“云计算”课程的教学设计与实验安排
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“云计算”课程的教学设计与实验安排. 解放军理工大学 胥光辉 ([email protected]). 教学设计. 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排. 教学设计. 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排. 3. 云计算课程教学对象. 本科生(面向全校学员开放的公共选修课,限定 100 人) 计算机科学技术专业 软件工程 信息与通信相关专业 研究生 前沿论文研读(不占用课内学时) 讨论交流(占用课内学时) 在职轮训 具备一定工作经验和专业知识背景的部队技术干部,通过短期培训,使其进行知识更新。. 教学设计. 教学对象

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“云计算”课程的教学设计与实验安排

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Presentation Transcript


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“云计算”课程的教学设计与实验安排

解放军理工大学

胥光辉

([email protected])


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教学设计

  • 教学对象

  • 教学内容

  • 实验内容

  • 课时安排


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教学设计

教学对象

教学内容

实验内容

课时安排

3


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云计算课程教学对象

  • 本科生(面向全校学员开放的公共选修课,限定100人)

    • 计算机科学技术专业

    • 软件工程

    • 信息与通信相关专业

  • 研究生

    • 前沿论文研读(不占用课内学时)

    • 讨论交流(占用课内学时)

  • 在职轮训

    • 具备一定工作经验和专业知识背景的部队技术干部,通过短期培训,使其进行知识更新。


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教学设计

教学对象

教学内容

实验内容

课时安排

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云计算课程教学内容

  • 云计算基础概念与理论知识

    • 什么是云计算、云计算的分类与特点、云计算的竞争优势以及云计算的发展现状和趋势等;

  • 典型云计算解决方案

    • 了解不同解决方案的特点、异同和应用场景,理解云计算架构中实现可靠性、可伸缩性的方法,掌握云计算的并行计算思维,了解云计算对于大数据处理的重要意义;

  • 云计算技术应用实践

    • 基于现实问题(如海量数据存储、大数据排序处理、计算π值等问题),通过开源云计算系统应用实践,进一步加深对云计算技术的理解。


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教学设计

教学对象

教学内容

实验内容

课时安排

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云计算课程实验内容

  • 贯彻“学以致用”的思想,以知识验证、知识综合、创新设计为原则,设计课程实践内容。 主要包括

    • Linux基本操作实践

    • 基于虚拟机搭建Hadoop云计算运行环境

    • 云存储系统搭建与应用实践

    • 基于MapReduce的海量数据处理技术应用实践


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教学设计

教学对象

教学内容

实验内容

课时安排

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云计算课程课时安排

  • 面向本科生

    • 强调云计算基础知识普及教育和云计算基础应用实践,对于专业性较强或前沿知识涉及较少。课程为20学时,其中实验课程占10学时。

  • 面向研究生

    • 注重系统架构、技术原理和实现细节分析,提高学员的动手实践能力,培养其并行思维。研究生云计算课程为40学时,其中理论课时28学时(含2学时前沿论文研读讨论),实验课时12学时。

  • 面向轮训学员

    • 在课程知识体系上,轮训学员掌握的知识比本科学员深入,同时移除了研究生学员的前沿论文研读部分,使其将重点聚焦到云计算的概念、体系架构、技术原理和应用场景中。在课时设置上,轮训学员云计算课程为30学时,其中理论课时12学时,实验课时18学时。


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【注】在学员分类下,*表示该知识点为该类学员了解内容,**为该类学员重点掌握内容,○表示该知识点不需要该类学员掌握。


