云計(jì)算程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)安排名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

“云計(jì)算”課程教學(xué)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)安排

解放軍理工大學(xué)胥光芒(xu_guanghui@126.com)第1頁(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)象教學(xué)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排第2頁(yè)23教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)象教學(xué)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排第3頁(yè)云計(jì)算課程教學(xué)對(duì)象本科生（面向全校學(xué)員開放公共選修課，限定100人）計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)軟件工程信息與通信相關(guān)專業(yè)碩士前沿論文研讀（不占用課內(nèi)課時(shí)）討論交流（占用課內(nèi)課時(shí)）在職輪訓(xùn)具備一定工作經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)背景部隊(duì)技術(shù)干部，經(jīng)過短期培訓(xùn)，使其進(jìn)行知識(shí)更新。第4頁(yè)5教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)象教學(xué)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排第5頁(yè)云計(jì)算課程教學(xué)內(nèi)容云計(jì)算基礎(chǔ)概念與理論知識(shí)什么是云計(jì)算、云計(jì)算分類與特點(diǎn)、云計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以及云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況和趨勢(shì)等；經(jīng)典云計(jì)算處理方案了解不一樣處理方案特點(diǎn)、異同和應(yīng)用場(chǎng)景，了解云計(jì)算架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)可靠性、可伸縮性方法，掌握云計(jì)算并行計(jì)算思維，了解云計(jì)算對(duì)于大數(shù)據(jù)處理主要意義；云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐基于現(xiàn)實(shí)問題（如海量數(shù)據(jù)存放、大數(shù)據(jù)排序處理、計(jì)算π值等問題），經(jīng)過開源云計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐，深入加深對(duì)云計(jì)算技術(shù)了解。第6頁(yè)7教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)象教學(xué)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排第7頁(yè)云計(jì)算課程試驗(yàn)內(nèi)容落實(shí)“學(xué)以致用”思想，以知識(shí)驗(yàn)證、知識(shí)綜合、創(chuàng)新設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)課程實(shí)踐內(nèi)容。主要包含Linux基本操作實(shí)踐基于虛擬機(jī)搭建Hadoop云計(jì)算運(yùn)行環(huán)境云存放系統(tǒng)搭建與應(yīng)用實(shí)踐基于MapReduce海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐第8頁(yè)9教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)對(duì)象教學(xué)內(nèi)容試驗(yàn)內(nèi)容課時(shí)安排第9頁(yè)云計(jì)算課程課時(shí)安排面向本科生強(qiáng)調(diào)云計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)普及教育和云計(jì)算基礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)于專業(yè)性較強(qiáng)或前沿知識(shí)包括較少。課程為20課時(shí)，其中試驗(yàn)課程占10課時(shí)。面向碩士重視系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)分析，提升學(xué)員動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)其并行思維。碩士云計(jì)算課程為40課時(shí)，其中理論課時(shí)28課時(shí)（含2課時(shí)前沿論文研讀討論），試驗(yàn)課時(shí)12課時(shí)。面向輪訓(xùn)學(xué)員在課程知識(shí)體系上，輪訓(xùn)學(xué)員掌握知識(shí)比本科學(xué)員深入，同時(shí)移除了碩士學(xué)員前沿論文研讀部分，使其將重點(diǎn)聚焦到云計(jì)算概念、體系架構(gòu)、技術(shù)原理和應(yīng)用場(chǎng)景中。在課時(shí)設(shè)置上，輪訓(xùn)學(xué)員云計(jì)算課程為30課時(shí)，其中理論課時(shí)12課時(shí)，試驗(yàn)課時(shí)18課時(shí)。