一种基于云计算的虚拟实验室系统及方法与流程

随着社会的发展，科技和教育的重要性不言而喻，因此世界各国都将科技和教育视为国家发展重中之中，随着互联网的普及，以计算机网络为基础的现代化教育逐渐受到教育家与政治家的重视，在信息技术与知识经济高速发展的当今社会，如何有效利用网络教育，已经成为世界各国政府的重大课题之一，各种专项计划也随之制定与实施。伴随着现在网络技术的普及结合当今成熟的云计算技术，必将为基于云计算的教育平台发展提供广阔的空间和技术基础，真正实现任何地点任何时间任何方式的移动学习，教育云产品随之应运而生。

云计算在教育领域中的迁移称之为“教育云”，是未来教育信息化的基础架构，包括了教育信息化所必须的一切硬件计算资源，这些资源经虚拟化之后，向教育机构、教育从业人员和学员提供一个良好的平台，该平台的作用就是为教育领域提供云服务。教育云包括“云计算辅助教学”(cloudcomputingassistedinstructions，ccai)和云计算辅助教育(cloudscomputingbasededucation,ccbe)多种形式。云计算辅助教学(cloudcomputingassistedinstructions，ccai)是指学校和教师利用云计算支持的教育云服务，构建个性化教学的信息化环境，支持教师的有效教学和学生的主动学习，促进学生高级思维能力和群体智慧发展，提高教育质量。也就是充分利用云计算所带来的云服务为我们的教学提供资源共享，存储空间无限的便利条件。云计算辅助教育(cloudscomputingbasededucation,ccbe)，或者称为“基于云计算的教育”，是指在教育的各个领域中，利用云计算提供的服务来辅助教育教学活动。云计算辅助教育是一个新兴的学科概念，属于计算机科学和教育科学的交叉领域，它关注未来云计算时代的教育活动中各种要素的总和，主要探索云计算提供的服务在教育教学中的应用规律，与主流学习理论的支持和融合，相应的教育教学资源和过程的设计与管理等。

目前教育云在教育领域的实际应用主要是根据国家十二五规划《素质教育云平台》要求，由亚洲教育网进行研发使用的“三网合一智慧教育云”平台。2010年亚洲教育网素质教育云平台获得教育部教育信息化应用领域唯一的创新奖、视频教育教学平台在同类远程教育平台中处于先进地位、教学资源平台和教育社交平台的整合应用为国内最丰富的平台。2012年2月亚洲教育网素质教育云平台正式成为国家规划办十二五规划课题。该平台虽起步较早，起点较高，但它主要面向的是基础教育阶段学校，如广大中小学，侧重于家校互动、英语学习、互联网精品课堂等内容，只有成绩统计、考勤统计等一少部分内容适宜高等院校。

而目前的大多高等院校现状主要有以下方面的问题：

1．教学管理尚未完全信息化。主要表现在上课点名耗费时间精力，老师无法记录跟踪同学平时学习的进度以及状态，课堂无法实时反馈、统计同学学习知识点的真实情况，作业收取、批改费时，并且不能及时给予同学反馈，进行课堂测验难度大，无法进行实时统计和实时反馈等。

2．考试信息化程度低，主要依靠纸质。主要表现在老师工作量巨大，出试卷、改卷子、成绩录入等工作；无法实时监管，无缺考监管、无实时数据统计；邻桌试卷相同，作弊现象常见。

3．没有形成知在线的知识库。如课程库、知识库、作业库、试题库、试卷库等都没有信息化。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于云计算的虚拟实验室系统及方法，可以方便地实现学生的在线测试并生成实验轨迹，同时老师也可实时对实验结果进行评估。

一种基于云计算的虚拟实验室系统，包括：数据库、通信模块、服务器、管理系统、监控系统和虚拟实验室系统，所述虚拟实验室系统利用虚拟化技术，生成在线虚拟实验室，虚拟实验室系统通过通信模块与服务器相连，通过管理系统和监控系统进行在线测试并生成实验轨迹，并将生成的信息传递到数据库。

