專利名稱：一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及云計算架構(gòu)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)。
背景技術(shù)：
云計算相關(guān)技術(shù)可應(yīng)用于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)，提升能力和效率。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺存在以下問題:(I)計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件購置和更新成本高；(2)管理和維持費用高；(3)靈活性低，更新實驗庫周期長；(4)隔離性和安全性較差，實驗室系統(tǒng)崩潰后重置時間長，難以滿足網(wǎng)絡(luò)安全等教學(xué)實驗的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)。該架構(gòu)可以為教師和學(xué)生提供隨時隨地進行實驗的基礎(chǔ)條件。同時虛擬化實驗平臺維護費用低，安全性高，實驗室重置操作簡單、時間耗費少，方便學(xué)生放手進行高系統(tǒng)權(quán)限實驗和有潛在危害性的網(wǎng)絡(luò)安全實驗，而不會對實驗系統(tǒng)自身構(gòu)成影響。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提出了一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)，所述基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)包括應(yīng)用層、中間件層、調(diào)度層和資源層，其中，所述應(yīng)用層用于為用戶提供交互界面，以實現(xiàn)實驗平臺與用戶之間的信息交互；所述中間件層包括處理引擎，所述處理引擎用于對所述應(yīng)用層提交的用戶的操作請求進行處理，并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為資源調(diào)度要求后向所述調(diào)度層發(fā)送資源分配請求；所述調(diào)度層在接收到所述中間件層發(fā)送的資源分配請求后，通過云管理平臺調(diào)用虛擬機軟件對虛擬實驗環(huán)境進行創(chuàng)建，其中，所述調(diào)度層由云管理平臺、虛擬機軟件、虛擬資源庫組成；以及所述資源層包括物理主機、存儲服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中，所述調(diào)度層的云管理平臺的服務(wù)端和節(jié)點服務(wù)器均部署在所述物理主機上，所述調(diào)度層的資源庫部署在所述存儲服務(wù)器上。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)是構(gòu)建一個能夠滿足計算機網(wǎng)絡(luò)學(xué)科教學(xué)、訓(xùn)練用途的虛擬化云實驗平臺，利用云計算管理平臺、虛擬化技術(shù)以及任務(wù)處理中間件，靈活方便地提供仿真的實驗環(huán)境，快速按需地提供實驗資源。能夠有效防止計算機安全實驗對實驗系統(tǒng)及外部網(wǎng)絡(luò)的潛在危害，使學(xué)生在實驗時可以放手操作，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動接受轉(zhuǎn)向主動探索，同時也把教師的角色更好地解放出來，由知識傳授者轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)引導(dǎo)者，從而使學(xué)習(xí)的整個過程更加合理高效，也為更好地完成實踐性要求高的計算機網(wǎng)絡(luò)管理學(xué)科的教學(xué)任務(wù)提供了幫助。具有以下優(yōu)點:
1、能夠滿足計算機網(wǎng)絡(luò)管理學(xué)科的在線實驗訓(xùn)練需求。2、能夠指導(dǎo)安全仿真的實驗訓(xùn)練環(huán)境建設(shè)，方便學(xué)生進行需要高權(quán)限或?qū)λ诰W(wǎng)絡(luò)有潛在危害性的網(wǎng)絡(luò)安全實驗，可以幫助計算機網(wǎng)絡(luò)安全等學(xué)科的學(xué)生獲取寶貴豐富的動手經(jīng)驗。3、設(shè)計具有較好的性能，任務(wù)處理和資源分配速度快、效率高。4、設(shè)計具有維護費用低，實驗環(huán)境創(chuàng)建方便、實驗環(huán)境重置操作簡單、時間耗費少的特點。5、設(shè)計的多訪問視圖基于權(quán)限進行角色劃分，學(xué)生除了可以參與實驗，還可以申請更高的權(quán)限，對實驗環(huán)境甚至實驗本身進行設(shè)計，能夠激勵學(xué)生的積極參與和自主探索。6、設(shè)計采用了松耦合度的設(shè)計原則，使各模塊的功能和開發(fā)都相對獨立，便于系統(tǒng)升級和維護，提高了系統(tǒng)的可擴展性。