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“云计算”课程的教学设计与实验安排

“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 (xu_guanghui@126.com). 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

  1. “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 (xu_guanghui@126.com)

  2. 教学设计 • 教学对象 • 教学内容 • 实验内容 • 课时安排

  3. 教学设计 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排 3

  4. 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。

  5. 教学设计 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排 5

  6. 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。

  7. 教学设计 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排 7

  8. 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

  9. 教学设计 教学对象 教学内容 实验内容 课时安排 9

  10. 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。

  11. 【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。【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。

  12. 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 13

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 实验 一：OpenStack的安装与部署

  30. 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

  31. 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

  32. 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

  33. 实验五：OpenStack构建私有云

  34. 谢谢！

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