一、云計算虛擬仿真系統概述

云計算虛擬仿真系統是一種基于云計算技術和虛擬化技術的系統，用于實現各種仿真和模擬任務。它可以提供強大的計算能力和資源管理，為用戶提供靈活、高效、可擴展的仿真環境。

該系統通常由一組服務器、網絡和存儲設備組成，這些設備可以被虛擬化和抽象化，以便更好地管理和分配資源。用戶可以通過互聯網或專用網絡訪問該系統，并在云端進行各種仿真活動。

虛擬仿真系統提供了一系列功能和服務，包括：

1. 虛擬機管理：系統可以創建、管理和監控多個虛擬機實例，每個實例都可以模擬不同的仿真場景。

2. 資源調度與管理：系統可以根據用戶需求，智能地調度和分配計算資源、存儲資源和網絡帶寬，以確保仿真任務的高性能運行。

3. 數據存儲與共享：系統提供可擴展的存儲系統，用于保存和管理仿真過程中產生的大量數據。這些數據可以被多個用戶共享和訪問。

4. 網絡模擬與分析：系統可以模擬和分析網絡行為，包括網絡拓撲、傳輸延遲、帶寬限制等，以評估仿真結果的準確性和可靠性。

5. 任務調度與協作：系統可以根據任務的優先級、資源需求和用戶要求，自動調度和協調多個仿真任務的執行順序和并行度。

6. 可視化與交互界面：系統提供直觀的可視化界面，用于監控仿真進程、查看仿真結果并與系統進行交互。

云計算虛擬仿真系統廣泛應用于各個領域，如科學研究、工程設計、飛行模擬、醫學仿真等，可以幫助用戶更快速、更經濟地進行大規模復雜仿真實驗。同時，它還能夠降低硬件和軟件的成本，提高資源利用率和靈活性。

二、云計算虛擬仿真實訓室介紹

2.1實訓室建設簡介

云計算虛擬仿真實訓室是一種專門設計用于進行云計算和虛擬仿真實踐訓練的場所。它結合了云計算和虛擬化技術，提供實際的硬件設備和虛擬環境，供學生、研究人員或工程師進行仿真實驗和實踐操作。

這樣的實訓室通常配備了一系列的服務器、網絡設備和存儲設備，用于搭建云計算平臺和虛擬化環境。通過這些設備，可以創建和管理多個虛擬機實例，以模擬不同的計算環境和仿真場景。

云計算虛擬仿真實訓室的主要特點和功能包括：

1. 資源模擬和管理：實訓室的云計算平臺可以模擬和管理計算資源、存儲資源和網絡帶寬，為用戶提供真實的云環境。

2. 虛擬機管理：實訓室可以創建、配置和管理多個虛擬機實例，為學生或用戶提供獨立的工作環境。

3. 實驗實踐：學生或用戶可以在虛擬機上進行各種實驗和實踐操作，如安裝操作系統、部署應用程序、配置網絡等。

4. 實時監控和管理：實訓室提供實時監控和管理功能，可以監控虛擬機的運行狀態、資源利用率等，并提供相應的報告和分析。

5. 數據管理和安全：實訓室提供數據管理和安全措施，確保實驗數據的安全性和可靠性，并支持數據的備份和恢復。

6. 遠程訪問和協作：實訓室可以通過互聯網遠程訪問，學生或用戶可以隨時隨地登錄到虛擬環境，進行學習和實踐，并支持實時的協作和交流。

云計算虛擬仿真實訓室為學生和從業人員提供了一個安全、可控、實際的實踐環境，幫助他們掌握云計算和虛擬化技術，并提供實際問題的解決方案。同時，它也可以降低成本，提高資源利用率，促進科研和創新的發展。

2.2建設目的

1. 提供實踐機會：云計算和虛擬仿真是當今信息技術領域的重要技術之一，通過實訓室的建設，可以為學生、研究人員或工程師提供實際操作和實踐的機會。他們可以在虛擬環境中進行真實的仿真實驗，從而鞏固理論知識、掌握實際操作技能，并更好地適應工作需求。

