CN107967837A - 一种基于容器的实训平台及其实施方法 - Google Patents

一种基于容器的实训平台及其实施方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于容器的实训平台及其实施方法，平台包括服务器、客户机、输入/输出外设以及组网设备，所述的服务器内置有容器***、本地容器镜像仓库、容器集群管理***、WEB管理***以及容器***运行的操作***，所述的客户机内置有容器模块、容器模块运行的操作***以及用于登陆服务器的容器***的远程连接工具。实训平台及其实施方法具体包括镜像准备、镜像审核和集群调度等内容，镜像准备是教师准备镜像并上传，镜像审核是审核上传的镜像是否合格，集群调度为根据教师申请在客户机部署镜像的过程。本发明的基于容器的实训平台对服务器的硬件要求低，对服务器硬件资源的利用率高，镜像切换速度快，提升了教学实训效率。

Description

一种基于容器的实训平台及其实施方法
技术领域
本发明涉及一种计算机领域的教学实训***，特别涉及一种可灵活搭建、快速切换镜像的实训***，其主要用于高等学校讲授计算机类课程时快读搭建学生实训环境使用。
背景技术
当前高校建设学生实训环境时大量采用KVM、VMWARE等虚拟化技术，这种方式的优点是方便集中部署***及软件环境，便于维护管理，同时对客户端要求不高，便于部署。但这种方案一般对服务器端硬件资源有较高的要求，所有虚拟机都会在服务端占用资源，尤其是内存和IO往往成为限制***流程运行的瓶颈。在客户端机房，由于所有用户集中访问服务器，如果没有经过特殊的负载均衡优化，其访问速度也将是制约整个***的问题。另外这类虚拟化技术在镜像切换时往往是分钟级的，在实际课堂使用过程中这种切换速度无法在课件短短的十分钟内完成整个实验室的镜像切换任务，这也为这类实训设备的推广带来了问题。为解决上述的各类问题，需要对现有的实训平台进行改进。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有的实训平台对服务器端硬件要求高，访问速度慢，镜像切换速度慢的问题，提出一种能够解决前述问题的基于容器的实训平台。
实现本发明的目的技术方案如下：
一种基于容器的实训平台，其包括服务器、客户机、输入/输出外设以及组网设备，所述的服务器内置有容器***、本地容器镜像仓库、容器集群管理***、WEB管理***以及容器***运行的操作***，所述的客户机内置有容器模块、容器模块运行的操作***以及用于登陆服务器的容器***的远程连接工具。
上述方案中，组网设备包括Internet网络、防火墙3、路由器4和交换机5等设备。
上述方案中，所述的容器***运行的操作***为LINUX***。
上述方案中，所述的远程连接工具为SSH远程连接工具或VNC远程连接工具。
本发明的另一个目的在于提供一种基于容器的实训平台的实施方法，其包括以下过程：
1)镜像准备：在客户机上通过容器管理软件登录服务器，下载适合的容器镜像，并对容器镜像进行必要的修改，包括预装所需软件、开放重要端口以及修改源地址，将修改结束的容器镜像上传至本地容器镜像仓库中，并对镜像与课程的关系进行绑定，然后查询上传后镜像的ID信息，并将镜像ID信息发送至管理员；
2)镜像审核：修改结束的容器镜像上传结束后通知服务器的管理员容器镜像变更信息以及变更后的容器镜像ID信息，管理员根据ID信息对容器镜像进行必要的审核，包括镜像的用途、端口、容量以及服务类型，以确认镜像是否适合加载，审核结束后，如果审核合格，管理员决定在将该容器镜像文件下载至服务器中；
3)集群调度：根据具体课表初始化每一门课程的起止时间，然后根据课程与教师、容器镜像的对应关系生成***镜像调度权限管理信息，授课时教师通过客户机登陆服务器的容器***，申请切换镜像，容器集群管理***根据教师的身份信息和课程信息，查询***镜像调度权限管理信息表，根据查询结果判别教师申请是否为计划中可行调度申请，如在镜像调度权限管理信息表中教师申请获得批准，则进入集群调度过程，并实施镜像切换，否则教师需要等待到许可时间段再提交集群调度申请才可以获得批准。
上述方案中，在确定课程发生变更，镜像需要更换的条件下，启动镜像加载流程，首先根据课程对应的镜像ID信息在服务器中查找对应的镜像，并检查当前节点中是否已生成该镜像对应的容器，然后根据集群调度节点的信息查找节点中的过期容器信息，并根据查询结果停止部分正在运行的已过期的容器，在过期容器停止后，使用新镜像生成容器镜像，并在集群管理节点中注册当前容器的信息和生命周期信息，然后进行集群调度。
