理平台的物理服务器运行时,某个时刻可能有些物理服务器是空闲的,那么空闲的服务器运行就产生了资源(如电)的浪费。

在本平台中,教学管理系统门户上整合了物理服务器的关机和重启功能。

如关机功能,本平台是利用Ganymed SSH-2for Java 在移动云教学管理平台中实现SSH 类进行物理服务器的强制关闭,能够对远程服务器进行访问,也可以进行关机操作。

5监控系统
移动云教学管理平台的监控系统中采用了监控软件Ganglia ,Ganglia 是当前主流的开源集群,为防止数据出现混乱的情况,对虚拟机和物理服务器各自开设监控集群。

作为Ganglia 的服务器端,这里选取了OpenStack 的Controller (控制节点),完成gmetad 安装并对配置文件gmetad.conf 进行修改。

在每台物理服务器和虚拟机上都安装了gmond 的采集数据工具,在配置文件gmond.conf 中,需要修改:cluster 中划分集群要定义为name 变量,同一个集群的所有节点name 相同。

另外以接收数据功能为主的udp_recv_channel 端口,它的
图1移动云教学管理平台架构图
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端口号同样需要修改。

其功能与udp_send_channel是相反的。

为了便于给预测模块提供监视数据,需将监控数据转存到Mongo DB中,并通过教学管理系统门户展示监控数据。

在
linux平台中利用工具crontab设置定时任务,并在平台上的每个虚拟机和物理服务器都放置一个叫monitor.sh的脚本,并设
定每隔1h运行一次该脚本。

6预测负载
为了满足对资源的灵活调度,需要提供虚拟机的负载数据,同时也要预测虚拟机负载情况并提供相关数据。

在虚拟机负载高峰期到来之际,为了负载均衡,分担访问压力,可以提前申请适量的虚拟机扩充资源。

在负载预测数值持续走低时,就对虚拟机进行回收,以确保虚拟机有高的执行效率同时还可以在节能方面做出贡献。

预测模块数据会受到负载监控数据的影响,预测模块的数据处理过后,BP神经网络会对其进行运算,运算结果保存到数据库,预测的数据再被门户网站提取并展示。

在移动云教学管理系统门户中需要展示预测数据与历史负载数据,在门户网站上将未来5d预测负载以及指定虚拟机过去30d负载数据用Highcharts工具将走势绘制成曲线图并在网页上输出。

7小结
本文主要是在OpenStack环境下实现整个移动云教学管理平台。

先通过架构图展现了云平台每个不同模块以及他们之间的关系。

然后设计出了适用测试环境的单网卡多节点的OpenStack部署方式,成功搭建OpenStack是整个移动云教学管理平台开发的重中之重。

接下来讲述的是用java开发的移动云教学管理平台、资源调度借口、负载预测以及监控系统等子模块的开发方法。

科研项目：湖南省教育厅科学研究项目“面向OpenStack的移动云教学管理平台的研究”(16C0864)。

参考文献
[1]张寒玉,顾春华,万峰.一种基于OpenStack的云应用开发框架[J].华东理工大学学报.2015,41(02):270~276.
[2]郭平,李涛,李琪.一种云计算环境下的负载调度算法[J].系统工
程理论与实践,2014,34(6):269~275.
[3]任晶晶,戴锦友,刘琼,戴非.基于OpenStack的SDN相关技术研究[J].光通信研究,2016,193(02):11~14.
收稿日期：2018-1-18
转型背景下电子信息工程专业实验
教学的改革与研究
曲娜，程凤芹，郑伟南（吉林建筑大学城建学院，吉林长春130114）
【摘要】本文结合当前社会就业与人才的需求情况，与传统实验教学进行分析、比较，总结、提出以计算机仿真为前导，以实验验证及设计为目标的双向环节的实验教学理念以及以基础实验教学、基础训练实验教学、小系统实验教学、综合创新实验的递进式的教学方法。

通过软件硬件相结合的双向实验环节模式以及递进式实验教学方法，提高学生的动手实践能力，加深学生对课堂理论知识的深刻理解，引导学生合作探究能力及创新实践能力，为他们的终身学习打下良好基础。

【关键词】应用型；人才培养；实践教学
【中图分类号】TN0-4【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2018）02-0343-02
1引言
21世纪是世界各国之间的科技、经济和综合国力竞争更加激烈的世纪。

各国之间的竞争,归根结底是人才的竞争、教育的竞争。

在新的历史条件下,要求高等学校培养的人才,具有创新精神和很强的工作适应能力。

这其中,最重要的一个环节就是学生实践能力的培养。

电子信息工程专业的培养目标是培养应用技术型人才, 2015年我校作为吉林省9所地方本科高校转型应用型为主
的现代高校之一,对应用型人才培养教学模式的改革提出了巨大的挑战,目前我国工程技术型人才培养还不能很好地适应“中国制造2025”里提出的新的要求。

主要表现有以下几方面:①在我国,高级工程技术人才培养结构以及质量都会和产业需求存在不适应,高质量工程技术应用人才缺口严重。

②我国在工程教育方面缺少行业支持及引导,多数的行业都没有建立起关于工程师方面的执业资格制度,因此高校根本无法依照行业标准来进行高级工程人才的培养。

③目前一些高校的办学定位不够准确、高校办学理念、相关专业的设置等都不同程度的与社会脱离;另外人才培养的质量标准、体系也不够完善、培养机制也不够健全、保障制度更是不能到位;教学方法、教学评价的方式相对单一,教育教学中的信息化程度也不够高,对知识的更新速度也相对较慢;实验、实训、实习等实践环节相对来讲薄弱一些,教师的教学能力也亟待提高。

④学生在学习中的创新意识、创新创业的能力薄弱,缺少创新性精神和敢于探索之勇气;另外,高校学生在集体合作意识、协调解决能力、社会责任感、领导力等非技术方面的能力也是有待提高的;某些工科院校的学生在全球胜任力、国际视野等方面有望进一步得到提高。

在这种背景下,研究应用型高校教学模式的改革,对培养知识与能力并重的技术人才,实现对经济的良好促进,具有重要的研究意义。

实验教学是培养应用型电子信息工程专业人才的重要教学环节,也是培养学生创新能力和
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