基于桌面云的实验教学平台的构建

基于桌面云的实验教学平台的构建基于桌面云的实验教学平台的构建

Abstract：Experimentalteachingisveryimportantforuniversityteaching，andthetraditionalexperimentteachingmodecannotadapttothedevelopmentofcomputersoftware.Anteachingplatformforexperimentisconstructed，whichisbasedontheclouddesktop.Theplatformtakeseachfactorforexperimentteachingintoaccount，involvingthemanagementoflaboratory，attendanceofstudents，settingupofenvironmentimage，andserverclustermonitoring，etc.Theexperimentteachingplatformcanmeettheneedsofstudentsinlearningresourcesasbestasitcan，studentscanaccesstotheresourceson-demandself-serviceviacloudterminal.Atthesametime，itisbeneficialforteachingresourcessharingsoastoimprovethequalityofexperimentteaching.

Keywords：clouddesktop；experimentteachingplatform；construction

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1006-4311〔2022〕19-0247-03

0引言

本科实验教学课程是本科教学的重要组成局部。传统实验教学中心的模式已不能适应计算机软件专业的开展和需求，譬如教师需提前申请某时段的实验教学系统的使用权限及所需软件，而管理员那么针对需求每台实验设备上布置实验教学系统，从而影响实验教学的实施效率[1，2]。另外，某些专业课程的实验操作对主机的配置要求比拟高，学院需要定期按峰值需求升级或更新设备，这容易造成硬件资源的浪费并增加实验教学本钱。桌面云教学实验平台作为虚拟化技术的主要应用之一，教师可使用终端设备通过网络访问按需自助地设置桌面环境，而学生那么可使用终端快速使用云桌面，从而提高实验教学的效率。同时，桌面云教学实验平台将硬件资源虚拟化成资源池，以共享的方式提供应所有用户，从而能最大化硬件资源的利用率，到达节能高效的效果[3-5]。

本文针对传统实验教学平台存在的问题，充沛利用桌面云技术的优势，构建基于桌面云的实验教学平台，旨在有效降低传统实验教学过程中的人力本钱和资源消耗，提升实验教学过程整体效率。该平台面向实验教学过程的各个环节，基于桌面云技术，对教务数据管理、实验教学过程管理、镜像管理和根本的集群管理等进行研究与实现，波及到实验室的管理、学生上机实验的考勤和管理、实验教学镜像的制作、效劳器集群的监控等过程。

1平台体系结构

平台体系结构如图1所示，主要包含了混合型桌面云效劳端和实验教学系统。

1.1混合型桌面云效劳端效劳端包括基于云效劳端构建的资源池、资源池监控管理系统和通信通道等。资源池中的效劳器节点通过QEMU-KVM框架提供底层虚拟化运行环境，而资源池监控管理系统通过TCP协议连接到这些效劳器节点的Libvirt守护进程，借助Libvirt库实现对物理资源和虚拟资源的监控管理。资源池监控管理系统和资源池共同构成了混合型桌面云效劳端，并为上层应用通过统一的规范化API提供底层效劳。上层应用的效劳端通过调用API获得底层效劳。

1.2实验教学系统基于桌面云的实验教学系统用C/S架构实现了一整套实验教学系统的功能与业务逻辑，该系统主要包括两大局部，一是Windows平台客户端：为终端用户提供相应教学实验相关的操作界面和功能入口；二是实验教学后台效劳端：为教师、学生和系统管理员提供云端虚拟桌面。体系结构如图2所示。

1.2.1实验教学系统Windows客户端客户端主要为各个角色提供相应的、教学实验相关的操作界面和功能入口，实现对实验教学过程更高效的管理。客户端不需要拥有任何实验环境，只需要通过统一入口即可使用所有教学实验资源。包括教务数据管理模块、实验教学过程管理模块、镜像功能模块及集群管理模块、个人功能模块等。客户端主要功能包括与效劳端建立网络连接、针对不同的桌面数据利用相应的数据通道进行数据传输、对数据的处理、命令参数的处理、协议配置、数据包封装与解析、图形渲染和音视频数据处理等。其软件架构图如3所示。

1.2.2实验教学效劳端后台效劳端的桌面虚拟化实现主要为学生、管理员提供云端虚拟机的功能，从而实现了将教学环境和本地主机进行别离的目的。2实验教学功能组成

实验教学系统效劳端的功能主要包括教务数据管理，如对教师、学生、教务员、实验室、课程、班级、时段课表、学期等数据的管理；实验教学过程管理，如实验室申请、时段申请审核等；镜像功能，如登录云端虚拟机、镜像派生、镜像制作等；虚拟机应用资源管理，如上传应用软件到资源池、归档资源池中的应用软件、删除应用软件等。总体功能结构如图4所示。

2.1教务数据管理模块该模块主要用于对实验教学整个流程中波及的教务数据，包括学生账号、教师账号、教务员账号、班级、课程、实验室、时段课表、学期以及相互之间的关联关系进行有效的管理，波及单个创立、批量创立、单个导入、批量导入、删除等操作。

2.2实验教学过程管理模块该模块主要对实验教学的前期准备过程进行管理，主要波及实验室申请、实验室申请审核，还波及到实验环境配置、课程地点查看等操作。

2.3镜像功能模块该模块主要实现镜像相关的各项功能，包括学生登录课程派生镜像、管理员登录模板镜像、基于模板镜像的学生专属镜像派生、模板镜像的制作以及镜像更改的提交〔用于管理员安装实验环境〕等。

2.4集群管理模块该模块主要为管理员实现了根本的集群管理功能，主要针对虚拟资源池的物理主机、主机上运行的虚拟机进行监控管理，波及到动态监控〔实时监控〕和静态监控〔查看根本配置信息〕等。

2.5个人功能模块该模块主要为各个用户角色，包括学生、教师、教务员、管理员提供用户登录、修改密码、用户退出的功能。

3平台应用效果

当前软件专业各种课程的开发性、设计性实验较多，知识面相当广泛，波及交叉学科、多学科知识，传统的实验平台可能无法满足学生的需求。桌面云实验教学平台在教学中的应用使得学生对学习资源的需求可得到最大化的满足。学生可便捷地按需自助地使用资源池中的所有学习资源，从而为学生的实践与创新能力培养提供有效的实验平台。具体如下。

3.1基于云计算的实验室具有开放性、模块化、可重复使用及互换性特点，可拓展虚拟仪器的使用范围，实现实验数据共享，为多人协同的大型实验提供有利的条件；

3.2通过虚拟化技术构建的桌面云实验教学系统，可以培养学生的创新思维和分析问题、解决问题的能力，到达与实验室的真实实验同样的效果；

3.3基于云计算的开放实验平台为学生提供对同一实验过程进行不同察看和分析的时机，帮忙学生加深对实验的理解，提高认知能力；

3.4基于云计算的虚拟环境可以设计出可供学生选择的、丰盛的学习资源，学生可以根据现实实验的要求，在虚拟实验的过程中进行课程预操作，利于问题的发现并能向教师及时反应疑难点，这可帮忙教师对这些问题进行收集、分析和改良。