2. 培養創新思維：云計算虛擬仿真實訓室可以為學生提供一個自主學習和探索的環境。他們可以在虛擬環境中進行試錯和創新實驗，探索新的解決方案，培養創新思維和實踐能力。這對于培養工程創新人才和推動科學研究具有重要意義。

3. 提升實踐技能：云計算和虛擬仿真技術的實踐能力對于從業人員來說至關重要。通過實訓室的建設，可以提供一流的硬件設備和虛擬化環境，幫助從業人員熟悉和掌握云計算和虛擬化技術，提升實踐技能，提高工作效率和質量。

4. 提高資源利用效率：云計算虛擬仿真實訓室通過虛擬化技術，能夠利用少量的物理設備搭建出大規模的仿真環境，提高硬件資源的利用效率。同時，虛擬化環境可以隨時擴展和調整，滿足不同用戶和不同需求的資源分配。

5. 降低成本：云計算虛擬仿真實訓室的建設采用了虛擬化技術，可以減少物理設備的投入和維護成本。通過共享資源和多租戶模式，可以進一步降低成本，提高資源利用率，實現經濟效益。

總的來說，云計算虛擬仿真實訓室的建設目的是為了提供實踐機會、培養創新思維、提升實踐技能、提高資源利用效率和降低成本。它為學生、研究人員和工程師提供了一個理想的實踐環境，促進他們在云計算和虛擬仿真領域的學習、實踐和創新。

三、云計算虛擬仿真系統實訓室組成

3.1云計算虛擬仿真實訓平臺

平臺采用B/S結構，運用spring cloud微服務技術，構建多個穩定、高效的服務模塊，提供SSO單點登錄服務，并使用統一的身份認證鑒權。平臺基于k8s實現公有云、混合云、私有云多種部署方式，采用MySQL集群和MongoDB集群，可根據教學需求提供KVM、容器滿足云計算教學虛擬化要求，還可根據教學需要按需分配CPU、內存資源，為教學實訓提供高可靠性、可動態伸縮、廣泛的教學服務。主要模塊有課程制作工具、作業、活動、云盤、共享課、我的課、云優選課。

多架構的云主機：可提供X86、ARM架構的云主機，可根據用戶的需要，給不同的用戶配置相應的架構的云主機，滿足不同的用戶需求。

多種虛擬化技術：底層集成docker和openstack兩種虛擬化技術，給用戶更多的選擇，可根據不同的技術需求選擇不同的虛擬化技術。

平臺資源自動調度：平臺通過后臺資源監控，自動將指定時間內未活躍的用戶的虛擬化資源進行掛起，待使用時進行恢復，實現虛擬化資源的彈性自動調度，用更少的硬件資源滿足更多學生的實訓需求。

便捷的實驗制作工具：讓教師輕松實現pdf、ppt、word、excel等不同格式的文本、圖片、音頻、視頻、超鏈接等進行混合編排，并自動生成動態實驗目錄，從而實現不同云計算實訓資源同屏展示。

在線問答，及時解答學生疑問：平臺提供實驗的在線問題，學生在實訓過程中，通過在線問答及時與老師進行溝通，提高學習效率。

命令檢測，實時的實驗進度：平臺實現自動對用戶在云計算實訓時輸入的命令進行檢測，并且通過與實驗文檔的比較，從而實現用戶對于該實驗的實驗進度，每輸入一個命令，平臺就會進行檢測，然后實時的展示在實驗頁面。教師課堂頁面也可進行查看學生的每個云計算實驗的實驗進度，從而對學生整體的學習進度進行把控。

實驗報告自動生成：對于用戶的實驗報告，平臺將用戶在操作云主機期間的操作進行記錄，然后自動生成一份實驗報告，教師可直接進行查看，并給出相應的評級。

課堂的資源回收：平臺在用戶創建課堂進行實訓時，會給每一位學生選定配置云主機的相應硬件配置，會占用該機構下資源池內部的CPU資源和內存資源，當實訓已經結束時，用戶可通過課堂的釋放資源來將相應的CPU、內存資源釋放，實訓數據及記錄仍然保存。

