ｌｌｌ技术广角………………………． ■ｅｃｈｎＯｌＯｇｙ Ｐａｎｏｒａｍａ 基于计算思维的云计算管理平台 方案研究＊ 邓单 （广州番禺职业技术学院，广州５１１４８３） 摘要：以计算思维能力培养为目标，结合云计算实训 体系建设，提出面向计算思维的云管理平台方案设 计算思维研究现状 计算思维（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｔｈｉｎｋｉｎｇ）的概念最早 计框架，以培养适应云计算发展的专业技术人才。首 先介绍了计算思维的基本概念和目前高校对计算思 维研究的现状，从系统层面分析了云计算实训体系 基本框架，基于计算思维能力培养，对云管理平台设 计方案进行详细分析。 由美国卡内基梅隆大学周以真教授于２００６年提 出Ｉ”，并做了系统的定义与分析。２０１０年，中国高校 关键词：计算思维，云计算，云管理平台，实训体系 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｒｉｃｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｉｄｅａ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒｏｎ－ ｔｉｅｒ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｉｎｋｉｎｇ．Ｔｈｅ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｌｅｖｅ１．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ａ－ ｃ９联盟发表计算机基础教学发展战略联合声明嘲， 呼吁将计算思维能力的培养作为计算机基础教学的 核心任务。从此，计算思维理论的研究与应用受到越 来越多的关注。文献【３】将计算思维理论应用于课堂 教学，提出面向计算思维课堂教学应注意解决的若 干问题；文献［４］分析计算思维的特征和开放式教学 模式的特点，以多核程序设计课程教学为实例，提出 构建基于计算思维培养的开放式教学模式；哈尔滨 工业大学战德臣［５１等提出面向计算思维的大学计算 ｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｌｏｕｄ ｍａｎａｇｅ— ｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｉｎｋｉｎｇ，ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ， ｃｌｏｕｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｒａｉｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ 女基金项目：广州市教育科学“十二五”规划面上一般课题（编 号：１２０１４３１０７５），广东省高教学会云计算与大数据专委会科 研课题（编号：ＧＤＹＪＳＫＴ１４—０６）资助项目成果。 Ｑ 竺 Ｚｏｏｓ………………… ……… ………………………Ｍ 籼ＧＹｏ ｅｏ 眦ＡＴｌｏ鹅 机课程教学内容的最小集合与实施方法，基于计算 思维能力培养目标，详细分析了各教学模板的必要 性与内容构成。袁磊等Ｉ６１结合应用型人才培养的需 教学资源管理、实训课程管理、实训软件管理、实训 考核管理、用户管理、权限管理及其他个性化设置管 理等。 要，提出基于计算思维的探究式教学模式，具体内容 包括课程改革、实践环节以及多维评价机制。 （４）云实训课程：云计算课程主要由云计算理论 课程和云实训课程两部分组成，涵盖云计算基础原 虽然计算思维的准确定义分歧仍然较大，但已 理、核心技术、平台实践、云应用案例等。 有部分内容取得了较大范围的认同。周以真教授对 计算思维给出如下定义【 １：计算思维是运用计算机科 学的基本概念去求解问题、设计系统和理解人类的 行为；计算思维涵盖了反映计算机科学之广泛性的 一系列人类的思维活动。计算思维所使用的方法有 约简、嵌入、转化和仿真等。一方面，通过抽象化和分 解化将复杂问题简化为若干个容易描述的小问题来 处理；另一方面，通过启发式推理，在不确定性条件 中寻找帮助、提出方案、解决问题。 本文探索以计算思维能力培养为目标，结合云 计算实训体系建设，提出面向计算思维的云管理平 台方案设计框架，以培养适应云计算发展的专业技 术人才。 ２云计算实训体系 云计算实训体系一般采用云计算模式集中部 署，提供虚拟资源池，通过云管理平台实现底层计 算、存储与网络资源的动态调度，集中化的实训教学 管理平台实现对实训资源、教学及实验环境进行统 一管理。云计算实训体系整体架构主要由实训基地、 云管理平台、云教学平台和实训课程四大部分构成： （１）实训基地：主要包括实训室内部装修，以及 供配电、照明、综合布线、场地监控、冷却系统、气体 消防等安装工程。 （２）云管理平台：主要包括云资源中心、云服务 中心、云运维中心三部分。 （３）云教学平台：为云计算教学实践和实训提供 一个统一的管理服务平台，包括实训资源调度管理、 在云计算实训体系中云管理平台是最为复杂的 模块，它需要配置和部署各类应用场景，管理云基础 硬件设备，同时还需要考虑与其他应用系统的平衡 迁移，以最大程度保证用户体验。所以，云管理平台 的设计是云计算实训体系中的核心技术难点。本文 将计算思维的教育理念引入到云计算实训体系设计 中，以培养学生计算思维能力为目标，重新设计云管 理平台整体方案，以适应未来云计算人才的需求。 ３云管理平台方案设计 云管理平台一般要求通过把云计算资源转化为 服务，构建随需应变的ＩＴ架构，实现服务交付和服 务支持管理。同时，平台基于面向服务（ＳＯＡ）的软件 架构设计，遵循ＩＴＩＬ服务管理方法论，通过Ｗｅｂ２．０ 的方式为用户提供各种类型的云服务，使得云服务 资源能更快捷、准确地被获取和交付使用，实现了云 计算资源接人、管理与使用的一体化。典型云管理平 台架构如图１所示。 用户自助履务门户 Ｉ管理九户 账户管理ｌ Ｉ置务管理＝＝＝＝＝＝： ＝＝＝＝ ０订单管理ｌＩＩ奎 ｆ 蕾ｌ矗ｌ控ｌ‘ｌ ｌ发票管理＝＝＝＝＝＝： ＝＝＝＝＝＝ ｌＩ克值管理１ 云服务 巾・ ｌ 实倒管理 ｌＩ模板管理 Ｉ ：兰—各＝一 ｌ订单管理＝＝＝＝＝ Ｉｌ实例管理 ＝＝＝＝＝ ｆ存储管理ｌＩ琦蝽管理ｆ１种ｆｆ奎Ｉ务 ｆ 卷管理 『Ｉ袂Ｊ！曩管理 ｌ快熙管理ｌＩ甩户管理０理 理Ｉ Ｉ存储管理ｌ１两络管理 络管理 … 妻 生 …ｊ …墨 堂 … ！ ～曼 ！ 曼一ｊ …＾ｌ妻董冬 曼…ｊ 云 远维中心 壁 熏蔓 ＿ Ｉ鲢葚鲤 ＿厕 熊 一Ｉ［囹 囹［四 Ｊ赍潭控｛ｌｊ面板Ｊ Ｊ 青源池管理 Ｉ Ｊ奎局设王量理ｌ Ｊ厦务方童管理ｌ ｑ， 泺厂丽 ］ｒ 、……一 Ｌ＿＿＿＿一Ｊ 厂丽警 …～ — 一 厂礤 ０……一一ｊ ｆ一丽 ～……√ ｉ青承赶现 ｌ青濠鄙暑ｌ ｌ量薄调度ｉ｝峰谷量理｛ ｉ使用计量｛ 图１云管理平台功能架构图 一……………～…………２ｏ１５年第２期现代电信科技 § …一 …～……＿。一～＿ 。ｉ ｉｉｉｉ ｉｉｉ —●， ｌＩｌ技术广角………………………・ 一ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ薹：．ａｎｏｒａ１．ｎ 云管理平台包括云资源中心、云运维中心与云 服务中心。 