论文部分内容阅读
摘 要：基于开源云计算平台openstack的应用近年来出现井喷式增长，而高职相关教学尚处于起步阶段，本文通过实际教学经历，总结了在此类教学中的一些经验和技巧，能为同行教学提供借鉴和参考。
关键词：Openstack；云计算；课程教学
随着云计算技术的日渐普及和各类应用的落地，除了云计算专业外，很多高职院校在相近专业也都在开设云计算的相关课程，普及云计算知识和技能，拥抱新技术，为跨专业融合做准备，而除了理论教学外，自己实际动手搭建一个可运行的云计算环境对理解云计算技术精髓，提升学生就业竞争力都具有非常现实的意义。
教学中如何选择适合学生搭建的云计算环境是对教师的一个考验，通常要考虑以下几点：
一、首先学校机房要满足一定的硬件条件，云计算环境搭建的实验环境大多需要虚拟机的配合，常见的有VMware Workstation和Oracle virtualbox，虚拟机启动占用系统内存和CPU资源，所以物理主机的配置不能太低，对内存的要求尤为重要，一般物理主机要达到8G的最低标准，否则很多实验捉襟见肘，通过我们的对比测试，最好在机房配备一定容量的SSD固态硬盘，其运行速度甚至会远超挂载普通硬盘的专业物理服务器，机器性能不足，运行速度慢是目前云计算课程教学最大的障碍。
二、选择的云平台要具有广泛的市场占有率，当前市场占有率比较高的iaas产品主要有VMware vSphere、微软的Hyper-V、Amazon EC2、开源的Openstack和小众但高职院校里因技能大赛使用而比较常见的H3C CAS系统等等，从搭建过程看，H3C CAS的成本最低，基本上没有什么难度，搭建完成后直接用WEB界面登录使用即可，但这类系统需要购买正版，而且由于屏蔽了内部的安装细节，搭建者不能体会云计算各个组件间的关系，比较适合只是体验云计算环境和注重应用的教学需求，VMware 的vSphere和微软的Hyper-V都是市场占有率很高的产品，两种产品的环境搭建有一定难度，对免费部分的支持不够友好，而且由于市场竞争的原因对本公司的产品支持较好，但兼容性相对不足，公司都在努力构建自己掌控的完整生态圈，其他公司的产品也都有类似的问题，相比较而言，我觉得开源的OpenStack是最值得高职学生作为云计算教学的训练平台，首先是产品足够好，2017年工信部华信研究院宣布OpenStack占据私有云市场份额超60%，OpenStack很可能在未来的基础设施即服务（IaaS）资源管理方面占据领导位置，成为公有云、私有云及混合云管理的“云操作系统”标准。其次是开源软件技术透明，搭建过程透明并更新及时，以社区的方式云集全球技术高手共同维护，生命力极其旺盛，学生在掌握了其技术后会在今后的职业生涯中长期收益。
三、是否适合学生理解云计算的架构。相比较而言，Openstack是最适合从底层理解云计算架构的系统，Openstack包含keystone（身份服务模块）、Nova（计算服务组件）、Neutorn（网络服务组件）、Glance（镜像服务组件）、Swift（对象存储服务模块）、Cinder（块存储服务模块）、Ceilometer（监控服务组件），各个模块可以自由定义安装，可以从底层上理解云计算是如何组合各种资源并对外提供服务的，开源的特性也让使用者可以直接参与订制各种技术细节，通过搭建就可以大大提升学生的技术水平。
目前制约Openstack推广的最大障碍在于他的复杂性，搭建一个正常运行的系统对于初学者而言是很困难的，需要学生的基础知识包括：熟练的LINUX操作系统命令行操作能力、服务器搭建和调试经验、一定的编程和网络基础知识，我们在做教学准备时如何设计避开各种相关度低的技术细节，让学生顺利感受到云计算最精华部分的知识，是这门课教学最大的挑战。
