教育信息化建設(shè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用

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［摘要］教育信息化是教育現(xiàn)代化發(fā)展的重要體現(xiàn)，也是推進(jìn)教育教學(xué)改革創(chuàng)新，提高教育質(zhì)量的重要著力點。該文通過對虛擬化技術(shù)的內(nèi)涵及其優(yōu)勢分析，著重從四個維度對虛擬化技術(shù)在高校教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用領(lǐng)域及其實現(xiàn)技術(shù)路徑進(jìn)行了探索。

［關(guān)鍵詞］虛擬化技術(shù)；教育信息化；應(yīng)用領(lǐng)域；技術(shù)路徑

當(dāng)前，教育信息化已成為我國教育現(xiàn)代化事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。為推進(jìn)落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》文件精神，教育部先后下發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃》等重要文件，明確提出了我國教育信息化長遠(yuǎn)發(fā)展計劃。2018年4月，教育部再次發(fā)文《教育信息化2.0行動計劃》，明確了新時代我國教育信息化總體發(fā)展目標(biāo)任務(wù)與行動計劃[1]。在高等教育領(lǐng)域，如何根據(jù)學(xué)校自身現(xiàn)有條件有效推進(jìn)信息化建設(shè)升級一直是眾多研究者和教育工作者密切關(guān)注的課題。

一、虛擬化技術(shù)內(nèi)涵及其優(yōu)勢

虛擬化技術(shù)是一種利用相關(guān)軟件或程序通過構(gòu)建虛擬化層將物理資源映射轉(zhuǎn)化為邏輯上可便于管理的虛擬資源的方法。其概念最早由美國學(xué)者克里斯托弗提出，而真正將其概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的是IBM于1972年推出的VM虛擬機(jī)。虛擬化技術(shù)的本質(zhì)是將運行在真實物理環(huán)境上的計算機(jī)服務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化映射為運行在虛擬環(huán)境中的服務(wù)系統(tǒng)，而用戶對虛擬環(huán)境中資源的操作訪問與真實物理環(huán)境一致。虛擬化技術(shù)實現(xiàn)的主要思路是：通過借助相關(guān)軟件或固件管理程序建立虛擬化層，將底層的物理實體資源映射轉(zhuǎn)化為抽象的虛擬資源，然后通過向上層提供與原本運行環(huán)境相一致的接口，進(jìn)而使原本物理資源可以在該接口提供的虛擬環(huán)境中正常運行[2]。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)如下：（1）可擴(kuò)展性強(qiáng)———虛擬機(jī)及其應(yīng)用程序不完全依賴底層的硬件設(shè)施，其只需從物理服務(wù)器分配部分資源即可搭建運行環(huán)境，而且安裝部署操作簡便，利于用戶后期資源的擴(kuò)展需要；（2）可靠性強(qiáng)———虛擬機(jī)的故障率相對較低，應(yīng)用程序運行過程中若虛擬機(jī)出現(xiàn)故障并不會對物理主機(jī)造成影響，一般可通過技術(shù)人員手動動態(tài)遷移虛擬機(jī)、快照、克隆等方式解決避免故障問題；（3）安全性高———虛擬機(jī)之間的完全隔離模式保證了其相互不受干擾，虛擬化的防護(hù)措施將物理主機(jī)與虛擬機(jī)軟硬件隔離部署，進(jìn)而增強(qiáng)了用戶訪問安全性；（4）便于管理維護(hù)———虛擬化可以減少物理服務(wù)器數(shù)量及其故障頻率，并可通過專業(yè)軟件可視化界面對虛擬機(jī)環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，方便了技術(shù)人員日常管理維護(hù)；（5）投入成本低———與同體量的物理環(huán)境部署相比，虛擬環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入相對較低，維護(hù)管理成本低。當(dāng)然，除此之外，虛擬化技術(shù)統(tǒng)一化的調(diào)配管理策略提高了服務(wù)器及其資源的利用率，可實現(xiàn)快速部署業(yè)務(wù)、集群化管理服務(wù)等優(yōu)勢。

