服務器虛擬化在計算機文化基礎在線考試中的應用

屠志青　吳剛

摘要：隨著《計算機文化基礎》課程逐步采用在線考試方式，出現了如服務器投入成本增加、運營維護成本增加、耗電增多、容易出現軟件故障進而影響考生成績等一系列的問題。通過對虛擬化技術的深入研究，將這項技術應用到考試服務器部署中，對服務器虛擬化的構建和網絡改造，提高服務器資源利用率，降低采購設備和運維成本，提升整個考試系統的靈活性和快速響應能力，同時更加綠色節能環保。

關鍵詞：服務器;虛擬化技術;在線考試;計算機文化基礎;VSphere

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）03-0082-03

Abstract： With the gradual adoption of online examination in the course of computer culture foundation， there are a series of problems， such as the increase of server investment cost， the increase of operation and maintenance cost， the increase of power consumption， the easy occurrence of software failure and the influence of examinees' scores. Through the in-depth study of virtualization technology， this technology is applied to the deployment of examination server. The construction of server virtualization and network transformation can improve the utilization rate of server resources， reduce the cost of purchasing equipment and operation and maintenance， improve the flexibility and rapid response ability of the entire examination system， and be more green， energy-saving and environmental protection.

Key words： server; virtualization technology; online examination; fundamentals of computer culture; VSphere

1 引言

隨著計算機技術和通信技術的高速發展，高校中采用基于網絡的在線考試系統的課程日漸增多。《計算機文化基礎》課程是理論與實踐相結合的課程，如果采用傳統的筆試方式，考試成績不能如實反映學生的學習水平，最終導致的是難以檢查出教學中存在的問題，這就要求在計算機上進行理論以及操作的考試。在線考試系統能夠讓考試更加公平和可靠，它具有隨機抽取試卷、系統自動評分等優點，并能減輕教師的工作量，提高教師的工作效率。但由于對考試服務器、網絡設備等硬件設備的要求以及資金有限等問題，這使得在構建在線考試系統時出現了一些亟待解決的問題。

2 研究現狀

2.1存在的問題

1）針對目前的教學需要和網絡架構，每個機房都要安裝一臺考試服務器，這樣既要增加服務器和網絡設備投入，還會增加管理員的工作量。隨著硬件設備的不斷增多，安裝和維護成本也不斷上升。

2）考試服務器在考試過程中，作用就是收集學生的答卷數據及完成考試管理的工作，但由于管理員和教師在使用考試系統的過程中，誤操作或其他原因將會造成軟件故障，甚至崩潰，這將影響到正在考試的考生，會延誤考試，甚至影響考試成績。

3）服務器利用率低的問題。一臺物理服務器一般會安裝多個應用，由于有些應用經常被使用，有些應用卻較少被使用，這就造成有些服務器的資源占有率不超過10%，即使是使用較多的應用的服務器的資源占有率也不會超過30%，這導致大量的系統資源浪費，同時設備增多還會造成耗電增高，二氧化碳排放增大。

2.2 服務器虛擬化技術

虛擬化技術是一項比較成熟的計算機技術。虛擬化通常是指計算元件在虛擬的基礎上而不是真實的基礎上運行。服務器虛擬化技術主要是將一臺物理服務器抽象成多個小的虛擬服務器，使之不再受物理上的限制，將CPU、內存、磁盤等硬件資源變成資源庫，能夠進行動態管理。虛擬服務器也稱為虛擬機，每個虛擬機有相對獨立的硬件資源，包括CPU和內存等，不同虛擬機之間相互獨立，彼此互不影響。

服務器虛擬化技術是動態資源調度的核心，也是災難恢復的一個有效解決方案。使用服務器虛擬化技術可以減少服務器數量，提高穩定性，節省空間，減少宕機時間，促進服務器的整合，顯著提升服務器利用率，可以將服務器的利用率提高到60%甚至更高。

目前常見的服務器虛擬化軟件有三種：分別是Citrix XenCenter，微軟Hyper-V，VMware vSphere。XenCenter是Citrix的虛擬化圖形接口管理工具，可在同一界面管理多臺XenServer服務器。微軟的Hyper-V是微軟提出的一種系統管理程序虛擬化技術，是微軟第一個采用類似Vmware和Citrix開源Xen一樣的基于hypervisor的技術。VMware vSphere是運行在服務器裸機上，是基于硬件之上的架構。用一臺物理服務器作為底層硬件，建立多個虛擬機，實現集中管理，還可以方便的做服務器集群。目前使用得最大也最廣泛的服務器虛擬化軟件是VMware vSphere。

3 在線考試系統

3.1在線考試系統結構

本系統是基于 C/S 模式的《計算機文化基礎》課程在線考試系統，主要由命題系統、教師服務端和學生端組成，通過該系統可以實現《計算機文化基礎》課程的上機操作考試和理論考試，該系統還具有在線評分的功能。

1）命題系統

命題系統的作用是將不同題型的試題錄入到在線考試系統的題庫中。命題系統的主要功能為試題的錄入和組卷，①試題的錄入就是將試題存儲在 SQL Serve數據庫中，可以錄入的題型為：選擇題、漢字錄入題、文件操作題、Word操作題、Excel操作題、PPT操作題等。②系統提供了三種不同的組卷方式：固定組卷、手動組卷和自動組卷。