可記錄學習情況的實驗筆記：云平臺為用戶在實驗頁面提供實驗筆記功能，用戶可在實驗過程中記錄下自己的筆記。

支持公共資源課程，便于老師使用：實訓模塊可內置在豐富實訓資源，其中包括實訓文檔以及實驗鏡像，用戶可以直接進行使用。

個人云盤，資源不丟失：平臺會為用戶提供云盤服務，云盤內所有文件都會按照不同的文件類型進行分開，便于用戶查看和操作。

平臺支持Linux、虛擬化技術、OpenStack、docker、云平臺、云數據中心構建與運維、云存儲產品配置、大數據平臺和大數據分析、云安全產品配置等實驗。

平臺支持集成在線的軟件開發環境，開箱即用，減少用戶來回切換的麻煩，提高用戶體驗感。

平臺可與教學模塊、考試模塊、作業模塊、技能大賽模塊、人工智能、計算機網絡仿真、物聯網、Web前端、java與python開發開發等實踐模塊進行無縫組合，完成全流程的教學。

3.2云計算虛擬仿真教學云平臺

平臺基于spring cloud微服務架構，提供便捷的SSO單點登錄，采用kubernetes進行部署，可支持公有云、混合云、私有云的安裝模式，數據層使用MySQL集群和MongoDB集群，實現了全流程EdvOps自動化運維，具有高內聚、松耦合、業務單一、高性能、高并發、高可能、跨平臺、跨語言等特點。主要模塊有課程制作工具、云盤、共享課、我的課、云優選課、云視頻庫、3D模型庫。

課程制作工具：由平臺提供專用的微服務模塊進行支撐，采用websocket雙向通信技術，底層存儲采用三層遞進的緩存方式，目的就是為了加快課程資源的加載速度。自主研發視頻轉碼，在線視頻剪輯功能。支持由word文檔直接導入，并且根據標題類型自動生成目錄，方便快捷。同時支持ppt、excel、圖片、超鏈接、視頻、音頻、3D模型、章節測驗等內容的插入，實現多個超文本文件的同屏展示。

共享課：使用訂單配發或校內共享的概念，讓課程資源更大程度的進行共享。

我的課：支持從共享課資源中直接進行“生成副本”，導入進我的課中，并且同時支持自行創建。所有的課程資源支持導出功能，可導出為本地的離線文件，導出文件為后綴名為wz的加密文件，在使用平臺進行二次導入直接生成課程資源，便于線上傳播。

云優選課：由行業資深從業人員在互聯網上收集整理的學習資源，包括系列類學習視頻和知識點類學習視頻，供教師和學生進行自主學習。

云視頻庫：平臺提供數百個包含各專業的微課視頻，可直接引用到課程資源中。

3D模型庫：采用three.js技術，實現在線加載3D模型，提供更加直觀形象的教學體驗。

平臺可與考試模塊、作業模塊、技能大賽模塊、人工智能、云計算、大數據、軟件開發等實踐模塊進行無縫組合，全面完成計算機網絡專業群的教學。

3.3 Python基礎教學資源包

第一章基礎語法；

第二章函數；

第三章文件操作；

第四章異常處理；

第五章模塊和包；

第六章面向對象；

第七章網絡編程；

第八章正則表達式；

第九章 XML和Json。

3.4 Docker入門與實踐教學資源包

第一章 Docker與容器；

第二章核心概念與安裝配置；

第三章使用Docker鏡像；

第四章操作Docker容器；

第五章訪問Docker倉庫；

第六章使用Dockerfile創建鏡像；

第七章使用Docker API；

第八章核心實現技術；

第九章配置私有倉庫；

第十章安全防護與配置；

第十一章 Docker之Machine；

第十二章 Docker之Compose；

第十三章 Docker之Swarm；

第十四章集群資源調度平臺——Mesos；

第十五章生產級容器集群平臺——Kubernetes；

第十六章其他相關項目；

第十七章網絡基礎配制；

第十八章高級網絡配制。

3.5OpenStack入門與實踐教學資源包

第一章云計算的概念及發展；

第二章 CentOS基本環境配置；

第三章 MySQL數據庫中數據的基本操作；

第四章項目開發知識與技能訓練；

第五章 OpenStack基礎配置；

第六章安裝OpenStack服務；

第七章 OpenStack日常運維；

第八章綜合案例。

3.6軟件開發實訓資源包

C語言課程；Web開發基礎課程；Java程序設計課程；SQLSERVER數據庫課程；JavaWeb應用程序設計課程。

3.7云計算基礎實訓資源包

實訓資源包含：

網頁設計課程；Java程序設計課程；MySQL數據庫課程；Linux網絡操作系統課程；Python程序設計課程；JavaWeb應用程序設計課程；云計算綜合運維管理課程；云存儲技術課程。

