虛擬化技術(shù)在高校教育信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究

趙學(xué)孔 龍世榮

[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(diǎn)。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(gè)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(shí)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

[基金項(xiàng)目] 2018年度廣西壯族自治區(qū)高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2018JGB438）;2018年度廣西壯族自治區(qū)職業(yè)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（GXGZJG2018B002）;2017年度廣西壯族自治區(qū)高校人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目（2017GXOUWT10）

[作者簡介] 趙學(xué)孔（1983—），男，碩士，廣西教育學(xué)院教育技術(shù)與信息管理中心副教授，主要從事教育技術(shù)理論與應(yīng)用研究;龍世榮（1974—），男，碩士，廣西教育學(xué)院教育技術(shù)與信息管理中心副教授，主要從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)應(yīng)用研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）38-0378-02? ? [收稿日期] 2020-05-28

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(shí)《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(jì)劃。2018年4月，教育部再次發(fā)文《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，明確了新時(shí)代我國教育信息化總體發(fā)展目標(biāo)任務(wù)與行動(dòng)計(jì)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(jí)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(shí)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(yùn)行在真實(shí)物理環(huán)境上的計(jì)算機(jī)服務(wù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化映射為運(yùn)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(shí)物理環(huán)境一致。虛擬化技術(shù)實(shí)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(shí)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行過程中若虛擬機(jī)出現(xiàn)故障并不會(huì)對物理主機(jī)造成影響，一般可通過技術(shù)人員手動(dòng)動(dòng)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(shí)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(shí)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(xiàng)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(shí)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(yùn)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(shí)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?yàn)課都需要配備專門的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。在教學(xué)環(huán)境、實(shí)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(shí)驗(yàn)室，方便學(xué)生在模擬場景中對知識(shí)的理解應(yīng)用;為程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組裝維護(hù)等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程建立虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境，便于學(xué)生實(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jí)。

（二）技術(shù)實(shí)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(chǔ)虛擬化、應(yīng)用虛擬化等技術(shù)路徑來實(shí)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(tái)物理服務(wù)器抽象成多個(gè)邏輯上存在且互不干擾的虛擬服務(wù)器，而每個(gè)虛擬服務(wù)器上可安裝不同的操作系統(tǒng)。實(shí)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(gè)完整的服務(wù)資源池，然后根據(jù)各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的不同需求為每個(gè)虛擬服務(wù)器分配合適的CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡以及存儲(chǔ)資源等。當(dāng)然，每個(gè)服務(wù)器的資源配置狀態(tài)也可在后期根據(jù)需求動(dòng)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(gè)基于軟件管理單元的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)多種虛擬機(jī)管理平臺(tái)間動(dòng)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(gè)網(wǎng)絡(luò)單元組合或細(xì)化虛擬網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)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(cái)務(wù)、教學(xué)、圖書、實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其可通過VPN、VLAN等將多個(gè)局域網(wǎng)虛擬成一個(gè)局域網(wǎng)，以此同時(shí)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(chǔ)虛擬化技術(shù)。存儲(chǔ)虛擬化實(shí)質(zhì)是將存儲(chǔ)硬件抽象化處理，其通過將原本分散異構(gòu)的存儲(chǔ)資源集中虛擬成一個(gè)存儲(chǔ)資源池，達(dá)到資源共享、統(tǒng)一管理、提高效率等目的。實(shí)踐中，高?？筛鶕?jù)業(yè)務(wù)需求配置不同的存儲(chǔ)資源。為了實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)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FC SAN架構(gòu)存儲(chǔ)，如高性能計(jì)算平臺(tái)、高性能存儲(chǔ)器等;非核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)可采用IP SAN架構(gòu)來訪問整合之后的存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序能運(yùn)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(yàn)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(chǔ)虛擬化以及應(yīng)用系統(tǒng)虛擬化四個(gè)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(dòng)計(jì)劃》的通知[EB/OL]，http：//www.moe.gov.cn.

[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.

Research on the Application of Virtualization Technology in the Information Construction of Higher Education

ZHAO Xue-kong，LONG Shi-rong

（Educational Technology and Information Management Centre，Guangxi College of Education，Nanning，Guangxi 530023，China）

Abstract：Education informatization is an important manifestation of education modernization，and also an important focus of promoting the reform of education and improving the quality of education.Through the analysis of the advantages of virtualization technology，this paper focuses on exploring the application of virtualization technology in the construction of higher education informatization from four dimensions.

Key words：virtualization technology;education informatization;application fields;technical path