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实验安排

云计算实验需要达到的目标

云计算实验应包含的内容

已开展的实验方案简介

正在进行的一些新的尝试

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实验安排

  • 云计算实验需要达到的目标

  • 云计算实验应包含的内容

  • 已开展的实验方案简介

  • 正在进行的一些新的尝试


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云计算实验需要达到的目标

  • 理解云计算的基本工作模式

    • 多个计算、存储结点“绑”在一起

    • 通过虚拟化提高利用率

    • 面向服务的基本体系结构

  • 理解云系统的特征

    • 大量结点一起

    • 适合处理大任务或大量任务

    • 通过软件松散的耦合系统要素


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云计算实验需要达到的目标

  • 巩固以前学过的知识并能加以综合运用

    • 云计算本身就是综合众多传统技术的新型计算模式

    • 加深学生对操作系统、网络、分布式系统、数据库、程序设计语言、计算机系统结构等方面知识的理解

  • 提高动手能力

    • 实验过程中必然遇到诸多问题,而且现象迥异

    • 要求学生能够在理解理论知识的基础上,积极思考、细致分析、不断尝试


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实验安排

  • 云计算实验需要达到的目标

  • 云计算实验应包含的内容

  • 已开展的实验方案简介

  • 正在进行的一些新的尝试


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云计算实验应包含的内容

  • 云计算的两大使能技术

    • 虚拟化

    • 面向服务的体系结构

  • 云计算本身的特点

    • 通过软件把能力划分或整合,充分利用资源


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云计算实验应包含的内容

  • Linux操作系统环境的熟悉

    • 几乎所有开源云计算平台都基于Linux系统,在没有Linux系统的环境里搭建云计算系统是难以想象的

    • 大多学生对Linux系统并不熟悉

  • 集群技术

    • 把众多商用服务器联合起来,虚拟成一个整体,对外统一提供“超级”的服务能力


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云计算实验应包含的内容

  • 虚拟机

    • 隔离:用户角度是一台完全独立的计算机系统

    • 共享:可向进程一样共享CPU资源、共享统一的存储资源、在虚拟网络实体网络间共享网络资源

    • 高度可配置:用户需要的资源可方便的配置和更改,资源不足时可进行在线的虚拟机迁移

  • 虚拟网络

    • 灵活高效连接虚拟机的保证

    • 虚拟网络与实体网络共同构建通信环境


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实验安排

  • 云计算实验需要达到的目标

  • 云计算实验应包含的内容

  • 已开展的实验方案简介

  • 正在进行的一些新的尝试


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已开展的实验方案简介

  • Linux基本操作(2学时)

    • 实验在VMWare下进行

    • 安装ArchLinux系统,能够从比较基本的概念去了解操作系统

    • 熟悉基本Linux工作方式,掌握基本操作命令

    • 后面的实验基于本次实验所构建的系统进行

    • 复制虚拟机磁盘文件并开启多台虚拟机,直观理解虚拟化概念


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已开展的实验方案简介

  • 简单云存储系统:MooseFS文件系统的搭建(4学时)

    • 最简单的集群系统

    • 理解如何“绑”在一起提供服务

    • 可先独立单机搭建再分组构建分布式环境

    • 元数据服务器

    • 数据存储服务器

    • 客户端


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已开展的实验方案简介

  • 全分布式的Hadoop搭建(10学时)

    • 分组进行(5-6人/组)

    • HDFS(Hadoop文件系统)

      • Master(主结点)

      • Chunkserver(存储节点)

    • Zookeeper(分布式锁管理器)

      • Paxos算法选举Leader

    • HBase(Hadoop下NOSQL数据库)

      • NOSQL的工作特点

      • 存储仍在HDFS


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已开展的实验方案简介

  • 全分布式的Hadoop搭建(10学时)

    • 进行单词计数(Wordcount)应用的实验

    • 进行单机C语言程序的单词计数实验

    • 比较小数据(几兆字节)、大数据(几百兆字节或更大)用两种方式计算的效果差异

    • 理解Hadoop是成熟、完备的分布式处理框架的概念

    • 有余力的同学可仿照例程自行设计分布式处理程序


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实验安排

  • 云计算实验需要达到的目标

  • 云计算实验应包含的内容

  • 已开展的实验方案简介

  • 正在进行的一些新的尝试


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正在进行的一些新的尝试

  • 原有实验条件的限制

    • 许多机器对硬件虚拟化支持不足(即“半虚拟化”技术)

    • 与传统实验环境冲突(实验室多门课程公用)

  • 拟开展的新的实验方案

    • 虚拟化实验

    • 虚拟网络实验


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正在进行的一些新的尝试

  • 虚拟化实验

    • 新的实验室条件:新的对虚拟化支持较好的服务器

      • 8 Cores x 8CPUs

      • 128G RAM

      • 100TB集中存储

    • 一台主机足以支持至少50人同时实验

    • 通过虚拟化嵌套

      • 可做出虚拟机创建、删除、迁移等实验

      • 学生可开设更多虚拟机

      • 虚拟机资源可共享


Openstack

OpenStack简介

  • OpenStack的重要构成部分:

    • Nova - 计算服务

    • Swift - 存储服务

    • Glance - 镜像服务

    • Keystone - 认证服务

    • Horizon - UI服务


Openstack1

实验 一:OpenStack的安装与部署


Openstack2

实验二:OpenStack镜像管理

  • 创建Linux镜像

  • 创建Windows镜像

    • (一)安装操作系统

    • (二)上传Windows镜像


Kvm openstack

实验 三:KVM迁移到OpenStack

  • 原有KVM迁移到OpenStack中管理

    • 可以在OpenStack管理平台中对KVM进行重启,删除,暂停/恢复,VNC操作

    • https://github.com/lightcloud/kvm2openstack

    • 1. 通过libvirt将KVM的数据采集后存储到nova的db中

    • 2 修改KVM主机名

    • 可以通过dashboard管理KVM

    • 修改主机名的过程需要重启KVM


Openstack3

实验四:OpenStack动态迁移

  • OpenStack使用的是块迁移,因为没有共享存储只能做块迁移,同时OpenStack也支持共享迁移,共享迁移只能在有共享存储的情况下才被使用。

  • 执行迁移动动作:

    • 首先会去检查目标物理服务器是否有足够的内存,虚拟CPU,磁盘,磁盘大小必须大于当前所要迁移的虚拟机磁盘大小

    • 同步文件到目标物理服务器 rsync -rS /var/.../vmdir nova9x:/var/.../vmdir

    • 检查目标物理服务器是否已经存在backingfile,如果存在不同步,否则同步

    • 执行迁移 xm migrate xmname destHost --live

    • 删除源物理服务器虚拟机 xm delete vmname


Openstack4

实验五:OpenStack构建私有云


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谢谢!


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