3.8 java程序設計資源包

實訓資源包括：

實驗1 認識Java；

實驗2 Java語言基礎；

實驗3 Java運算符；

實驗4 Java控制語句；

實驗5 Java 數組；

實驗6 Java 方法；

實驗7 Java 類與對象；

實驗8 Java 封裝和繼承；

實驗9 Java多態；

實驗10 單例模式；

實驗11 字符串與包裝類；

實驗12 錯誤處理；

實驗13 枚舉和泛型；

實驗14 Java 集合框架；

實驗15 java.io 包——字符流；

實驗16 java.io 包——字節流；

實驗17 認識 JDBC；

實驗18 JDBC 基礎；

實驗19 JDBC 接口；

實驗20 JDBC 結果集；

實驗21 JDBC 數據類型與事務；

實驗22 JDBC異常處理。

3.9 Linux操作系統實訓資源包

實訓資源包括：

實驗1 Linux啟動、登錄與退出；

實驗2 Linux常用命令實訓；

實驗3 熟練vi編輯器的使用；

實驗4 Linux軟件包管理；

實驗5 理解用戶和組群的基本概念；

實驗6 理解用戶配置文件并掌握用戶管理命令；

實驗7 理解組群配置文件并掌握組群管理命令；

實驗8 理解磁盤分區與文件系統；

實驗9 磁盤配額管理；

實驗10 邏輯卷LVM的管理；

實驗11 熟悉相關網絡配置文件；

實驗12 網絡基本配置命令；

實驗13 熟悉網絡測試命令；

實驗14 理解DHCP的原理；

實驗15 配置DHCP服務器；

實驗16 配置DHCP客戶端；

實驗17 理解域名空間和DNS原理；

實驗18 安裝DNS軟件、理解DNS的配置文件；

實驗19 DNS服務器配置；

實驗20 配置vsftpd服務器；

實驗21 客戶端訪問FTP服務器；

實驗22 理解WWW服務和Web服務工作原理；

3.10 MySQL實訓資源包

3.11 Python程序設計實訓資源包

實訓資源包括：

實驗1 Python概述；

實驗2 Python的簡單數據類型；

實驗3 python高級數據類型；

實驗4 Python程序結構；

實驗5 Python函數；

實驗6 Python 面向對象；

實驗7 Python文件操作；

實驗8 Python 異常、調試、測試；

實驗9 Python 網絡編程；

實驗10 Python 正則表達式；

實驗11 XML和json。

四、云計算虛擬仿真系統實訓室建設圖

云計算虛擬仿真系統實訓室

五、云計算虛擬仿真系統實訓室方案清單

六、云計算虛擬仿真系統實訓室方案價值

6.1 專業教學支撐

6.2 1+X認證服務

6.2.1云計算開發與運維1+X證書

6.2.2云計算應用開發1+X證書

6.3 技能大賽支撐

6.3.1云計算技術與應用

七、產學研究中心

武漢唯眾智創科技有限公司是中國IT極簡教學的創導者，也是職教電子信息技術高水專業群實踐領軍企業。我們的目標：圍繞前沿技術，探索以物聯網為代表的跨界融合產業，為高校用戶、科研單位、政企部門提供智云物聯網、移動互聯網+、云計算大數據、智慧農業產品產學研一體化的解決方案。物聯網產學研究中心是唯眾與院校合作進行深度科研合作的平臺，通過技術的融合、共享和協作，能夠響應國家產教融合戰略。