第10頁(yè)序號(hào)知識(shí)分類課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)學(xué)員分類本科生碩士輪訓(xùn)學(xué)員1云計(jì)算概念與現(xiàn)實(shí)狀況云計(jì)算概念1.1云計(jì)算概念起源1.2云計(jì)算特征1.3云計(jì)算分類1.4云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)***○********云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況1.5Google、Amazon、微軟等國(guó)際著名企業(yè)云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況1.6中移動(dòng)、阿里巴巴和盛大等國(guó)內(nèi)企業(yè)云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)實(shí)狀況1.7云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)、3G和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)關(guān)聯(lián)1.8云計(jì)算優(yōu)勢(shì)（成本優(yōu)勢(shì)、規(guī)模優(yōu)勢(shì)）**○○*********2云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)海量數(shù)據(jù)存放技術(shù)2.1云計(jì)算海量數(shù)據(jù)存放需求分析2.2Google分布式文件系統(tǒng)GFS2.3Amazon基礎(chǔ)存放架構(gòu)Dynamo和簡(jiǎn)單存放服務(wù)S32.4WindowsAzure存放服務(wù)2.5開源系統(tǒng)Hadoop云存放系統(tǒng)HDFS*********************海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)2.5海量數(shù)據(jù)處理技術(shù)需求分析2.6Google分布式數(shù)據(jù)處理模型MapReduce2.7WindowsAzure計(jì)算服務(wù)2.8MapReduce編程技術(shù)**○○**********海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.9數(shù)據(jù)管理技術(shù)基礎(chǔ)2.10Google分布式結(jié)構(gòu)表BigTable2.11Google結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理技術(shù)Megastore2.12Amazon簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)SimpleDB2.13Amazon關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)RDS2.14微軟云關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQLAzure**○*○○*************○*○*虛擬化技術(shù)2.15Amazon彈性計(jì)算云EC22.16VMWare云戰(zhàn)略架構(gòu)2.17VMWare云管理平臺(tái)vCenter2.18VMWare網(wǎng)絡(luò)和存放虛擬化技術(shù)**○○**********○*第11頁(yè)序號(hào)知識(shí)分類課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)學(xué)員分類本科生碩士輪訓(xùn)學(xué)員2云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)其它關(guān)鍵技術(shù)2.19Google分布式鎖服務(wù)Chubby2.20Google應(yīng)用程序引擎AppEngine2.21Google大規(guī)模分布式系統(tǒng)監(jiān)控基礎(chǔ)架構(gòu)Dapper2.22Amazon簡(jiǎn)單隊(duì)列服務(wù)SQS2.23WindowsAzureAppFabric2.24Hadoop協(xié)調(diào)器ZooKeeper○*○○○○**********○*○*3開源云計(jì)算系統(tǒng)及應(yīng)用實(shí)踐開源云計(jì)算系統(tǒng)3.1Google云計(jì)算開源實(shí)現(xiàn)Hadoop3.2Amazon云計(jì)算開源實(shí)現(xiàn)Eucalyptus3.3Cassandra3.4Hive3.5VoltDB**○○○********○○○開源云計(jì)算系統(tǒng)Hadoop應(yīng)用實(shí)踐3.6基于VMWare虛擬機(jī)Hadoop集群運(yùn)行環(huán)境搭建3.7HDFS存放環(huán)境搭建與可用性實(shí)踐3.8基于MapReduce大數(shù)據(jù)排序編程實(shí)踐3.9基于MapReduce圓周率計(jì)算實(shí)踐**○○***********4云計(jì)算研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)云計(jì)算研究熱點(diǎn)4.1云計(jì)算體系結(jié)構(gòu)研究4.2云計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)研究4.3云計(jì)算支撐平臺(tái)研究4.4云計(jì)算應(yīng)用技術(shù)研究4.5云安全技術(shù)研究○○○○○**********云計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)4.6經(jīng)典云計(jì)算學(xué)術(shù)論文研讀4.7最新云計(jì)算前沿論文研讀與交流○○****○○【注】在學(xué)員分類下，*表示該知識(shí)點(diǎn)為該類學(xué)員了解內(nèi)容，**為該類學(xué)員重點(diǎn)掌握內(nèi)容，○表示該知識(shí)點(diǎn)不需要該類學(xué)員掌握。