Openstack開源云平臺搭建課程的教學體會

摘 要：基于開源云計算平臺openstack的應用近年來出現井噴式增長，而高職相關教學尚處于起步階段，本文通過實際教學經歷，總結了在此類教學中的一些經驗和技巧，能為同行教學提供借鑒和參考。

關鍵詞：Openstack；云計算；課程教學

隨著云計算技術的日漸普及和各類應用的落地，除了云計算專業外，很多高職院校在相近專業也都在開設云計算的相關課程，普及云計算知識和技能，擁抱新技術，為跨專業融合做準備，而除了理論教學外，自己實際動手搭建一個可運行的云計算環境對理解云計算技術精髓，提升學生就業競爭力都具有非常現實的意義。

教學中如何選擇適合學生搭建的云計算環境是對教師的一個考驗，通常要考慮以下幾點：

一、首先學校機房要滿足一定的硬件條件，云計算環境搭建的實驗環境大多需要虛擬機的配合，常見的有VMware Workstation和Oracle virtualbox，虛擬機啟動占用系統內存和CPU資源，所以物理主機的配置不能太低，對內存的要求尤為重要，一般物理主機要達到8G的最低標準，否則很多實驗捉襟見肘，通過我們的對比測試，最好在機房配備一定容量的SSD固態硬盤，其運行速度甚至會遠超掛載普通硬盤的專業物理服務器，機器性能不足，運行速度慢是目前云計算課程教學最大的障礙。

二、選擇的云平臺要具有廣泛的市場占有率，當前市場占有率比較高的iaas產品主要有VMware vSphere、微軟的Hyper-V、Amazon EC2、開源的Openstack和小眾但高職院校里因技能大賽使用而比較常見的H3C CAS系統等等，從搭建過程看，H3C CAS的成本最低，基本上沒有什么難度，搭建完成后直接用WEB界面登錄使用即可，但這類系統需要購買正版，而且由于屏蔽了內部的安裝細節，搭建者不能體會云計算各個組件間的關系，比較適合只是體驗云計算環境和注重應用的教學需求，VMware 的vSphere和微軟的Hyper-V都是市場占有率很高的產品，兩種產品的環境搭建有一定難度，對免費部分的支持不夠友好，而且由于市場競爭的原因對本公司的產品支持較好，但兼容性相對不足，公司都在努力構建自己掌控的完整生態圈，其他公司的產品也都有類似的問題，相比較而言，我覺得開源的OpenStack是最值得高職學生作為云計算教學的訓練平臺，首先是產品足夠好，2017年工信部華信研究院宣布OpenStack占據私有云市場份額超60%，OpenStack很可能在未來的基礎設施即服務（IaaS）資源管理方面占據領導位置，成為公有云、私有云及混合云管理的“云操作系統”標準。其次是開源軟件技術透明，搭建過程透明并更新及時，以社區的方式云集全球技術高手共同維護，生命力極其旺盛，學生在掌握了其技術后會在今后的職業生涯中長期收益。

三、是否適合學生理解云計算的架構。相比較而言，Openstack是最適合從底層理解云計算架構的系統，Openstack包含keystone（身份服務模塊）、Nova（計算服務組件）、Neutorn（網絡服務組件）、Glance（鏡像服務組件）、Swift（對象存儲服務模塊）、Cinder（塊存儲服務模塊）、Ceilometer（監控服務組件），各個模塊可以自由定義安裝，可以從底層上理解云計算是如何組合各種資源并對外提供服務的，開源的特性也讓使用者可以直接參與訂制各種技術細節，通過搭建就可以大大提升學生的技術水平。

目前制約Openstack推廣的最大障礙在于他的復雜性，搭建一個正常運行的系統對于初學者而言是很困難的，需要學生的基礎知識包括：熟練的LINUX操作系統命令行操作能力、服務器搭建和調試經驗、一定的編程和網絡基礎知識，我們在做教學準備時如何設計避開各種相關度低的技術細節，讓學生順利感受到云計算最精華部分的知識，是這門課教學最大的挑戰。