结合自己的教学经验，以Openstack mitaka版教学为例，需要注意以下几点。
一、实训机房教学前的准备要到位。前面已经说明了机房计算机的硬件条件，机房的软件环境也需要提前布置，机房物理机的操作系统一定要安装64位版的，并在BIOS中启动虚拟化功能，否则无法完成后续功能，软件方面首先是安装好虚拟机VMware workstation，注意在安装好后要在虚拟网络编辑器中对vmnet1和vmnet8进行修改，取消其DHCP功能，并把子网改为需要的网段，比如192.168.100.0和192.168.200.0，然后在虚拟机中分别最小化安装两个Centos7的操作系统，每个虚拟机添加两块网卡，同时虚拟机CPU启动虚拟化功能，安装完成后记得要把Centos操作系统的ISO文件和openstack相关ISO文件保留在系统中，同时还需要安装好SecureCRT 和 SecureFx，前者能提供字符模式下对centos的多项快捷操作，后者能够方便的对Centos系统上传下载文件。
二、充分利用虚拟机快照的功能保证教学进度。
由于Openstack安装需要很多步骤，过程复杂而容易出错，如果学生前面跟不上会很快对课程失去兴趣，这就需要教师提前安排好进度，设置若干个节点，每个节点以累加的形式建立快照，快照是VMware提供的一项十分有用的功能，是虚拟机磁盘文件（VMDK）在某个点及时的复本。系统崩溃或系统有改变，你可以通过使用恢复到快照来保持磁盘文件系统和系统存储，在本门课中可以在网络配置、yum源配置、安装组件前、全部完成等分别布置快照，这样学生的学习难度会大大降低，做错了可以任意还原到最近的快照点，从而大大减少重复性的工作。
三、录制操作视频是提高教学效果的重要手段。
对高职学生进行云计算教学，因为原理类的知识十分枯燥，要尽量多练少讲，在搭建中学习，我在教学中发现学生由于linux命令行模式的不熟悉，出错概率极高，基本每个人都会出现若干个小错误，而linux环境下的排错费时费力，这样就会大大降低课堂教学效率，老师忙的晕头转向，学生也怨声载道，很容易让一些耐力差的学生放弃学习，所以一定要提前录制好操作视频，我采用的是屏幕录像专家软件，生成的视频文件很小，能够极大的提供教学效果，把教师从低水平重复劳动中解放出來，而关注学生的特殊问题解答，实践证明录制视频是磨刀不误砍柴工的好方法。
四、充分利用脚本的功能屏蔽不必要的技术细节。
Linux的精华之一就是他的脚本编程，但难度稍高，特别是涉及正则表达式的操作学生往往难以理解，以往在linux教学中脚本编程不是重点，但我们经过协商，在linux教学中重点训练了学生的脚本编程能力，在云计算这门课中就会发挥极好的作用，我在教学中就引导学生一边按照文档一步步搭建，一边编写自己的脚本文件，最后达到一键部署的效果，如果环境有变化也仅仅是改动文档的几个地方，极大的提高了效率，而且这份文档就是学生自己的成果，对于一些非关键性的配置，写到脚本中就不必要细究，而关键部分要详细查看并反复验证，从而把一个复杂的云计算环境搭建处理得井井有条，脚本可以嵌套，类似调用函数一样，加上注释，就是每个学生这门课的精华，实践证明学生有能力独立完成这项工作，并具有相当的成就感，看着只需要敲一个命令，飞速掠过屏幕的安装过程，到最后打开自己搭建的云计算环境，这种成就感让学生们十分兴奋。
云计算搭建课程的教学资源目前还很欠缺，针对高职层次的更是很少，而权威文档基本都是英文的，所以对教师的要求较高，很多问题都要自己想办法解决，环境测试也费时费神，但经过以上的教学实践，学生们普遍反映收获很大，有部分学生主动尝试其他厂商的产品，还有同学的直接在毕业设计环节专项研究云计算的应用，证明这一代表未来的技术已经被学生消化吸收，相信会对学生的将来产生积极的影响。
作者简介：