上述方案中，镜像调度权限管理信息表中记录了所有当前时刻被允许加载镜像的课程信息，根据课程与镜像的对应关系可推导出当前被允许加载的镜像信息，在镜像切换过程中判断哪些容器为过期的容器，过期容器在重要性评估时赋以较低的分值，而非过期容器则赋以较高的分值，在选择关闭容器时按照从低到高的顺序排列各容器的重要性分值，选择一个阈值关闭所有小于此阈值的容器以释放***资源，保障新容器的生成。
上述方案中，对于某些特别重要的容器默认设定为估值上限，在重要性评估时始终排在所有容器的最前列，以此保证这些容器在切换过程中不会被关闭。
上述方案中，集群调度中，在授课过程时，教师根据实际需要申请当前课程所对应的镜像进行一次或多次切换。
本发明的有益效果如下：本发明的基于容器的实训平台引入了基于容器的虚拟化技术。容器技术是最近几年兴起的一种新型虚拟化技术，较之传统的KVM等虚拟化技术容器技术在资源占用率、镜像切换时间、镜像准备过程等诸多方面均具有优势。通过合理的规划集群调度方式，使用容器虚拟化技术可以较好的解决上述问题。本发明的基于容器的实训平台对服务器的硬件要求低，对服务器硬件资源的利用率高，镜像切换速度快，提升了教学实训效率。
附图说明
图1为本发明的集群网络拓扑图；
图2为本发明的镜像准备过程的流程图：
图3为本发明的镜像审核过程的流程图：
图4为本发明的集群调度过程的流程图：
图5为本发明的镜像加载过程的流程图；
图中，1为服务器，2为客户机，3为防火墙，4为路由器，5为交换机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明
一种基于容器的实训平台，其包括服务器1、客户机2、输入/输出外设以及组网设备，所述的服务器1内置有容器***、本地容器镜像仓库、容器集群管理***、WEB管理***以及容器***运行的操作***，所述的客户机2内置有容器模块、容器模块运行的操作***以及用于登陆服务器的容器***的远程连接工具。
上述的组网设备包括Internet网络、防火墙3、路由器4和交换机5等设备。客户机包括若干台PC电脑。如图1所示，客户机通过组网设备与服务器通信。
上述方案中，所述的容器***运行的操作***为LINUX***。
上述方案中，所述的远程连接工具为SSH远程连接工具或VNC远程连接工具。
一种基于容器的实训平台的实施方法，其包括以下过程：
1)镜像准备：在客户机上通过容器管理软件登录服务器，下载适合的容器镜像，并对容器镜像进行必要的修改，包括预装所需软件、开放重要端口以及修改源地址，将修改结束的容器镜像上传至本地容器镜像仓库中，并对镜像与课程的关系进行绑定，然后查询上传后镜像的ID信息，并将镜像ID信息发送至管理员；
2)镜像审核：修改结束的容器镜像上传结束后通知服务器的管理员容器镜像变更信息以及变更后的容器镜像ID信息，管理员根据ID信息对容器镜像进行必要的审核，包括镜像的用途、端口、容量以及服务类型，以确认镜像是否适合加载，审核结束后，如果审核合格，管理员决定在将该容器镜像文件下载至服务器中；
3)集群调度：根据具体课表初始化每一门课程的起止时间，然后根据课程与教师、容器镜像的对应关系生成***镜像调度权限管理信息，授课时教师通过客户机登陆服务器的容器***，申请切换镜像，容器集群管理***根据教师的身份信息和课程信息，查询***镜像调度权限管理信息表，根据查询结果判别教师申请是否为计划中可行调度申请，如在镜像调度权限管理信息表中教师申请获得批准，则进入集群调度过程，并实施镜像切换，否则教师需要等待到许可时间段再提交集群调度申请才可以获得批准。
上述方案中，在确定课程发生变更，镜像需要更换的条件下，启动镜像加载流程，首先根据课程对应的镜像ID信息在服务器中查找对应的镜像，并检查当前节点中是否已生成该镜像对应的容器，然后根据集群调度节点的信息查找节点中的过期容器信息，并根据查询结果停止部分正在运行的已过期的容器，在过期容器停止后，使用新镜像生成容器镜像，并在集群管理节点中注册当前容器的信息和生命周期信息，然后进行集群调度。