唯眾與院校共同建設產業研究中心，雙方共同推動產教融合的發展：

1）院校選派優秀教師參與唯眾技術項目研發、技術難題分析與解決、技術創新孵

化及企業技術人員能力提升，共同舉辦學術問題研討與咨詢。

2）唯眾積極支持、參與高校校內企業創新機構的建設，幫助老師及時跟蹤新知識

新技術，提升高校的師資力量。

3）雙方合作申報各個層次的科技項目、品牌與渠道合作項目，并共同進行研究。

7.1 產學研項目申報（區級醫療數據中心）

通過專業技術產品創新、教學模式創新，幫助學校進行計算機網絡創新技術應用課題申報，協助學校老師進行云數據中心教學領域專業性課題研究與支持。

某區現有各級各類醫療衛生機構801家，其中二級以上醫院3家，鄉鎮衛生院17家，社區衛生服務機構2家，防保所、血防站各1家、行政執法機構2家、疾病預防等公共衛生機構7家；對于黃陂衛計委信息系統的業務連續性要求很高：從政策層面講，需要滿足三級等保的要求；對單位業務本身來說，由于醫保、農合、一卡通、健康管理等業務的特殊性，任何人為或自然因素所導致的應用或系統中斷，都會造成單位巨大的經濟和名譽損失及其它嚴重后果。當前，為了滿足衛計委信息系統7x24小時業務連續性要求。區域平臺、健康管理平臺、HIS、LIS、PACS、健康數據等核心業務系統，急需建設擴容護，確保業務數據安全存儲及保護，提升業務連續性。

7.1.1云數據中心功能示意圖

7.2教材聯合開發教材

聯合各院校教授專家，開發物聯網技術應用專業系列教材，贈送物聯網技術應用專業系列教程，為院校專業實驗課程開展和教學提供參考。

7.3 產學研支撐平臺

7.3.1數字基座

平臺采用spring cloud微服務開發架構，各服務模塊單獨運行并提供服務接口；可提供穩定、快速、高效的服務；平臺整體采用前后端分離和分布式微服務的彈性計算架構實現，后端主要基于Java的Spring cloud實現，前端vue實現等，具有高內聚、松耦合、業務單一、高性能、高并發、高可能、跨平臺、跨語言等特點。

平臺提供SSO單點登錄，多個應用系統統一登錄，統一的用戶管理，一個賬戶可登錄驗證教學全場景以及數字技術專業群實踐教學等所有應用模塊系統。

平臺采用kubernetes技術進行部署，支持公有云、私有云、混合云模式安裝；平臺支持多數據源從而保證技術的一致性；確保服務的穩定、可擴展、彈性擴容；每個獨立服務支持分布式集群部署，理論上可以無限橫向擴展，提高系統處理能力，支持大規模并發教學全場景和數字化專業群教學實踐應用。

基礎虛擬化服務由docker和kvm兩種虛擬化技術根據學科性質進行選擇性支撐，可滿足不同的虛擬化需求，提供穩定、可自行配置的虛擬機器。

基于全流程DevOps自動化運維，支持持續集成、分析、服務注冊與發現、系統監控、性能監控、日志管理、預警、持續部署(基于docker的鏡像倉庫，Kubernetes的容器云管理調度平臺，在線可視化管理、監控、調度容器)。

基礎持久化層支持RDS和NoSQL兩種方式，采用MySQL集群和MongoDB集群搭建，支持基于CQRS的分布式事務處理，支持數據自動備份，同時使用于Redis集群對熱點數據進行緩存，支持大并發；支持純本地化數據源。

基礎服務層支持在線驗證碼服務、基礎文件服務、消息隊列服務、OSS對象存儲服務、用戶/鑒權服務、個人云盤服務、WebSocket服務等，保證平臺的通用性。用戶基礎信息管理：對訂單實行按業務方向進行配置，對班級、教師、學生相關信息進行新增、修改、刪除以及數據權限進行配置。

7.3.2三大核心技術

唯眾緊密圍繞職業院校高水平數字專業群，針對職業教學發展現狀，傾力打造以微服務、虛擬化、全棧云三大核心技術為載體，以計算機技術、多媒體技術、網絡通信技術、大數據技術、人工智能技術等新一代數字技術手段構建的一種新型教學平臺，可以支持院校進行教學研發創新。