徐峰，男，1970年9月出生，汉族，山东威海人，教授职称，硕士学位，无锡城市职业技术学院物联网工程学院教师。
（作者单位：无锡城市职业技术学院）
关键词：Openstack；云计算；课程教学
随着云计算技术的日渐普及和各类应用的落地，除了云计算专业外，很多高职院校在相近专业也都在开设云计算的相关课程，普及云计算知识和技能，拥抱新技术，为跨专业融合做准备，而除了理论教学外，自己实际动手搭建一个可运行的云计算环境对理解云计算技术精髓，提升学生就业竞争力都具有非常现实的意义。
教学中如何选择适合学生搭建的云计算环境是对教师的一个考验，通常要考虑以下几点：
一、首先学校机房要满足一定的硬件条件，云计算环境搭建的实验环境大多需要虚拟机的配合，常见的有VMware Workstation和Oracle virtualbox，虚拟机启动占用系统内存和CPU资源，所以物理主机的配置不能太低，对内存的要求尤为重要，一般物理主机要达到8G的最低标准，否则很多实验捉襟见肘，通过我们的对比测试，最好在机房配备一定容量的SSD固态硬盘，其运行速度甚至会远超挂载普通硬盘的专业物理服务器，机器性能不足，运行速度慢是目前云计算课程教学最大的障碍。
二、选择的云平台要具有广泛的市场占有率，当前市场占有率比较高的iaas产品主要有VMware vSphere、微软的Hyper-V、Amazon EC2、开源的Openstack和小众但高职院校里因技能大赛使用而比较常见的H3C CAS系统等等，从搭建过程看，H3C CAS的成本最低，基本上没有什么难度，搭建完成后直接用WEB界面登录使用即可，但这类系统需要购买正版，而且由于屏蔽了内部的安装细节，搭建者不能体会云计算各个组件间的关系，比较适合只是体验云计算环境和注重应用的教学需求，VMware 的vSphere和微软的Hyper-V都是市场占有率很高的产品，两种产品的环境搭建有一定难度，对免费部分的支持不够友好，而且由于市场竞争的原因对本公司的产品支持较好，但兼容性相对不足，公司都在努力构建自己掌控的完整生态圈，其他公司的产品也都有类似的问题，相比较而言，我觉得开源的OpenStack是最值得高职学生作为云计算教学的训练平台，首先是产品足够好，2017年工信部华信研究院宣布OpenStack占据私有云市场份额超60%，OpenStack很可能在未来的基础设施即服务（IaaS）资源管理方面占据领导位置，成为公有云、私有云及混合云管理的“云操作系统”标准。其次是开源软件技术透明，搭建过程透明并更新及时，以社区的方式云集全球技术高手共同维护，生命力极其旺盛，学生在掌握了其技术后会在今后的职业生涯中长期收益。
三、是否适合学生理解云计算的架构。相比较而言，Openstack是最适合从底层理解云计算架构的系统，Openstack包含keystone（身份服务模块）、Nova（计算服务组件）、Neutorn（网络服务组件）、Glance（镜像服务组件）、Swift（对象存储服务模块）、Cinder（块存储服务模块）、Ceilometer（监控服务组件），各个模块可以自由定义安装，可以从底层上理解云计算是如何组合各种资源并对外提供服务的，开源的特性也让使用者可以直接参与订制各种技术细节，通过搭建就可以大大提升学生的技术水平。
目前制约Openstack推广的最大障碍在于他的复杂性，搭建一个正常运行的系统对于初学者而言是很困难的，需要学生的基础知识包括：熟练的LINUX操作系统命令行操作能力、服务器搭建和调试经验、一定的编程和网络基础知识，我们在做教学准备时如何设计避开各种相关度低的技术细节，让学生顺利感受到云计算最精华部分的知识，是这门课教学最大的挑战。
结合自己的教学经验，以Openstack mitaka版教学为例，需要注意以下几点。
