CN107341745A - 一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统。高校实验室作为计算机教育的平台，在推动高校信息化发展方面起着至关重要的作用。本发明采用先进的虚拟化、存储和网络技术，在对现有的IT基础设施进行整合的基础上，提供资源池的统一视图。最终通过IT教学的个性定制和实验用机的弹性管理等特有功能，解决高校实验室计算机数量庞大、使用人员数量多、设备出现故障频率高、管理人员少等一系列问题，在促进教育信息化、现代化发展的同时，大大降低综合成本助力节约型高校的建设。
Description
技术领域
本发明涉及云计算领域，尤其涉及一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统。
背景技术
在高校的教学中，每个学生都需要学习计算机相关的知识。而计算机是实践性很强的学科，实验教学环节对学好这些课程更是至关重要。计算机课程的上机实习是现代与计算机类相关的教学活动中一个必不可少的过程，学生只有通过足够的上机实验，才能真正理解和掌握该学科的理论知识，才能获得一定的实验能力，并初步具有处理实际问题的能力。而一般高校的计算机机房不足，不但机房设备比较差，而且每个机房都有非常多的班级使用，每次实验时，都需要把以前的实验环境重新部署一遍。每次实验课，学生都会浪费大量的时间重复以前的操作。而且学校的机房只能做单机的实验，对于需要多台机器的网络实验，学校的机房就不能实施。
同时随着全球云计算大数据技术的兴起，在未来5-10年，我国云计算、大数据市场规模年均增速将超过30％，在BAT发布的招聘职位中，大数据人才需求超过60％，面临日益严重的人才荒，各大高校打造云计算、大数据人才培养计划，专业建设，但面临诸多困难：
一、课程体系待完善，云计算、大数据教学科研入门难
1)各大高校的云计算、大数据专业处于起步阶段，人才培养课程体系缺乏系统性；
2)云计算、大数据教学科研资源匮乏，可配置和指导实验环境的专业师资不足；
二、基础实验环境薄弱，云计算、大数据实训难开展
1)面向云计算、大数据的分布式系统，高校无法为每个学生提供多机实验环境；
2)云计算、大数据分布式软件系统安装、配置难度大，实验环境容易被破坏；
3)实验数据、实验教案、实验手册不足，实验开展束手束脚。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明采用先进的虚拟化、存储和网络技术，在对现有的IT基础设施进行整合的基础上，提供资源池的统一视图。本发明为上层用户提供课程及用户管理、资源弹性自主管理、基于云桌面的远程应用和实验环境的云端存储，帮助高校师生轻松开展教学实验活动；提供自动化的运维、基于大屏的监控及自动报警，简化高校基础设施的维护及扩展。本发明系统由教师端、学生端、系统管理员端三部分功能组成。其中：
所述教师端包括以下模块：
(1)课程管理模块：教师可以自由创建、删除课程，为课程选择时间，管理课程信息，发布课程公告，随意切换课程，添加学生，为学生创建课程用机。
(2)教学环境模块：教学环境即虚拟机操作系统，教师可以在该模块创建教学需要的操作系统；教师可以直接使用镜像文件，或者在镜像文件上安装软件作为一个模板给学生创建虚拟机。
(3)个人用机模块：个人用机指教师除了在课内给学生创建虚拟机之外，可以建立的供个人使用的虚拟机；在该模块中，教师可以创建、删除虚拟机，对虚拟机进行开机、关机、重启操作；
所述学生端包括以下模块：
(1)课内用机模块：课内用机指学生所参与的课程下教师为学生创建的虚拟机，该模块显示了课程列表信息，包括课程的名称、上机时间/地点、主讲老师。如果这门课程已经在上课，学生能够看到教师给自己创建的虚拟机，学生直接点击虚拟机就能够远程进行上机实验；
