基于Hadoop的云计算辅助教学平台研究

【摘 要】云计算可以促进教育信息化的革新，云计算辅助教学利用“云计算”支持的教育“云服务”，能够高效简洁地提高教学的质量。文章比较了公有云与私有云平台，分析了高校建设私有云计算平台的可行性，研究了基于Hadoop 的云计算辅助教学平台。该平台可以充分利用云计算的存储与计算能力。文章对校园私有云的体系架构进行了分析，详细介绍了基础设施层和基于Hadoop 的云计算辅助教学平台。实验证明，该平台具有良好的实用性。

【关键词】云计算；云计算辅助教学；Hadoop

【中图分类号】 G434 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009—458x（2012）09—0079—04

引 言

云计算是新兴的技术，云计算技术为教育信息化的发展提供了广阔的空间。从IT发展趋势、环境保护和长期规划等方面全方位审视云计算的价值，制定适合我国国情的云计算发展策略具有重大意义[1]。在高校教育信息化建设方面，云计算技术可以在信息化硬件环境构建、信息化软件资源开发、信息化网络教学实施和信息化个人知识管理等方面提供新的模式。这些模式的转变有利于降低软硬件的采购和维护成本，有利于提升网络教学的效率，有利于加强信息的共享和交流[2]。

一、云计算辅助教学

1. 云计算

云计算（Cloud Computing）是并行计算（Parallel Computing）、分布式计算（Distributed Computing）和网格计算（Grid Computing）的发展，是虚拟化（Virtualization）、效用计算（Utility Computing）、将基础设施作为服务IaaS（Infrastructure as a Service）、将平台作为服务PaaS（Platform as a Service as a Service）和将软件作为服务SaaS（Software as a Service）等概念混合演进并跃升的结果[3]。云计算的目标是用户通过网络能够在任何时间、任何地点最大限度地使用虚拟资源池，处理大规模计算问题[4]。云计算的技术特征和规模效应带来压倒性的性能价格比优势。

2. 公有云与私有云

许多知名信息技术公司都推出了各种云计算平台，从Google Apps 到Zoho Office、Windows Live等等 [5]。这些平台都是公有云平台，根据应用的特点和需求的不同，私有云平台也被广泛研究。高校私有云是对高校的网络中心或是信息中心进行扩充形成的，由各个高校自行管理[6]。高等院校建设云计算平台核心在于充分发挥其建设目的和作用[7]。高等院校建设私有云计算平台可以充分利用校园网络管理中心现有环境和资源，可以减少大量重复投资，将高性能计算服务作为一项网络服务供全校使用。

3. 云计算辅助教学

云计算应用于教育领域，可以在课堂教学、实验教学和辅助教学等诸多方面提供高效服务[8]。高等院校建设私有云计算平台可以为自身的教学服务，开展云计算辅助教学。“云计算辅助教学”（Clouds Computing Assisted Instruction，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[9]。云计算为学习者在任何时间任何地点学习提供了有利的技术支持，带来了更多方便的学习工具，提高了学习效率[10]。云计算辅助教学在教学中应用，实现教学、管理和信息交流等功能。从教育的发展趋势和云计算技术的特点看，云计算辅助教学模式应当是今后发展的主要方向[11]。

云计算辅助教学平台可以选择公有云，也可以选择私有云，两者各有利弊。公有云平台能够提供完善的网络教学功能和运行环境，使高校无需自行搭建网络教学平台[12]。但公有云平台并未向一般的教育网用户开放源代码，教育网用户无法将课程资源以编译代码的程序方式上传到云平台上去，智能化建站方式反而限制了云计算辅助教学平台的个性发挥与软件的复用[13]。因此，高等院校应该根据自身的实际情况建设私有的云计算辅助教学平台。

4. 开源云计算系统的选择

建设私有的云计算辅助教学平台可以选择开源的云计算系统。开源技术获得长足发展，适合构建高等院校的私有云。目前开源的云计算系统主要有：Hadoop、AbiCloud、Eucalyptus、MongoDB、Enomalism和Nimbus等[14]，表1为主流开源云计算系统的比较[3]。

[＼&Hadoop＼&Eucalyptus＼&Nimbus＼&参照的商业方案＼&Google＼&Amazon＼&无＼&提供的服务类型＼&PaaS＼&IaaS＼&IaaS＼&服务间的关联度＼&耦合度高＼&耦合度低＼&耦合度低＼&支持的编程语言＼&Java＼&多种＼&多种＼&使用限制＼&较多＼&最少＼&较少＼&支持的功能＼&最多＼&较多＼&较多＼&可定制性＼&较弱＼&较弱＼&较强＼&可扩展性＼&自动＼&手动＼&手动＼&特色＼&广泛应用＼&模块化设计＼&适用于科学计算＼&]

Hadoop云计算系统性能良好、功能丰富，为开展云计算研究提供了很好的平台。Hadoop在很多国内外知名互联网公司得到了广泛的应用[15]，国外的公司包括Yahoo、Amazon和Facebook等，国内的公司包括百度、淘宝和中国移动等。

通过比较和分析主流开源云计算系统的特点，高等院校可以选择Hadoop云计算系统来构建云计算辅助教学平台。

二、Hadoop的基本结构

Hadoop框架[16]是Apache 基金会开发的开源项目，采用Java 语言开发。Hadoop 既是一个用于存储的分布式文件系统，更是一个在由通用计算设备组成的大型集群上执行分布式应用的框架。Hadoop 提供了简单易用的编程接口，使Hadoop 成为易于处理和保存大量数据的分布式云计算平台，具有可扩展性强、成本低、效率高、安全性好等特点[17]。Hadoop包含两个组件，分别是分布式文件系统（Hadoop Distributed File System，简称HDFS）和一个Map/Reduce并行编程模型。Hadoop的基本结构如图1所示。