云计算课程的教学设计与实验安排教材课程
“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_),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,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。,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,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,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。,【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。,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,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,15,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,16,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,17,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,18,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,19,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,20,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,21,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,22,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,23,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,24,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,25,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,26,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,27,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,28,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,实验 一：OpenStack的安装与部署,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,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 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,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,实验五：OpenStack构建私有云,35,谢谢！,