2）教師服務端

教師服務端的作用主要是設置考試和監控考試，主要的功能包括設定考試時長、試卷的配置、學生信息的管理、題庫的管理、學生成績的查詢和導出以及監控考試過程等。

3）學生端

學生端一般安裝在機房內考試計算機上，學生端計算機的IP地址與服務器的 IP 地址必須在同一網段中，而且服務器還要查詢考試數據庫以及考生的考試信息是否正常運行。在學生考試過程中，系統會提供記憶功能，當考試系統出現故障或者崩潰時，考試學生答題的數據不會丟失。

3.2 在線考試系統功能

《計算機文化基礎》課程在線考試系統是建立在局域網上的基于 C/S 模式的網上考試平臺，其主要包括以下功能：

1）考生登錄。考生通過學號就可以登錄到在線考試系統中，登錄考試界面后，會顯示考試的題型以及考題的分值，選擇不同的試題，就會打開相應的考試窗口和題目要求。

2）用戶管理。只有教師或管理員才能夠使用用戶管理功能，能夠對考生信息進行添加、修改、更新、查詢以及導入等。

3）題庫管理。教師可以導入、修改和更新題庫。

4）在線考試。考生通過學號就可以登錄考試界面進行答題，系統會根據設置進行自動抽題。考生交卷后，系統會自動評分，最后將考生成績存儲到數據庫中。考試結束后，系統將為每名考生生成一份標準的Word試卷，自動保存在教師服務端。

5）考場管理。能夠為機器出現故障或其他原因造成中斷考試的考生設置重考，還能顯示考生的考試情況，包括考生考試機器的信息、考生的信息、考試剩余時間等，并將考生的考試狀態分為未登錄、考試中以及考試結束等狀態。

6）成績查詢和回收。教師可以根據學號來查詢考生成績，并以Excel表格形式導出成績。考生可通過系統自動生成的word試卷來查詢自己的考試成績。

4 服務器虛擬化的構建和部署

4.1 網絡部署

由于現有的網絡結構不能滿足服務器虛擬化后的網絡要求，根據現有的設備，對網絡結構進行了調整，改造之后的網絡結構如圖1所示。

重新規劃后，在匯聚層交換機上劃分VLan，分配不同的網段給每個機房，為每個機房配置一臺虛擬考試服務器。

4.2 服務器虛擬化的部署

現有能用于《計算機文化基礎》課程考試的服務器一共4臺，分別于2010年和2013年購入，配置比較低端，考試用的學生機分布在6個機房，為了方便管理和統計成績，不同班級的考試需要在不同的機房完成，互不干擾，因此每個機房需要安裝一臺考試服務器。

VMware vSphere是VMware公司推出一套服務器虛擬化解決方案，主要組件有 VMware ESXi Server、VMware vCenter Server、VMware VMotion、VMware vSphere Client等，本次《計算機文化基礎》課程考試服務器虛擬化的部署就是采用現今相當成熟的VMware vSphere技術架構。

部署的過程如下：

1）虛擬化數據中心的部署。首先在4臺物理服務器上安裝ESXi Server 6.0，然后為這4臺 ESXi主機配置的相應管理IP及登錄賬號;選擇一臺ESXi主機用來安裝 vCenter Server，用于綜合管理其他ESXi主機和虛擬機;再選一臺裝有 Windows7 及以上版本操作系統教師用計算機作為管理機，在這臺計算機上安裝 vSphere Client 客戶端，用于登錄安裝vCenter Server的虛擬機，來管理 ESXi主機。

2）構建虛擬網絡，實現虛擬機與物理網絡的連接。vSphere虛擬交換機的運行方式與物理交換機十分相似，根據現有機房的數量和考試服務器的要求建立虛擬交換機來構建虛擬網絡，為每臺虛擬考試服務器分配相應的虛擬端口和物理網卡，使考場和對應的考試服務器之間處于相同的網段和VLAN，從而實現既能集中管理考試，又能實現考場的隔離。

3）虛擬考試服務器的建立。VMware Converter是用于將物理機轉換為VMware虛擬機的解決方案。首先利用VMware Converter將物理考試服務器轉換為虛擬機，對虛擬機的CPU、內存、存儲空間等參數進行設置;其次，以此虛擬機來建立模板，利用模板轉換出其他的虛擬考試服務器和虛擬備用服務器，并設置相應的參數。第三，進行快照。虛擬機具有快照功能，它可以完整地保留虛擬機的當前狀態。當考試服務器出現故障，甚至崩潰時，可利用快照快速恢復，使服務器恢復到正常工作的狀態，不會影響考試的進行。

4.3 服務器虛擬化的應用效果

通過服務器虛擬化的部署，完成了資源的整合，既節約了能源，又使服務器的資源使用率大大提升，還提升了整個系統的靈活性和快速響應能力。從管理上來看，實現了考試的集中統一管理，各種信息、虛擬機的運行狀態一目了然（見圖2），工作效率大大提高。

5 結束語

通過服務器虛擬化技術對服務器進行整合，降低采購硬件和維護的成本，提高服務器資源利用率，增強了服務器的管理和維護，在方便老師和學生的同時降低了學校的運營成本，還為綠色節能環保等方面提供了較好的解決方案。

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【通聯編輯：王力】