迁移至其他物理机，云平台提供了在无停机热迁移 的功能。对虚拟机ＩＰ资源的管理、ＶＬＡＮ的管理、可 实现虚拟机ＩＰ地址的自动分配和回收，支持多个子 ３．１云资源中心 网和虚拟机的多网卡、防火墙和负责均衡等高级网 云资源中心是基础，实现了计算资源、网络资源 络功能。 和存储资源的虚拟化和池化，通过资源发现、调度、 迁移和容量管理，提供了资源的统一管理和调度功 （６）资源监控：对各种资源的使用情况进行计 量，为运营管理的资源计量提供支撑，提高对资源的 能，为各种资源模版的管理和资源实例进行全生命 管控能力和促进资源的优化利用，并提供资源统计 周期的管理。其具体功能包括： 报表功能。容量管理需依靠对资源的监控，对当前资 （１）用户与组织管理：平台管理员可以管理整个 源的容量和分配情况，拥有告警信息，对异常事件进 平台的人员组织架构以及用户信息，其中组织架构 行有效的监控和展示。 信息既可以个性化创建，也可以来自于用户的ＡＤ 服务器以便与现有架构快速融合。而用户管理方面 更是可以为不同用户指派可用云服务的权限，或创 ３．２云服务中心 云服务中心通过云资源中心提供出来的管理引 擎接口，将原本静态分配的ＩＴ基础设施抽象为可管 理、易于调度、按需分配的资源，并对这些封装好的 资源进行运营管理，具体包括资源的计费管理、服务 建角色让一组用户拥有相同权限。 （２）统一权限认证管理：平台提供多种权限认证 方式，支持将多种虚拟化管理平台统一认证管理，实 现统一单点登录。 目录管理、服务实例管理、订单管理、服务模版管理 和用户管理等。云服务中心具体功能应包括： （１）云服务中心提供自助管理界面和用户自助 服务界面。 （３）异构的虚拟化平台管理：管理平台是基于开 放、标准的技术架构研发，支持异构的虚拟化技术， 可统一管理ＶＭｗａｒｅ、Ｏｒａｃｌｅ ＶＭ、ＫＶＭ、Ｘｅｎ等主流 虚拟化平台。 （４）资源池管理：服务门户提供管理员对整个云 （２）服务门户提供管理员创建、查询、修改、删除 和发布服务模板，让最终用户可以通过服务目录浏 览和选择所需的服务。 平台资源池的统一管理，包括物理资源和虚拟资源， 实现添加、修改、删除资源池（包括虚拟数据中心、机 柜、群集、主机等）操作。 （５）虚拟机管理：通过云资源中心，平台管理员 可以对所有虚拟机进行管理，包括虚拟机运行、重 （３）平台管理员通过服务目录可以实现对云管 理平台提供的服务集中管理，包括：添加服务、删除 服务、修改服务、查询服务以及发布服务。服务目录 功能指的是提供给云管理平台用户的功能，服务包 启、重新配置、删除、维护和释放等。平台管理员在创 建虚拟机时可以在管理界面选择高可用属性，这种 括：主机模板、负载均衡服务和存储服务等多种服 务。每一个完整的服务必须包括以下属性：服务编 类型的虚拟机，其硬盘数据将自动保存在共享存储 码、服务名称、服务权限、服务版本、配套计算资源、中，一旦它所在的物理机宕机，云管理平台会自动在 配套存储资源、配套网络资源、配套软件资源、服务 另外的物理服务器中恢复运行此虚拟机。随着运营 费用、策略信息、服务目录状态。 时间的增长，物理设备会逐渐老化，出现服务器过 （４）对服务实例从创建到回收的整个过程进行 保、硬件损坏等情况，因此需要将其中运行的虚拟机 管理，包括对服务实例的自动部署、用户对服务实例 Ｑ 竺翌． 粤～ ……………一一………… ……………………Ｍ 撇０Ｇｖ０ＦＴＥＬＥｃ０洲ＮｌｃＡＴ１０ 的使用、更改、申请作废、系统对服务实例对应资源 的释放和回收等。 如果平台还需要对具体应用的各项服务，如Ｏ— ｒａｃｌｅ服务、ｗｅｂｓｐｈｅｒｅ服务、ｓｑｌｓｅｒｖｅｒ服务等进行更 详尽的监控，云平台中还可以方便结合第三方应用 或进行定制化开发，从而进行更加全面的数据监控， 并支持报警情况下的短信、邮件发送功能。 （５）服务门户提供用户申请具体服务，并生成服 务订单。订单审批提供资源申请的创建、修改、删除、 查询、批准、拒绝功能。平台用户拥有申请的创建、修 改、删除、查询权限；运营管理员拥有申请的查询、审 批权限。 （６）利用软件库可以非常方便的管理云实训环 境常用的软件，平台管理员可以进行软件的注册、禁 用、删除等功能，在资源申请的时候通过简单的参数 配置并提交后，软件将自动完成安装部署工作，避免 人工操作带来的错误风险以及技能差异，让应用软 件的操作部署真正标准化、工业化。 （７）最终用户在使用平台资源的过程中，当出现 故障时，用户可以通过报障中心上传故障信息，管理 员可以通过故障列表，帮助用户解决故障问题。 ３．３云运维中心 ’ 云运维中心主要功能包括云资源监控、第三方 监控集成、监控策略管理等基本功能。 云资源监控可分为如下几个层次： （１）整体监控：系统管理员可以对当前系统的资 源状况进行监控，如，对ＣＰＵ，内存，磁盘存储，网络 平均１０等指标进行监控。 （２）业务监控：系统首页可以展示系统当前状 态，如虚拟机状态、存储资源状态等。 （３）Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ监控：系统管理员可以对当前服 务器的资源状况进行监控，如，对ＣＰＵ、内存、磁盘 存储、网络平均ＩＯ等指标进行监控。 用户通过云运维中心对云平台的各种资源（如 ＣＰＵ、内存、存储、网络等）使用状况进行记账，并可 以生成多种格式（Ｅｘｃｅｌ，Ｐｄｆ，Ｈｔｍ等格式）的监控报 表。用户还可通过上机日志对云运维中心进行日志 审计，查看虚拟机的操作时间、操作类型、操作者、所 属项目、操作结果（是否成功）和操作描述。 ４结论 本文以计算思维能力培养为目标，结合云计算 实训体系建设，提出面向计算思维的云管理平台方 案设计框架，以培养适应云计算发展的专业技术人 才。文章首先介绍了计算思维的基本概念和目前高 校对计算思维研究的现状，从系统层面分析了云计 算实训体系基本框架，基于计算思维能力培养，对云 管理平台设计方案进行详细分析。云计算实训体系 内容广泛，如何将计算思维理论应用于实训课程设 计，也是未来研究的方向之一。 圃 参考文献 【１】Ｗｉｎｇ Ｊｍ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｔｈｉｎｋｉｎｇ．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ 【Ｍ】，２００６，４９（３）：３３－３５． 【２】冯博琴．九校联盟计算机基础教学发展战略联合声明 【ｎ１．２０１０；２０１４－１ １－０４．Ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｒｏｍ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｄｕ．ｃ ｇｄｔ＿１０８０６／２０１ ００９３０／ｔ２０１００９３０＿５２６５４５．ｓｈｔｒｎ１． 【３】赵铭伟，朱鸣华，杨微．以计算思维为导向的课堂教学设计初探 们．教育教学论坛，２０１３，４８（１）：１６１—１６３． ［４］张建强，王晓政．计算思维培养与开放式教学模式研究［Ｊ】．计算机 教育，２０１３（０２１）：８７—９０． ［５】战德臣，王浩．面向计算思维的大学计算机课程教学内容体系 ． 中国大学教学，２０１４（７）：５９—６６． 【６］袁磊，宁彬，谷琼．计算思维在计算机应用型人才培养中的应用 探索【Ｊ】．计算机时代，２０１４（４）：６２—６３． 作者简介 邓单：广州番禺职业技术学院高级工程师、博士，主要研究方向为 计算机网络、信息安全。 辑… 囝