上述方案中，镜像调度权限管理信息表中记录了所有当前时刻被允许加载镜像的课程信息，根据课程与镜像的对应关系可推导出当前被允许加载的镜像信息，在镜像切换过程中判断哪些容器为过期的容器，过期容器在重要性评估时赋以较低的分值，而非过期容器则赋以较高的分值，在选择关闭容器时按照从低到高的顺序排列各容器的重要性分值，选择一个阈值关闭所有小于此阈值的容器以释放***资源，保障新容器的生成。
上述方案中，对于某些特别重要的容器默认设定为估值上限，在重要性评估时始终排在所有容器的最前列，以此保证这些容器在切换过程中不会被关闭。
上述方案中，集群调度中，在授课过程时，教师根据实际需要申请当前课程所对应的镜像进行一次或多次切换。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的几个优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于容器的实训平台，其特征在于：其包括服务器、客户机、输入/输出外设以及组网设备，所述的服务器内置有容器***、本地容器镜像仓库、容器集群管理***、WEB管理***以及容器***运行的操作***，所述的客户机内置有容器模块、容器模块运行的操作***以及用于登陆服务器的容器***的远程连接工具。
2.根据权利要求1所述的基于容器的实训平台，其特征在于：所述的组网设备包括Internet网络、防火墙3、路由器4和交换机5等设备。
3.根据权利要求1所述的基于容器的实训平台，其特征在于：所述的容器***运行的操作***为LINUX***。
4.根据权利要求1所述的基于容器的实训平台，其特征在于：所述的远程连接工具为SSH远程连接工具或VNC远程连接工具。
5.一种权利要求1-4中任意一项所述的基于容器的实训平台的实施方法，其特征在于：其包括以下过程：
1)镜像准备：在客户机上通过容器管理软件登录服务器，下载适合的容器镜像，并对容器镜像进行必要的修改，包括预装所需软件、开放重要端口以及修改源地址，将修改结束的容器镜像上传至本地容器镜像仓库中，并对镜像与课程的关系进行绑定，然后查询上传后镜像的ID信息，并将镜像ID信息发送至管理员；
2)镜像审核：修改结束的容器镜像上传结束后通知服务器的管理员容器镜像变更信息以及变更后的容器镜像ID信息，管理员根据ID信息对容器镜像进行必要的审核，包括镜像的用途、端口、容量以及服务类型，以确认镜像是否适合加载，审核结束后，如果审核合格，管理员决定在将该容器镜像文件下载至服务器中；
3)集群调度：根据具体课表初始化每一门课程的起止时间，然后根据课程与教师、容器镜像的对应关系生成***镜像调度权限管理信息，授课时教师通过客户机登陆服务器的容器***，申请切换镜像，容器集群管理***根据教师的身份信息和课程信息，查询***镜像调度权限管理信息表，根据查询结果判别教师申请是否为计划中可行调度申请，如在镜像调度权限管理信息表中教师申请获得批准，则进入集群调度过程，并实施镜像切换，否则教师需要等待到许可时间段再提交集群调度申请才可以获得批准。
6.根据权利要求5所述的基于容器的实训平台的实施方法，其特征在于：在确定课程发生变更，镜像需要更换的条件下，启动镜像加载流程，首先根据课程对应的镜像ID信息在服务器中查找对应的镜像，并检查当前节点中是否已生成该镜像对应的容器，然后根据集群调度节点的信息查找节点中的过期容器信息，并根据查询结果停止部分正在运行的已过期的容器，在过期容器停止后，使用新镜像生成容器镜像，并在集群管理节点中注册当前容器的信息和生命周期信息，然后进行集群调度。
7.根据权利要求5所述的基于容器的实训平台的实施方法，其特征在于：镜像调度权限管理信息表中记录了所有当前时刻被允许加载镜像的课程信息，根据课程与镜像的对应关系可推导出当前被允许加载的镜像信息，在镜像切换过程中判断哪些容器为过期的容器，过期容器在重要性评估时赋以较低的分值，而非过期容器则赋以较高的分值，在选择关闭容器时按照从低到高的顺序排列各容器的重要性分值，选择一个阈值关闭所有小于此阈值的容器以释放***资源，保障新容器的生成。
8.根据权利要求5所述的基于容器的实训平台的实施方法，其特征在于：对于某些特别重要的容器默认设定为估值上限，在重要性评估时始终排在所有容器的最前列，以此保证这些容器在切换过程中不会被关闭。
9.根据权利要求5所述的基于容器的实训平台的实施方法，其特征在于：集群调度中，在授课过程时，教师根据实际需要申请当前课程所对应的镜像进行一次或多次切换。
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