微服務

傳統的軟件都是采用單體架構開發，所有的模塊都是緊密耦合在一起的。不僅開發代碼量大、客戶使用維護也十分困難。

微服用架構將單一應用程序劃分成一組小的服務，服務之間相互協調、互相配合，為師生提供最終價值。每個服務運行在其獨立的進程中，服務和服務之間采用輕量級的通信機制相互溝通。每個服務都圍繞著具體的業務進行構建，并且能夠被獨立的部署到生產環境、類生產環境等，對具體的一個服務而言，可根據業務上下文，選擇合適的語言、工具對其進行構建。

唯眾云課堂平臺采用微服務架構，精準分為公共基礎、公共應用、專業應用服務。公共基礎服務精確為字典、banner、用戶權限、文件、認證、網關、訂單、轉碼、平臺運營、學校運營、日志、登錄、搜索等；專業應用服務精確為KVM虛擬化、容器虛擬化、代碼評測、工具、資源、環境等；公共應用服務精確為課程、考試服務、云盤、云優選、題庫、活動、工具等。把不同的微服務方便進行因材施教和按需施教，可以非常方便實施個性化的教學模式、具體的教學內容、針對性的教學流程，精細賦能計算機基礎、綜合布線、網絡搭建與運維、智能化安防、物聯網、嵌入式、移動互聯、WEB前端開發、軟件應用開發、云計算、大數據、人工智能、創客等數字技術專業群教學和實訓基地建設，從而營造動態精準高效的好課堂，助力提質培優、增值賦能高水平職業教學。

虛擬化

校園傳統機房絕大多數采用物理基礎架構，電腦硬件配置往往限定了實驗環境的建設，這不僅導致了計算機資源浪費、利用效率不高。同時，不可避免的硬件故障致使校方后期運維管理壓力增大，成本也居高不下。

虛擬化技術中，可以同時運行多個操作系統，而且每一個操作系統中都有多個程序運行，每一個操作系統都運行在一個虛擬的CPU或者是虛擬主機上。虛擬層會給每個虛擬機模擬一套獨立的硬件設備，包含CPU、內存、主板、顯卡、網卡等硬件資源，并可用戶需要，動態配置資源，還可以在其上安裝Windows、Linux等不同操作系統和不同的版本。

唯眾云課堂充份利用KVM和容器等多種虛擬化技術可進行精準教學，根據不同的教學內容選用不同的虛擬化技術、不同硬件資源，如GPU、CPU、算力、不同的實驗環境，對不同軟件開發語言（C、Java、Python、html等）、同一課程的不同階段開展精細化教學，可廣泛應用于物聯網、大數據、云計算、軟件開發、網絡仿真和人工智能等專業教學實訓，讓教學用戶方便構建構建通用型高水平專業群實訓基地，極大提高學校計算機機房利用率，教學應用場景輕松切換和軟硬件管理維護高效便捷。

全棧云

基于開放的、可信的、可靠智能的華為公有云，并融合了現代教育的行動導向、情境式、項目式理念具有多種功能的開放式、全流程、理實一體化平臺。

單純的私有云部署會因硬件等原因導致數據丟失或者服務不可用，而公有云部署數據安全性不高，有些服務無法滿足。

我們理解全棧云既要有有底層能力，還要有上層平臺能力，需要有從硬件到軟件，再到應用的完整能力，包括對行業的理解能力，這樣，才能給客戶提供全棧的能力。具體來講有四個重要因素，首先是業務承載的連續性和全面性，其次，是圍繞業務不同的業務負載，滿足客戶的云服務。再次是面向各種業務場景需要的資源各層統一，最后是面向未來多云管理，

唯眾云課堂可根據用戶的需求進行公有云、私有云、混合云等不同方式的部署，可以適應學校各種不同的復雜網絡環境和資產入庫需求而且性價比高、穩定性強。平臺可以滿足師生泛在化、個性化、精準化的備課、授課、學習、科研、技能大賽、1+X認證、作業、考試、統計、評價等全流程，還可以無縫銜接各種計算機網絡、智能化安防、物聯網、人工智能等硬件設備，高效開展理實一體化教學。