結合自己的教學經驗，以Openstack mitaka版教學為例，需要注意以下幾點。

一、實訓機房教學前的準備要到位。前面已經說明了機房計算機的硬件條件，機房的軟件環境也需要提前布置，機房物理機的操作系統一定要安裝64位版的，并在BIOS中啟動虛擬化功能，否則無法完成后續功能，軟件方面首先是安裝好虛擬機VMware workstation，注意在安裝好后要在虛擬網絡編輯器中對vmnet1和vmnet8進行修改，取消其DHCP功能，并把子網改為需要的網段，比如192.168.100.0和192.168.200.0，然后在虛擬機中分別最小化安裝兩個Centos7的操作系統，每個虛擬機添加兩塊網卡，同時虛擬機CPU啟動虛擬化功能，安裝完成后記得要把Centos操作系統的ISO文件和openstack相關ISO文件保留在系統中，同時還需要安裝好SecureCRT 和 SecureFx，前者能提供字符模式下對centos的多項快捷操作，后者能夠方便的對Centos系統上傳下載文件。

二、充分利用虛擬機快照的功能保證教學進度。

由于Openstack安裝需要很多步驟，過程復雜而容易出錯，如果學生前面跟不上會很快對課程失去興趣，這就需要教師提前安排好進度，設置若干個節點，每個節點以累加的形式建立快照，快照是VMware提供的一項十分有用的功能，是虛擬機磁盤文件（VMDK）在某個點及時的復本。系統崩潰或系統有改變，你可以通過使用恢復到快照來保持磁盤文件系統和系統存儲，在本門課中可以在網絡配置、yum源配置、安裝組件前、全部完成等分別布置快照，這樣學生的學習難度會大大降低，做錯了可以任意還原到最近的快照點，從而大大減少重復性的工作。

三、錄制操作視頻是提高教學效果的重要手段。

對高職學生進行云計算教學，因為原理類的知識十分枯燥，要盡量多練少講，在搭建中學習，我在教學中發現學生由于linux命令行模式的不熟悉，出錯概率極高，基本每個人都會出現若干個小錯誤，而linux環境下的排錯費時費力，這樣就會大大降低課堂教學效率，老師忙的暈頭轉向，學生也怨聲載道，很容易讓一些耐力差的學生放棄學習，所以一定要提前錄制好操作視頻，我采用的是屏幕錄像專家軟件，生成的視頻文件很小，能夠極大的提供教學效果，把教師從低水平重復勞動中解放出來，而關注學生的特殊問題解答，實踐證明錄制視頻是磨刀不誤砍柴工的好方法。

四、充分利用腳本的功能屏蔽不必要的技術細節。

Linux的精華之一就是他的腳本編程，但難度稍高，特別是涉及正則表達式的操作學生往往難以理解，以往在linux教學中腳本編程不是重點，但我們經過協商，在linux教學中重點訓練了學生的腳本編程能力，在云計算這門課中就會發揮極好的作用，我在教學中就引導學生一邊按照文檔一步步搭建，一邊編寫自己的腳本文件，最后達到一鍵部署的效果，如果環境有變化也僅僅是改動文檔的幾個地方，極大的提高了效率，而且這份文檔就是學生自己的成果，對于一些非關鍵性的配置，寫到腳本中就不必要細究，而關鍵部分要詳細查看并反復驗證，從而把一個復雜的云計算環境搭建處理得井井有條，腳本可以嵌套，類似調用函數一樣，加上注釋，就是每個學生這門課的精華，實踐證明學生有能力獨立完成這項工作，并具有相當的成就感，看著只需要敲一個命令，飛速掠過屏幕的安裝過程，到最后打開自己搭建的云計算環境，這種成就感讓學生們十分興奮。

云計算搭建課程的教學資源目前還很欠缺，針對高職層次的更是很少，而權威文檔基本都是英文的，所以對教師的要求較高，很多問題都要自己想辦法解決，環境測試也費時費神，但經過以上的教學實踐，學生們普遍反映收獲很大，有部分學生主動嘗試其他廠商的產品，還有同學的直接在畢業設計環節專項研究云計算的應用，證明這一代表未來的技術已經被學生消化吸收，相信會對學生的將來產生積極的影響。

作者簡介：

徐峰，男，1970年9月出生，漢族，山東威海人，教授職稱，碩士學位，無錫城市職業技術學院物聯網工程學院教師。

（作者單位：無錫城市職業技術學院）