(2)课外用机模块：课外用机指学生在上课时间外使用的虚拟机，例如学生临时性的需要使用虚拟机查资料、做实验，那就可以通过课外用机模块创建虚拟机，学生可以根据自己的需求创建虚拟机，当系统资源不足时虚拟机会自动关机；
所述系统管理员端包括以下模块：
(1)云主机管理模块：利用虚拟化技术，将大批服务器资源池化，通过配置硬件规格、操作系统类型和网络模式，获得所需数量的云主机；所述云主机包括在线升级、冷热迁移、重启、暂停、创建云主机快照的功能；
(2)云网络管理模块：根据不同的课程，划分虚拟子网，为每门课程提供独立的、相互隔离的网络环境；
(3)云镜像管理模块：镜像指的是虚拟机的操作系统，该模块包含整个管理系统里全部镜像，系统管理员能够上传各类操作系统的镜像；
(4)云备份管理模块：对正在运行的云主机或云硬盘进行在线备份或恢复，一个云主机或云硬盘可以拥有多份备份；
(5)云存储管理模块：利用对象存储机制，存储各类半结构化和非结构化数据；所述半结构化和非结构化数据包括云镜像、快照、视频、文档、图片和音乐，并拥有三份冗余的备份机制；
(6)资源概况模块：为用户提供自身拥有的云资源使用情况；
(7)资源监控模块：分为系统监控和服务监控；系统监控对云主机的系统资源使用情况进行监控，用户可以查看云主机的运行情况，包括CPU负载、内存、硬盘负载和IO、网络IO数据；服务监控对云主机站点服务的情况进行监控，用户通过选择需要监控的云主机的通信协议、配置监控方式、监控频率和报警阀值，实现站点服务情况的监控；所述云主机的通信协议包括PING、HTTP、TCP、UDP、DNS、SMTP、POP3和FTP；所述监控方式包括邮件；
(8)负载均衡模块：提供4层TCP协议和7层HTTP协议的负载均衡服务，对多台部署相同应用程序的云主机进行流量分发，扩展应用系统对外的服务能力，提升应用系统的可用性；所述流量分发方式包括轮循分发、最少连接数分发和响应速度分发；
(9)操作日志模块：该模块记录了用户对云资源的所有操作。
本发明具有以下有益效果：本发明对计算、存储、网络等硬件资源进行虚拟化处理，通过IT教学的个性定制和实验用机的弹性管理等特有功能，解决高校实验室计算机数量庞大，使用人员数量多，设备出现故障频率高，管理人员少等一系列问题，在促进教育信息化、现代化发展的同时，大大降低综合成本助力节约型高校的建设。
附图说明
图1为本发明基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统结构框图；
图2为实施例中教师登录系统后在教学环境模块创建教学环境的界面图；
图3为实施例中教师在教学桌面创建课程的界面图；
图4为实施例中教师在个人用机模块创建供自己使用的虚拟机的界面图；
图5为实施例中学生在课内用机页面查看自己的课程的界面图；
图6为实施例中学生在课外用机模块创建课外用机的界面图；
图7为实施例中管理员对虚拟机资源进行管理与监控的界面图；
图8为实施例中云主机页面显示界面图；
图9为实施例中云监控的实时监控界面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统，采用先进的虚拟化、存储和网络技术，在对现有的IT基础设施进行整合的基础上，提供资源池的统一视图。其特征在于，为上层用户提供课程及用户管理、资源弹性自主管理、基于云桌面的远程应用和实验环境的云端存储，帮助高校师生轻松开展教学实验活动；提供自动化的运维、基于大屏的监控及自动报警，简化高校基础设施的维护及扩展。由教师端、学生端、系统管理员端三部分功能组成。
所述教师端包括以下模块：
(1)课程管理模块：教师可以自由创建、删除课程，为课程选择时间，管理课程信息，发布课程公告，随意切换课程，添加学生，为学生创建课程用机。