一、实训机房教学前的准备要到位。前面已经说明了机房计算机的硬件条件，机房的软件环境也需要提前布置，机房物理机的操作系统一定要安装64位版的，并在BIOS中启动虚拟化功能，否则无法完成后续功能，软件方面首先是安装好虚拟机VMware workstation，注意在安装好后要在虚拟网络编辑器中对vmnet1和vmnet8进行修改，取消其DHCP功能，并把子网改为需要的网段，比如192.168.100.0和192.168.200.0，然后在虚拟机中分别最小化安装两个Centos7的操作系统，每个虚拟机添加两块网卡，同时虚拟机CPU启动虚拟化功能，安装完成后记得要把Centos操作系统的ISO文件和openstack相关ISO文件保留在系统中，同时还需要安装好SecureCRT 和 SecureFx，前者能提供字符模式下对centos的多项快捷操作，后者能够方便的对Centos系统上传下载文件。
二、充分利用虚拟机快照的功能保证教学进度。
由于Openstack安装需要很多步骤，过程复杂而容易出错，如果学生前面跟不上会很快对课程失去兴趣，这就需要教师提前安排好进度，设置若干个节点，每个节点以累加的形式建立快照，快照是VMware提供的一项十分有用的功能，是虚拟机磁盘文件（VMDK）在某个点及时的复本。系统崩溃或系统有改变，你可以通过使用恢复到快照来保持磁盘文件系统和系统存储，在本门课中可以在网络配置、yum源配置、安装组件前、全部完成等分别布置快照，这样学生的学习难度会大大降低，做错了可以任意还原到最近的快照点，从而大大减少重复性的工作。
三、录制操作视频是提高教学效果的重要手段。
对高职学生进行云计算教学，因为原理类的知识十分枯燥，要尽量多练少讲，在搭建中学习，我在教学中发现学生由于linux命令行模式的不熟悉，出错概率极高，基本每个人都会出现若干个小错误，而linux环境下的排错费时费力，这样就会大大降低课堂教学效率，老师忙的晕头转向，学生也怨声载道，很容易让一些耐力差的学生放弃学习，所以一定要提前录制好操作视频，我采用的是屏幕录像专家软件，生成的视频文件很小，能够极大的提供教学效果，把教师从低水平重复劳动中解放出來，而关注学生的特殊问题解答，实践证明录制视频是磨刀不误砍柴工的好方法。
四、充分利用脚本的功能屏蔽不必要的技术细节。
Linux的精华之一就是他的脚本编程，但难度稍高，特别是涉及正则表达式的操作学生往往难以理解，以往在linux教学中脚本编程不是重点，但我们经过协商，在linux教学中重点训练了学生的脚本编程能力，在云计算这门课中就会发挥极好的作用，我在教学中就引导学生一边按照文档一步步搭建，一边编写自己的脚本文件，最后达到一键部署的效果，如果环境有变化也仅仅是改动文档的几个地方，极大的提高了效率，而且这份文档就是学生自己的成果，对于一些非关键性的配置，写到脚本中就不必要细究，而关键部分要详细查看并反复验证，从而把一个复杂的云计算环境搭建处理得井井有条，脚本可以嵌套，类似调用函数一样，加上注释，就是每个学生这门课的精华，实践证明学生有能力独立完成这项工作，并具有相当的成就感，看着只需要敲一个命令，飞速掠过屏幕的安装过程，到最后打开自己搭建的云计算环境，这种成就感让学生们十分兴奋。
云计算搭建课程的教学资源目前还很欠缺，针对高职层次的更是很少，而权威文档基本都是英文的，所以对教师的要求较高，很多问题都要自己想办法解决，环境测试也费时费神，但经过以上的教学实践，学生们普遍反映收获很大，有部分学生主动尝试其他厂商的产品，还有同学的直接在毕业设计环节专项研究云计算的应用，证明这一代表未来的技术已经被学生消化吸收，相信会对学生的将来产生积极的影响。
作者简介：
徐峰，男，1970年9月出生，汉族，山东威海人，教授职称，硕士学位，无锡城市职业技术学院物联网工程学院教师。
（作者单位：无锡城市职业技术学院）