另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:在一些示例中，所述應(yīng)用層提供多個視圖界面，所述多個視圖界面包括學(xué)生視圖、教師視圖和管理員視圖，其中，所述多個視圖界面具有不同功能和權(quán)限，以便學(xué)生、教師和管理員通過相應(yīng)的視圖界面進行操作。在一些示例中，所述中間件層包括任務(wù)處理引擎、實驗管理引擎、實驗結(jié)果評估引擎和用戶認(rèn)證引擎，其中，所述任務(wù)處理引擎用于對學(xué)生提出的各種任務(wù)進行處理；所述實驗管理引擎用于通過與實驗數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互對用戶提交的請求進行處理；所述實驗結(jié)果評估引擎用于根據(jù)學(xué)生的請求對學(xué)生實驗進行評分；所述用戶認(rèn)證引擎用于對實驗平臺的使用者進行管理和授權(quán)認(rèn)證。在一些示例中，所述任務(wù)處理引擎包括前端解析引擎和后端服務(wù)引擎，其中，所述前端解析引擎用于接收學(xué)生提出的請求，并將請求進行解析，所述后端服務(wù)引擎根據(jù)資源選擇算法，結(jié)合當(dāng)前的資源利用狀態(tài)信息，從所述云管理平臺的模板庫中選擇所需的模板，并向節(jié)點服務(wù)器發(fā)送虛擬機及網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建命令；所述實驗管理引擎對用戶提交的請求進行處理包括實驗信息存儲和實驗庫管理；所述實驗結(jié)果評估引擎包括評估腳本集和評分模塊，其中，所述評估腳本集為教師根據(jù)實驗內(nèi)容所設(shè)計的用來對實驗結(jié)果進行自動探查的腳本集合，所述評分模塊對位于學(xué)生試驗網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的腳本執(zhí)行結(jié)果進行收集，并將執(zhí)行結(jié)果與存儲于數(shù)據(jù)庫的答案數(shù)據(jù)進行比對以對實驗進行評價和打分；所述用戶認(rèn)證引擎用于建立帳號信息、驗證登錄用戶和處理賬號管理請求。在一些示例中，所述后端服務(wù)引擎采用的資源選擇算法為在虛擬機模板每次被調(diào)用后，自動計算其對節(jié)點服務(wù)器的平均資源占用率，并將歷史數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，其中，在進行虛擬機資源分配時，對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，計算出虛擬機模板資源占用率的最大似然估計值，并將估計值作為虛擬機模板資源占用的期待值，并根據(jù)節(jié)點服務(wù)器對各類資源敏感度不同，選擇決定性能的瓶頸參數(shù)項，通過如下公式進行節(jié)點選擇計算:
權(quán)利要求
1.一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)，其特征在于，所述基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)包括應(yīng)用層、中間件層、調(diào)度層和資源層，其中， 所述應(yīng)用層用于為用戶提供交互界面，以實現(xiàn)實驗平臺與用戶之間的信息交互；所述中間件層包括處理引擎，所述處理引擎用于對所述應(yīng)用層提交的用戶的操作請求進行處理，并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為資源調(diào)度要求后向所述調(diào)度層發(fā)送資源分配請求； 所述調(diào)度層在接收到所述中間件層發(fā)送的資源分配請求后，通過云管理平臺調(diào)用虛擬機軟件對虛擬實驗環(huán)境進行創(chuàng)建，其中，所述調(diào)度層由云管理平臺、虛擬機軟件、虛擬資源庫組成；以及 所述資源層包括物理主機、存儲服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中，所述調(diào)度層的云管理平臺的服務(wù)端和節(jié)點服務(wù)器均部署在所述物理主機上，所述調(diào)度層的資源庫部署在所述存儲服務(wù)器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其特征在于，所述應(yīng)用層提供多個視圖界面，所述多個視圖界面包括學(xué)生視圖、教師視圖和管理員視圖，其中，所述多個視圖界面具有不同功能和權(quán)限，以便學(xué)生、教師和管理員通過相應(yīng)的視圖界面進行操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其特征在于，所述中間件層包括任務(wù)處理引擎、實驗管理引擎、實驗結(jié)果評估引擎和用戶認(rèn)證引擎，其中， 所述任務(wù)處理引擎用于對學(xué)生提出的各種任務(wù)進行處理； 所述實驗管理引擎用于通過與實驗數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交互對用戶提交的請求進行處理； 所述實驗結(jié)果評估引擎用于根據(jù)學(xué)生的請求對學(xué)生實驗進行評分； 所述用戶認(rèn)證引擎用于對實驗平臺的使用者進行管理和授權(quán)認(rèn)證。