第12頁(yè)13試驗(yàn)安排云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容已開展試驗(yàn)方案介紹正在進(jìn)行一些新嘗試第13頁(yè)試驗(yàn)安排云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容已開展試驗(yàn)方案介紹正在進(jìn)行一些新嘗試第14頁(yè)14云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)了解云計(jì)算基本工作模式多個(gè)計(jì)算、存放結(jié)點(diǎn)“綁”在一起經(jīng)過虛擬化提升利用率面向服務(wù)基本體系結(jié)構(gòu)了解云系統(tǒng)特征大量結(jié)點(diǎn)一起適合處理大任務(wù)或大量任務(wù)經(jīng)過軟件渙散耦合系統(tǒng)要素第15頁(yè)15云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)鞏固以前學(xué)過知識(shí)并能加以綜合利用云計(jì)算本身就是綜合眾多傳統(tǒng)技術(shù)新型計(jì)算模式加深學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、分布式系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面知識(shí)了解提升動(dòng)手能力試驗(yàn)過程中必定碰到很多問題，而且現(xiàn)象迥異要求學(xué)生能夠在了解理論知識(shí)基礎(chǔ)上，主動(dòng)思索、細(xì)致分析、不停嘗試第16頁(yè)16試驗(yàn)安排云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容已開展試驗(yàn)方案介紹正在進(jìn)行一些新嘗試第17頁(yè)17云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容云計(jì)算兩大使能技術(shù)虛擬化面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)云計(jì)算本身特點(diǎn)經(jīng)過軟件把能力劃分或整合，充分利用資源第18頁(yè)18云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容Linux操作系統(tǒng)環(huán)境熟悉幾乎全部開源云計(jì)算平臺(tái)都基于Linux系統(tǒng)，在沒有Linux系統(tǒng)環(huán)境里搭建云計(jì)算系統(tǒng)是難以想象大多學(xué)生對(duì)Linux系統(tǒng)并不熟悉集群技術(shù)把眾多商用服務(wù)器聯(lián)合起來(lái)，虛擬成一個(gè)整體，對(duì)外統(tǒng)一提供“超級(jí)”服務(wù)能力第19頁(yè)19云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容虛擬機(jī)隔離：用戶角度是一臺(tái)完全獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)共享：可向進(jìn)程一樣共享CPU資源、共享統(tǒng)一存放資源、在虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)體網(wǎng)絡(luò)間共享網(wǎng)絡(luò)資源高度可配置：用戶需要資源可方便配置和更改，資源不足時(shí)可進(jìn)行在線虛擬機(jī)遷移虛擬網(wǎng)絡(luò)靈活高效連接虛擬機(jī)確保虛擬網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)建通信環(huán)境第20頁(yè)20試驗(yàn)安排云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容已開展試驗(yàn)方案介紹正在進(jìn)行一些新嘗試第21頁(yè)21已開展試驗(yàn)方案介紹Linux基本操作（2課時(shí)）試驗(yàn)在VMWare下進(jìn)行安裝ArchLinux系統(tǒng)，能夠從比較基本概念去了解操作系統(tǒng)熟悉基本Linux工作方式，掌握基本操作命令后面試驗(yàn)基于此次試驗(yàn)所構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)制虛擬機(jī)磁盤文件并開啟多臺(tái)虛擬機(jī)，直觀了解虛擬化概念第22頁(yè)22已開展試驗(yàn)方案介紹簡(jiǎn)單云存放系統(tǒng)：MooseFS文件系統(tǒng)搭建（4課時(shí)）最簡(jiǎn)單集群系統(tǒng)了解怎樣“綁”在一起提供服務(wù)可先獨(dú)立單機(jī)搭建再分組構(gòu)建分布式環(huán)境元數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)存放服務(wù)器客戶端第23頁(yè)23已開展試驗(yàn)方案介紹全分布式Hadoop搭建（10課時(shí)）分組進(jìn)行（5-6人/組）HDFS（Hadoop文件系統(tǒng)）Master（主結(jié)點(diǎn)）Chunkserver（存放節(jié)點(diǎn)）Zookeeper（分布式鎖管理器）Paxos算法選舉LeaderHBase（Hadoop下NOSQL數(shù)據(jù)庫(kù)）NOSQL工作特點(diǎn)存放仍在HDFS第24頁(yè)24已開展試驗(yàn)方案介紹全分布式Hadoop搭建（10課時(shí)）進(jìn)行單詞計(jì)數(shù)(Wordcount)應(yīng)用試驗(yàn)進(jìn)行單機(jī)C語(yǔ)言程序單詞計(jì)數(shù)試驗(yàn)比較小數(shù)據(jù)（幾兆字節(jié)）、大數(shù)據(jù)（幾百兆字節(jié)或更大）用兩種方式計(jì)算效果差異了解Hadoop是成熟、完備分布式處理框架概念有余力同學(xué)可仿照例程自行設(shè)計(jì)分布式處理程序第25頁(yè)25試驗(yàn)安排云計(jì)算試驗(yàn)需要到達(dá)目標(biāo)云計(jì)算試驗(yàn)應(yīng)包含內(nèi)容已開展試驗(yàn)方案介紹正在進(jìn)行一些新嘗試第26頁(yè)26正在進(jìn)行一些新嘗試原有試驗(yàn)條件限制許多機(jī)器對(duì)硬件虛擬化支持不足（即“半虛擬化”技術(shù)）與傳統(tǒng)試驗(yàn)環(huán)境沖突（試驗(yàn)室多門課程公用）擬開展新試驗(yàn)方案虛擬化試驗(yàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)第27頁(yè)27正在進(jìn)行一些新嘗試虛擬化試驗(yàn)新試驗(yàn)室條件：新對(duì)虛擬化支持很好服務(wù)器8Coresx8CPUs128GRAM100TB集中存放一臺(tái)主機(jī)足以支持最少50人同時(shí)試驗(yàn)經(jīng)過虛擬化嵌套可做出虛擬機(jī)創(chuàng)建、刪除、遷移等試驗(yàn)學(xué)生可開設(shè)更多虛擬機(jī)虛擬機(jī)資源可共享第28頁(yè)28OpenStack介紹OpenStack主要組成部分：Nova

