教育信息化建設虛擬化技術應用
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［摘要］教育信息化是教育現代化發(fā)展的重要體現，也是推進教育教學改革創(chuàng)新，提高教育質量的重要著力點。該文通過對虛擬化技術的內涵及其優(yōu)勢分析，著重從四個維度對虛擬化技術在高校教育信息化建設中的應用領域及其實現技術路徑進行了探索。
當前，教育信息化已成為我國教育現代化事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。為推進落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》文件精神，教育部先后下發(fā)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃》等重要文件，明確提出了我國教育信息化長遠發(fā)展計劃。2018年4月，教育部再次發(fā)文《教育信息化2.0行動計劃》，明確了新時代我國教育信息化總體發(fā)展目標任務與行動計劃[1]。在高等教育領域，如何根據學校自身現有條件有效推進信息化建設升級一直是眾多研究者和教育工作者密切關注的課題。
一、虛擬化技術內涵及其優(yōu)勢
虛擬化技術是一種利用相關軟件或程序通過構建虛擬化層將物理資源映射轉化為邏輯上可便于管理的虛擬資源的方法。其概念最早由美國學者克里斯托弗提出，而真正將其概念轉變?yōu)楝F實的是IBM于1972年推出的VM虛擬機。虛擬化技術的本質是將運行在真實物理環(huán)境上的計算機服務系統轉化映射為運行在虛擬環(huán)境中的服務系統，而用戶對虛擬環(huán)境中資源的操作訪問與真實物理環(huán)境一致。虛擬化技術實現的主要思路是：通過借助相關軟件或固件管理程序建立虛擬化層，將底層的物理實體資源映射轉化為抽象的虛擬資源，然后通過向上層提供與原本運行環(huán)境相一致的接口，進而使原本物理資源可以在該接口提供的虛擬環(huán)境中正常運行[2]。虛擬化技術的應用優(yōu)勢主要體現如下：（1）可擴展性強———虛擬機及其應用程序不完全依賴底層的硬件設施，其只需從物理服務器分配部分資源即可搭建運行環(huán)境，而且安裝部署操作簡便，利于用戶后期資源的擴展需要；（2）可靠性強———虛擬機的故障率相對較低，應用程序運行過程中若虛擬機出現故障并不會對物理主機造成影響，一般可通過技術人員手動動態(tài)遷移虛擬機、快照、克隆等方式解決避免故障問題；（3）安全性高———虛擬機之間的完全隔離模式保證了其相互不受干擾，虛擬化的防護措施將物理主機與虛擬機軟硬件隔離部署，進而增強了用戶訪問安全性；（4）便于管理維護———虛擬化可以減少物理服務器數量及其故障頻率，并可通過專業(yè)軟件可視化界面對虛擬機環(huán)境進行統一監(jiān)控管理，方便了技術人員日常管理維護；（5）投入成本低———與同體量的物理環(huán)境部署相比，虛擬環(huán)境下的基礎設施建設投入相對較低，維護管理成本低。當然，除此之外，虛擬化技術統一化的調配管理策略提高了服務器及其資源的利用率，可實現快速部署業(yè)務、集群化管理服務等優(yōu)勢。
二、虛擬化技術在高校教育信息化建設中的應用及其實現技術路徑
（一）主要應用領域根據高校日常辦公及業(yè)務發(fā)展需要，虛擬化技術在高校教育信息化中的應用領域一般包括教務辦公、課程教學、基礎設施建設、應用系統管理等方面。
1.在教務辦公中的應用。教務辦公是高校日常業(yè)務之一，主要負責教務管理、行政審批等各項工作。當前無紙化辦公模式尤被推崇，其不僅節(jié)省了大量辦公成本投入，也著實提高了教務辦公效率以及師生的滿意度。在此，可利用虛擬化技術創(chuàng)建教務辦公運行支撐環(huán)境，例如創(chuàng)建基于虛擬環(huán)境的OA無紙化辦公應用系統，或者為師生創(chuàng)建共享虛擬服務空間與設備設施等。采用這種虛擬技術模式，在為廣大師生提供業(yè)務辦公便捷的同時也提高了數據的安全性。
2.在課程教學中的應用。高校的課程門類比較豐富，許多專業(yè)課或實驗課都需要配備專門的實驗實訓環(huán)境。在教學環(huán)境、實訓條件等諸多因素受限的情況下，可根據任課教師的教學需求靈活配備虛擬化應用場景服務。例如，針對建筑工程學、物理、化學等專業(yè)性較強的課程建立虛擬實驗室，方便學生在模擬場景中對知識的理解應用；為程序設計、計算機操作系統、計算機組裝維護等實驗實訓課程建立虛擬實訓環(huán)境，便于學生實踐練習。