(2)教学环境模块：教学环境即虚拟机操作系统，教师可以在该模块创建教学需要的操作系统；教师可以直接使用镜像文件，或者在镜像文件上安装软件作为一个模板给学生创建虚拟机。
(3)个人用机模块：个人用机指教师除了在课内给学生创建虚拟机之外，可以建立的供个人使用的虚拟机；在该模块中，教师可以创建、删除虚拟机，对虚拟机进行开机、关机、重启操作；
所述学生端包括以下模块：
(1)课内用机模块：课内用机指学生所参与的课程下教师为学生创建的虚拟机，该模块显示了课程列表信息，包括课程的名称、上机时间/地点、主讲老师。如果这门课程已经在上课，学生能够看到教师给自己创建的虚拟机，学生直接点击虚拟机就能够远程进行上机实验；
(2)课外用机模块：课外用机指学生在上课时间外使用的虚拟机，例如学生临时性的需要使用虚拟机查资料、做实验，那就可以通过课外用机模块创建虚拟机，学生可以根据自己的需求创建虚拟机，当系统资源不足时虚拟机会自动关机；
所述系统管理员端包括以下模块：
(1)云主机管理模块：利用虚拟化技术，将大批服务器资源池化，通过配置硬件规格、操作系统类型和网络模式，获得所需数量的云主机；所述云主机包括在线升级、冷热迁移、重启、暂停、创建云主机快照的功能；
(2)云网络管理模块：根据不同的课程，划分虚拟子网，为每门课程提供独立的、相互隔离的网络环境；
(3)云镜像管理模块：镜像指的是虚拟机的操作系统，该模块包含整个管理系统里全部镜像，系统管理员能够上传各类操作系统的镜像；
(4)云备份管理模块：对正在运行的云主机或云硬盘进行在线备份或恢复，一个云主机或云硬盘可以拥有多份备份；
(5)云存储管理模块：利用对象存储机制，存储各类半结构化和非结构化数据；所述半结构化和非结构化数据包括云镜像、快照、视频、文档、图片和音乐，并拥有三份冗余的备份机制；
(6)资源概况模块：为用户提供自身拥有的云资源使用情况；
(7)资源监控模块：分为系统监控和服务监控；系统监控对云主机的系统资源使用情况进行监控，用户可以查看云主机的运行情况，包括CPU负载、内存、硬盘负载和IO、网络IO数据；服务监控对云主机站点服务的情况进行监控，用户通过选择需要监控的云主机的通信协议、配置监控方式、监控频率和报警阀值，实现站点服务情况的监控；所述云主机的通信协议包括PING、HTTP、TCP、UDP、DNS、SMTP、POP3和FTP；所述监控方式包括邮件；
(8)负载均衡模块：提供4层TCP协议和7层HTTP协议的负载均衡服务，对多台部署相同应用程序的云主机进行流量分发，扩展应用系统对外的服务能力，提升应用系统的可用性；所述流量分发方式包括轮循分发、最少连接数分发和响应速度分发；
(9)操作日志模块：该模块记录了用户对云资源的所有操作。
实施例：
(1)教师登录系统后，可在教学环境模块创建教学环境，如图2所示。
点击创建模板，可以创建一个教学环境，同时在该页面可以删除或修改教学环境。
教学环境创建完成后，教师可在教学桌面使用该环境创建课程，如图3所示。
点击学生列表，可在学生列表页面添加学生，给学生创建课程用机，并对课程用机进行开关机等操作；点击课程时间，可在课程时间页面添加课程时间表；点击公告列表，可以发布课程公告；点击课程信息，可以查看并修改课程信息。
教师除了可以在课内给学生创建课程用机，还可以在个人用机模块创建供自己使用的虚拟机，如图4所示。
点击创建个人用机，可以创建个人用机，同时在该页面可以对个人用机进行开关机等操作，点击控制台就能够使用该虚拟机。
(2)学生登录系统后，可在课内用机页面查看自己的课程，如图5所示。
课内用机页面显示了近期需要上课的课程信息，包括课程的名字、上机时间/地点、主讲老师。如果这门课程已经在上课了，学生能够看到老师给自己创建的虚拟机，学生直接点击虚拟机就能够远程进行上机实验。