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計(jì)算服務(wù)Swift

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存放服務(wù)Glance

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鏡像服務(wù)Keystone

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認(rèn)證服務(wù)Horizon

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UI服務(wù)第29頁(yè)試驗(yàn)一：OpenStack安裝與布署第30頁(yè)試驗(yàn)二：OpenStack鏡像管理創(chuàng)建Linux鏡像創(chuàng)建Windows鏡像（一）安裝操作系統(tǒng)（二）上傳Windows鏡像第31頁(yè)試驗(yàn)三：KVM遷移到OpenStack原有KVM遷移到OpenStack中管理能夠在OpenStack管理平臺(tái)中對(duì)KVM進(jìn)行重啟，刪除，暫停/恢復(fù)，VNC操作/lightcloud/kvm2openstack1.經(jīng)過libvirt將KVM數(shù)據(jù)采集后存放到novadb中2修改KVM主機(jī)名能夠經(jīng)過dashboard管理KVM修改主機(jī)名過程需要重啟KVM第32頁(yè)試驗(yàn)四：OpenStack動(dòng)態(tài)遷移OpenStack使用是塊遷移，因?yàn)闆]有共享存放只能做塊遷移，同時(shí)OpenStack也支持共享遷移，共享遷移只能在有共享存放情況下才被使用。執(zhí)行遷移動(dòng)動(dòng)作:首先會(huì)去檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物理服務(wù)器是否有足夠內(nèi)