3.在基礎設施建設中的應用。高校信息化建設的根本在于學校的辦公、教學等諸多業(yè)務借助網絡化信息系統來實現，而信息中心是承載全校信息系統的基礎保障。面對設備無法滿足業(yè)務增長的需求、運維管理復雜化、能耗高、投入成本大等現狀問題，信息中心采用虛擬化管理方式來對各種網絡部件設施虛擬化，實現數據、基礎設施、應用服務等集中管理，最終達到對資源的統一管理，進而在提升設備資源利用率的同時也提升系統應用服務的可靠性與安全性。4.在應用系統管理中的應用。應用系統是一種利用信息技術手段實現業(yè)務辦公的服務軟件，例如OA辦公系統、教務系統、網絡教學系統、學生管理系統、圖書管理系統等。除此還有各種網絡課程、移動端應用、資源共享系統等，許多高校應用系統多則成百上千。對此，采用虛擬化技術對各類應用系統進行統一、集群分類管理，一方面這種規(guī)范化的管理模式可改善全校應用系統日常維護的復雜度，另一方面有利于今后對應用系統安全防范與擴展升級。
（二）技術實現路徑在高校信息化建設中，針對業(yè)務辦公發(fā)展需要，一般可采用服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化、應用虛擬化等技術路徑來實現虛擬場景應用[3]。
1.服務器虛擬化技術。服務器虛擬化又稱作系統虛擬化，其本質是利用特定的軟件或技術共享一套物理設備資源，將一臺物理服務器抽象成多個邏輯上存在且互不干擾的虛擬服務器，而每個虛擬服務器上可安裝不同的操作系統。實踐中，可對高校PC服務器進行統一化虛擬整合，使其形成一個完整的服務資源池，然后根據各個業(yè)務系統的不同需求為每個虛擬服務器分配合適的CPU、內存、網卡以及存儲資源等。當然，每個服務器的資源配置狀態(tài)也可在后期根據需求動態(tài)調整。
2.網絡虛擬化技術。網絡虛擬化是將軟硬件網絡資源整合形成一個基于軟件管理單元的虛擬網絡實體，其目標是實現多種虛擬機管理平臺間動態(tài)遷移的靈活度，讓虛擬機不受限于特定集群、網絡環(huán)境。網絡虛擬化通常可分為外部虛擬化和內部虛擬化，前者主要通過將多個網絡單元組合或細化虛擬網絡方式實現，后者利用軟件或虛擬接口配置系統進而通過軟件模擬物理網絡。一般高校存在行政辦公、教務、財務、教學、圖書、實驗室等多個網絡，其可通過VPN、VLAN等將多個局域網虛擬成一個局域網，以此同時滿足集中管控、路徑隔離等要求，確保用戶在各自權限范圍內訪問業(yè)務服務。
3.存儲虛擬化技術。存儲虛擬化實質是將存儲硬件抽象化處理，其通過將原本分散異構的存儲資源集中虛擬成一個存儲資源池，達到資源共享、統一管理、提高效率等目的。實踐中，高?？筛鶕I(yè)務需求配置不同的存儲資源。為了實現存儲資源的高速穩(wěn)定訪問，核心業(yè)務系統可采用基于光纖通道交換機連接的FCSAN架構存儲，如高性能計算平臺、高性能存儲器等；非核心業(yè)務系統可采用IPSAN架構來訪問整合之后的存儲環(huán)境，其具備開放性、高傳輸速率、兼容性好等優(yōu)勢。
4.應用虛擬化技術。應用虛擬化通過將應用程序與操作系統解耦合，實現應用程序能運行于虛擬環(huán)境。在應用虛擬化模式下，用戶無需在PC端安裝應用程序也能正常體驗各種應用服務。應用虛擬化技術目前有基于服務器應用和基于客戶端應用兩種模式，前者適合在用戶終端數量較多情況下的大規(guī)模部署，后者適合在規(guī)模小且資源使用率較高的應用環(huán)境部署。
三、結束語
虛擬化技術的優(yōu)越性使其成為高校教育信息化建設中重要角色。文章通過對虛擬化技術內涵及其優(yōu)勢分析進一步探討了其在高校教育信息化建設中的應用領域，并著重從服務器虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化以及應用系統虛擬化四個維度探索了信息化建設技術路徑。
參考文獻
［1］教育部.關于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知［EB/OL］.
［2］楊宏,張喜成,等.虛擬化技術在高校機房管理中的應用［J］.軟件導刊,2015(9):184-185.
［3］鐘靖龍.高校數據中心虛擬化環(huán)境的建設與應用研究［J］.電子世界,2019(6):69-70.
作者：趙學孔 龍世榮 單位：廣西教育學