学生除了在课内可以使用虚拟机，也可以在课外用机模块创建课外用机供学生查资料或做实验，如图6所示。
点击创建课外用机，可以创建课外用机，同时在该页面可以对课外用机进行开关机等操作，点击控制台就能够使用该虚拟机。
(3)管理员登录系统后，可对每门课程下的虚拟机资源进行管理与监控。如7图所示，提供了整个系统的资源使用情况。
云主机页面显示了系统上全部的虚拟机，如图8所示。
在该页面上可以看到每台虚拟机的配置、所在宿主机、所属课程和状态。同时在该页面上可以对虚拟进行开机、关机、重启、迁移、备份、重置、删除等操作。
云监控可提供资源的实时监控、告警、通知等服务。目前可以实时监控服务器、虚拟机的相关指标，如图9所示。该页面显示了整个平台所有资源的监控数据。包括服务器健康表和云平台的资源使用情况。
Claims (1)
1.一种基于云计算的高校实验设施智能云化管理系统，其特征在于，由教师端、学生端、系统管理员端三部分功能组成；
所述教师端包括以下模块：
(1)课程管理模块：教师可以自由创建、删除课程，为课程选择时间，管理课程信息，发布课程公告，随意切换课程，添加学生，为学生创建课程用机。
(2)教学环境模块：教学环境即虚拟机操作系统，教师可以在该模块创建教学需要的操作系统；教师可以直接使用镜像文件，或者在镜像文件上安装软件作为一个模板给学生创建虚拟机。
(3)个人用机模块：个人用机指教师除了在课内给学生创建虚拟机之外，可以建立的供个人使用的虚拟机；在该模块中，教师可以创建、删除虚拟机，对虚拟机进行开机、关机、重启操作；
所述学生端包括以下模块：
(1)课内用机模块：课内用机指学生所参与的课程下教师为学生创建的虚拟机，该模块显示了课程列表信息，包括课程的名称、上机时间/地点、主讲老师。如果这门课程已经在上课，学生能够看到教师给自己创建的虚拟机，学生直接点击虚拟机就能够远程进行上机实验；
(2)课外用机模块：课外用机指学生在上课时间外使用的虚拟机，例如学生临时性的需要使用虚拟机查资料、做实验，那就可以通过课外用机模块创建虚拟机，学生可以根据自己的需求创建虚拟机，当系统资源不足时虚拟机会自动关机；
所述系统管理员端包括以下模块：
(1)云主机管理模块：利用虚拟化技术，将大批服务器资源池化，通过配置硬件规格、操作系统类型和网络模式，获得所需数量的云主机；所述云主机包括在线升级、冷热迁移、重启、暂停、创建云主机快照的功能；
(2)云网络管理模块：根据不同的课程，划分虚拟子网，为每门课程提供独立的、相互隔离的网络环境；
(3)云镜像管理模块：镜像指的是虚拟机的操作系统，该模块包含整个管理系统里全部镜像，系统管理员能够上传各类操作系统的镜像；
(4)云备份管理模块：对正在运行的云主机或云硬盘进行在线备份或恢复，一个云主机或云硬盘可以拥有多份备份；
(5)云存储管理模块：利用对象存储机制，存储各类半结构化和非结构化数据；所述半结构化和非结构化数据包括云镜像、快照、视频、文档、图片和音乐，并拥有三份冗余的备份机制；
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(7)资源监控模块：分为系统监控和服务监控；系统监控对云主机的系统资源使用情况进行监控，用户可以查看云主机的运行情况，包括CPU负载、内存、硬盘负载和IO、网络IO数据；服务监控对云主机站点服务的情况进行监控，用户通过选择需要监控的云主机的通信协议、配置监控方式、监控频率和报警阀值，实现站点服务情况的监控；所述云主机的通信协议包括PING、HTTP、TCP、UDP、DNS、SMTP、POP3和FTP；所述监控方式包括邮件；
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