二、虛擬化技術(shù)在高校教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用及其實現(xiàn)技術(shù)路徑

（一）主要應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)高校日常辦公及業(yè)務(wù)發(fā)展需要，虛擬化技術(shù)在高校教育信息化中的應(yīng)用領(lǐng)域一般包括教務(wù)辦公、課程教學(xué)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)管理等方面。

1.在教務(wù)辦公中的應(yīng)用。教務(wù)辦公是高校日常業(yè)務(wù)之一，主要負(fù)責(zé)教務(wù)管理、行政審批等各項工作。當(dāng)前無紙化辦公模式尤被推崇，其不僅節(jié)省了大量辦公成本投入，也著實提高了教務(wù)辦公效率以及師生的滿意度。在此，可利用虛擬化技術(shù)創(chuàng)建教務(wù)辦公運行支撐環(huán)境，例如創(chuàng)建基于虛擬環(huán)境的OA無紙化辦公應(yīng)用系統(tǒng)，或者為師生創(chuàng)建共享虛擬服務(wù)空間與設(shè)備設(shè)施等。采用這種虛擬技術(shù)模式，在為廣大師生提供業(yè)務(wù)辦公便捷的同時也提高了數(shù)據(jù)的安全性。

2.在課程教學(xué)中的應(yīng)用。高校的課程門類比較豐富，許多專業(yè)課或?qū)嶒炚n都需要配備專門的實驗實訓(xùn)環(huán)境。在教學(xué)環(huán)境、實訓(xùn)條件等諸多因素受限的情況下，可根據(jù)任課教師的教學(xué)需求靈活配備虛擬化應(yīng)用場景服務(wù)。例如，針對建筑工程學(xué)、物理、化學(xué)等專業(yè)性較強(qiáng)的課程建立虛擬實驗室，方便學(xué)生在模擬場景中對知識的理解應(yīng)用；為程序設(shè)計、計算機(jī)操作系統(tǒng)、計算機(jī)組裝維護(hù)等實驗實訓(xùn)課程建立虛擬實訓(xùn)環(huán)境，便于學(xué)生實踐練習(xí)。

3.在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用。高校信息化建設(shè)的根本在于學(xué)校的辦公、教學(xué)等諸多業(yè)務(wù)借助網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)來實現(xiàn)，而信息中心是承載全校信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障。面對設(shè)備無法滿足業(yè)務(wù)增長的需求、運維管理復(fù)雜化、能耗高、投入成本大等現(xiàn)狀問題，信息中心采用虛擬化管理方式來對各種網(wǎng)絡(luò)部件設(shè)施虛擬化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用服務(wù)等集中管理，最終達(dá)到對資源的統(tǒng)一管理，進(jìn)而在提升設(shè)備資源利用率的同時也提升系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)的可靠性與安全性。4.在應(yīng)用系統(tǒng)管理中的應(yīng)用。應(yīng)用系統(tǒng)是一種利用信息技術(shù)手段實現(xiàn)業(yè)務(wù)辦公的服務(wù)軟件，例如OA辦公系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)生管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等。除此還有各種網(wǎng)絡(luò)課程、移動端應(yīng)用、資源共享系統(tǒng)等，許多高校應(yīng)用系統(tǒng)多則成百上千。對此，采用虛擬化技術(shù)對各類應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一、集群分類管理，一方面這種規(guī)范化的管理模式可改善全校應(yīng)用系統(tǒng)日常維護(hù)的復(fù)雜度，另一方面有利于今后對應(yīng)用系統(tǒng)安全防范與擴(kuò)展升級。

（二）技術(shù)實現(xiàn)路徑在高校信息化建設(shè)中，針對業(yè)務(wù)辦公發(fā)展需要，一般可采用服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化、應(yīng)用虛擬化等技術(shù)路徑來實現(xiàn)虛擬場景應(yīng)用[3]。