进一步地，所述虚拟实验室系统通过云平台虚拟化技术和容器技术，生成在线虚拟室。

进一步地，所述数据库包括虚拟化容器数据库和虚拟实验室系统数据库。

进一步地，所述管理系统和监控系统为虚拟实验室系统的子系统，分别用于老师对虚拟实验系统进行管理和实时对学生的实验过程进行监控。

进一步地，所述用户终端包括pc、手机或平板的一种或者多种。

一种基于云计算的虚拟实验室方法，包括如下步骤：

s1：启动任务，扫描虚拟实验室分配情况；

s2：创建在线虚拟实验室，分配虚拟实验室并进行在线测试；

s3：监控任务执行过程中是否发生错误；

s4：测试结束，删除分配的在线虚拟室。

进一步地，所述步骤s1包括如下步骤：

s11：更新线虚拟实验室状态，按实验对象创建任务添加到任务队列；

s12：判断学生虚拟机信息是否齐全，判断学生当前虚拟机可挂载个人磁盘；

s13：执行挂载个人磁盘操作，并更新个人磁盘使用状态。

进一步地，所述步骤s2包括如下步骤：

s21：创建学生虚拟机，将生成创建虚拟机命令发送到服务器；

s22：获取服务器的返回信息，判断创建是否成功；

s23：若创建成功，则保存对应虚拟机的id、登陆账号和登陆密码，更新创建日志；

s24：若创建失败，则不更新创建状态，将当前任务移出队列。

进一步地，所述步骤s2包括如下步骤：

s31：触发定时任务事件，判断任务是否超时；

s32：若超时，则重置任务队列；

s33：分配重置任务进入下一个周期；

s34：若重置任务多次发生错误，则等待管理员修复该类型错误。

进一步地，所述步骤s4包括如下步骤：

s41：根据数据源获取学生个人磁盘id和虚拟机id；

s42：执行卸载磁盘操作，更新磁盘状态信息；

s43：向服务器请求删除对应虚拟机，更新删除信息，清空ip地址、登陆账号、登陆密码和虚拟机id；

s44：结束当前执行任务，将当前任务移出队列。

有益效果：本发明通过虚拟实验室系统形成在线实验室，利用云计算和容器技术，整合系统资源，可以方便地实现学生的在线测试并生成实验轨迹，同时老师也可实时对实验结果进行评估。

附图说明

图1是基于云计算的虚拟实验室系统示意图；

图2是基于云计算的虚拟实验室系统体系图；

图3是基于云计算的虚拟实验室的方法示意图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明发明的具体实施方式。

具体实施例如图1所示，一种基于云计算的虚拟实验室系统，包括：数据库、通信模块、服务器、管理系统、监控系统和虚拟实验室系统，所述虚拟实验室系统利用虚拟化技术，生成在线虚拟实验室，虚拟实验室系统通过通信模块与服务器相连，通过管理系统和监控系统进行在线测试并生成实验轨迹，并将生成的信息传递到数据库。

所述虚拟实验室系统通过云平台虚拟化技术和容器技术，生成在线虚拟室；所述数据库包括虚拟化容器数据库和虚拟实验室系统数据库；所述管理系统和监控系统为虚拟实验室系统的子系统，分别用于老师对虚拟实验系统进行管理和实时对学生的实验过程进行监控；所述用户终端包括pc、手机或平板的一种或者多种。

如图2所示，一种基于云计算的虚拟实验室的规范体系包括用户层、应用层、应用支撑层、虚拟化层和数据存储层，所述用户层包括学生用户、管理员和老师用户；应用层包括实验环境、创建实验、分配实验和监控实验；所述应用支撑层包括用户中心、课程中心、虚拟化以管理和容器管理；所述虚拟化层包括虚拟化技术和容器技术；所述数据存储层包括虚拟化及容器数据库和虚拟实验室系统数据库。

如图3所示，一种基于云计算的虚拟实验室方法，包括如下步骤：

s1：启动任务，扫描虚拟实验室分配情况；

s2：创建在线虚拟实验室，分配虚拟实验室并进行在线测试；

s3：监控任务执行过程中是否发生错误；

s4：测试结束，删除分配的在线虚拟室。

所述步骤s1包括如下步骤：扫描实验分配记录，根据实验开始和结束时间，启动或关闭实验，更新实验状态，按实验对象创建任务添加到任务队列。同时检查学生虚拟机信息是否齐全，若信息不全，则获取对应虚拟机状态，补齐信息。若学生当前虚拟机可挂载个人磁盘，检查磁盘状态为可用时，执行挂载个人磁盘操作，并更新个人磁盘使用状态。扫描阶段注意检查任务是否重复。

所述步骤s2包括如下步骤：指定用户创建虚拟机，根据数据源获取实验环境快照id、硬件配置，生成创建虚拟机命令，发送到服务器，获取返回信息。若创建成功则保存对应虚拟机id，登录账号、登录密码，保存任务日志，并更新创建状态。若创建失败，则将错误信息保存到任务日志，不更新创建状态。当前任务执行结束，将当前任务移出任务队列，等待10s后开始执行下一任务。

所述步骤s3包括如下步骤：当任务执行发生错误时，将任务移除任务队列，不做任何处理，当任务本个周期结束，进入下一个周期时，将会在扫描阶段重新进入任务队列，为防止错误任务无限循环，同一个任务同一种错误类型达到3次时将不会进入任务队列，需要等待管理员执行修复该类型错误后，才能进入任务队列，期间老师监控页面单个操作不受影响。为了避免在执行过程中因为意外因素进入“假死”状态，每次由计划任务定时触发启动的新脚本，将先检查正在执行的任务是否超时，超时限定为10分钟，如果任务出现超时，将执行重置任务队列操作；如果任务没有超时，则完成检查并不执行任何操作。

所述步骤s4包括如下步骤：根据数据源获取用户个人磁盘id和虚拟机id，若有个人磁盘挂载，执行卸载磁盘操作，并更新磁盘状态信息，延迟3s后向服务器请求删除对应虚拟机，更新删除状态、清空ip地址、登录账号、登录密码、虚拟机id等信息。保存任务日志。当前任务执行结束，将当前任务移出任务队列，等待3s后开始执行下一任务。

以上显示和描述了发明的基本原理和主要特征和发明的优点。本行业的技术人员应该了解，发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明发明的原理，在不脱离发明精神和范围的前提下，发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。