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的架構(gòu)，其特征在于， 所述任務(wù)處理引擎包括前端解析引擎和后端服務(wù)引擎，其中，所述前端解析引擎用于接收學(xué)生提出的請求，并將請求進行解析，所述后端服務(wù)引擎根據(jù)資源選擇算法，結(jié)合當(dāng)前的資源利用狀態(tài)信息，從所述云管理平臺的模板庫中選擇所需的模板，并向節(jié)點服務(wù)器發(fā)送虛擬機及網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建命令； 所述實驗管理引擎對用戶提交的請求進行處理包括實驗信息存儲和實驗庫管理； 所述實驗結(jié)果評估引擎包括評估腳本集和評分模塊，其中，所述評估腳本集為教師根據(jù)實驗內(nèi)容所設(shè)計的用來對實驗結(jié)果進行自動探查的腳本集合，所述評分模塊對位于學(xué)生試驗網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的腳本執(zhí)行結(jié)果進行收集，并將執(zhí)行結(jié)果與存儲于數(shù)據(jù)庫的答案數(shù)據(jù)進行比對以對實驗進行評價和打分； 所述用戶認(rèn)證引擎用于建立帳號信息、驗證登錄用戶和處理賬號管理請求。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的架構(gòu)，其特征在于，所述后端服務(wù)引擎采用的資源選擇算法為在虛擬機模板每次被調(diào)用后，自動計算其對節(jié)點服務(wù)器的平均資源占用率，并將歷史數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，其中，在進行虛擬機資源分配時，對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，計算出虛擬機模板資源占用率的最大似然估計值，并將估計值作為虛擬機模板資源占用的期待值，并根據(jù)節(jié)點服務(wù)器對各類資源敏感度不同，選擇決定性能的瓶頸參數(shù)項，通過如下公式進行節(jié)點選擇計算:EtvilJfCpnMaiitrs I = , IfMemoryMciIcrs Estore, IfitorageMtlIers Rleft Rremn E入， V = V.selι ^i=nma， \i\V}iJfCj:mMa(iers 其中，公式l.:,.= - , IfMemmyMenIers根據(jù)實驗平臺監(jiān)控到的資源狀態(tài)判斷瓶頸參I /:, IfSloragc^hiters數(shù)，Rleft=Rram-Ex用于為每臺節(jié)點服務(wù)器預(yù)估其建立虛擬機后的剩余資源，= (Λ、從 jxI — max y-t^tejr/節(jié)點機中選擇剩余資源最為充裕者作為本次虛擬機創(chuàng)建的宿主機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的架構(gòu)，其特征在于， 所述云管理平臺用于資源監(jiān)控、模板管理、節(jié)點服務(wù)器管理和虛擬機管理； 所述虛擬化軟件用于創(chuàng)建與真實主機相同的訪問體驗的虛擬主機，并用于提供多種虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)置方案，以模擬真實的以太網(wǎng)環(huán)境； 所述虛擬資源庫包括虛擬機模板庫、虛擬網(wǎng)絡(luò)、存儲資源。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于云的系統(tǒng)管理訓(xùn)練平臺架構(gòu)，包括應(yīng)用層、中間件層、調(diào)度層和資源層，應(yīng)用層用于為用戶提供交互界面，以實現(xiàn)實驗平臺與用戶之間的信息交互；中間件層包括處理引擎，處理引擎用于對應(yīng)用層提交的用戶的操作請求進行處理，并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為資源調(diào)度要求后向調(diào)度層發(fā)送資源分配請求；調(diào)度層通過云管理平臺調(diào)用虛擬機軟件對虛擬實驗環(huán)境進行創(chuàng)建；資源層包括物理主機、存儲服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的架構(gòu)可為教師和學(xué)生提供隨時隨地進行實驗的基礎(chǔ)條件。同時虛擬化實驗平臺維護費用低，安全性高，實驗室重置操作簡單、時間耗費少。
文檔編號H04L29/08GK103220364SQ20131015312
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者呂宇鵬, 王繼龍, 姜彩萍, 李東杰, 張程亮 申請人:清華大學(xué)