1.服務(wù)器虛擬化技術(shù)。服務(wù)器虛擬化又稱作系統(tǒng)虛擬化，其本質(zhì)是利用特定的軟件或技術(shù)共享一套物理設(shè)備資源，將一臺物理服務(wù)器抽象成多個邏輯上存在且互不干擾的虛擬服務(wù)器，而每個虛擬服務(wù)器上可安裝不同的操作系統(tǒng)。實踐中，可對高校PC服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一化虛擬整合，使其形成一個完整的服務(wù)資源池，然后根據(jù)各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不同需求為每個虛擬服務(wù)器分配合適的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡以及存儲資源等。當(dāng)然，每個服務(wù)器的資源配置狀態(tài)也可在后期根據(jù)需求動態(tài)調(diào)整。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)虛擬化是將軟硬件網(wǎng)絡(luò)資源整合形成一個基于軟件管理單元的虛擬網(wǎng)絡(luò)實體，其目標(biāo)是實現(xiàn)多種虛擬機(jī)管理平臺間動態(tài)遷移的靈活度，讓虛擬機(jī)不受限于特定集群、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)虛擬化通?？煞譃橥獠刻摂M化和內(nèi)部虛擬化，前者主要通過將多個網(wǎng)絡(luò)單元組合或細(xì)化虛擬網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)，后者利用軟件或虛擬接口配置系統(tǒng)進(jìn)而通過軟件模擬物理網(wǎng)絡(luò)。一般高校存在行政辦公、教務(wù)、財務(wù)、教學(xué)、圖書、實驗室等多個網(wǎng)絡(luò)，其可通過VPN、VLAN等將多個局域網(wǎng)虛擬成一個局域網(wǎng)，以此同時滿足集中管控、路徑隔離等要求，確保用戶在各自權(quán)限范圍內(nèi)訪問業(yè)務(wù)服務(wù)。

3.存儲虛擬化技術(shù)。存儲虛擬化實質(zhì)是將存儲硬件抽象化處理，其通過將原本分散異構(gòu)的存儲資源集中虛擬成一個存儲資源池，達(dá)到資源共享、統(tǒng)一管理、提高效率等目的。實踐中，高?？筛鶕?jù)業(yè)務(wù)需求配置不同的存儲資源。為了實現(xiàn)存儲資源的高速穩(wěn)定訪問，核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)可采用基于光纖通道交換機(jī)連接的FCSAN架構(gòu)存儲，如高性能計算平臺、高性能存儲器等；非核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)可采用IPSAN架構(gòu)來訪問整合之后的存儲環(huán)境，其具備開放性、高傳輸速率、兼容性好等優(yōu)勢。

4.應(yīng)用虛擬化技術(shù)。應(yīng)用虛擬化通過將應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)解耦合，實現(xiàn)應(yīng)用程序能運行于虛擬環(huán)境。在應(yīng)用虛擬化模式下，用戶無需在PC端安裝應(yīng)用程序也能正常體驗各種應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用虛擬化技術(shù)目前有基于服務(wù)器應(yīng)用和基于客戶端應(yīng)用兩種模式，前者適合在用戶終端數(shù)量較多情況下的大規(guī)模部署，后者適合在規(guī)模小且資源使用率較高的應(yīng)用環(huán)境部署。

三、結(jié)束語

虛擬化技術(shù)的優(yōu)越性使其成為高校教育信息化建設(shè)中重要角色。文章通過對虛擬化技術(shù)內(nèi)涵及其優(yōu)勢分析進(jìn)一步探討了其在高校教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用領(lǐng)域，并著重從服務(wù)器虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲虛擬化以及應(yīng)用系統(tǒng)虛擬化四個維度探索了信息化建設(shè)技術(shù)路徑。

參考文獻(xiàn)

［1］教育部.關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知［EB/OL］.

［2］楊宏,張喜成,等.虛擬化技術(shù)在高校機(jī)房管理中的應(yīng)用［J］.軟件導(dǎo)刊,2015(9):184-185.

［3］鐘靖龍.高校數(shù)據(jù)中心虛擬化環(huán)境的建設(shè)與應(yīng)用研究［J］.電子世界,2019(6):69-70.

作者：趙學(xué)孔 龍世榮 單位：廣西教育學(xué)