大数据环境下《信息存储技术》课程实验教学设计

李可风

(南昌大学管理学院，江西 南昌 330031)



大数据环境下《信息存储技术》课程实验教学设计

李可风

(南昌大学管理学院，江西 南昌 330031)

大数据给数据存储带来了极大的挑战，也给大规模信息存储技术带来了巨大的人才需求。因此急需开展信息存储类的课程建设，尤其是与信息存储技术相关的实验课程。本文探讨了信息存储技术课程在理论和实验两个环节的教学设计，尤其在实验教学上给出了详细的教学方案和教学内容，并探讨了这种形象直观的存储模拟实训的教学效果。

海量数据 信息存储 教学方案 存储技术实训

1 引言

各行各业的数字化进程使社会中的数据巨量增长，信息数据已经成为各类机构、企业和组织一项不可或缺的财产。面对越来越有价值的数据，不仅需要安全可靠的信息存储架构，而且需要有条不紊的信息管理策略[1-2]。如何管理好、存储好这些越来越有价值的数据，是当今社会中各类组织、企业亟待解决的重要问题[3]。除了拥有强大的软硬件架构，很显然，他们更需要掌握信息存储技术的综合性技术人才。

目前，在国内，北京大学，上海交通大学，复旦大学，清华大学，浙江大学，东南大学，中山大学、深圳大学、国防科技大学，华中科技大学都已经开设了这门课程，但在课程建设，实验环节的开设方面由于各高校的重视程度不同，都存在不同程度的教学开展问题。与国际社会相比，在中国高校中与之相关的课程体系建设远远落后于发达国家，造成这类技术人才储备的缺口巨大。为有效解决信息存储技术这门课在实验和实践环节上的教学问题，不仅需要关注国内顶尖高校的课程建设情况，借鉴国外高校的实施情况，还要提高信息存储类课程的实验教学环节水平，以适应国内在相关领域内的人才需求[4-6]。

本文以国内顶尖高校在信息存储技术课程方面开设的现状为基础，结合南昌大学信息存储课程在实践教学环节的开设情况，从理论课程和实验环节两个方面对信息存储技术课程的建设情况进行介绍和论述，重点探讨信息存储技术课程在实践环节方面的课程安排、教学内容设计、教学方式以及实训教学设计方案。

2 信息存储课程理论教学体系

信息存储课程是目前大规模存储领域内可帮助学生了解传统和虚拟环境中各种不同存储基础架构组件的为数不多的几门课程之一。在学习这门课程的理论部分后，学生能够在今后日益复杂、发展迅猛的数字环境中获得足够的竞争优势。理论课不仅会深入介绍多种底层存储技术，而且还使学生在课程学习过程中接触当前与存储管理有关的先进技术和产品。课程将介绍智能存储系统的体系结构、功能和优势，如 FC SAN(Fibre Channel Storage Area Network，光纤通道存储局域网络或光纤存储局域网络)、IP SAN(Internet Protocol Storage Area Network，网络互联存储局域网络或IP存储局域网)、NAS(Network Attached Storage，网络附属存储)以及基于对象的存储和统一存储等网络存储技术；同时向学生介绍基于备份和复制的业务连续性解决方案；并结合目前越来越受重视的数据安全性，讨论在信息安全和管理领域、以及新兴的云计算领域的数据存储与管理。

课程的理论部分主要分三部分介绍。

第一部分，存储基本概念介绍。

信息和数据在当前的社会中对任何组织和个人都是至关重要的。掌握了数据，不仅能把握无限的机会，同时也能在竞争中立于不败之地。本部分从信息的作用和基本概念开始讨论，介绍了在海量信息管理需求下的存储解决方案与数据中心的基础构架，从而建立起存储的基本概念。同时还介绍了存储架构的各个组成部分。从主机与存储的连接关系，以及磁盘的基本概念出发，介绍了磁盘阵列和磁盘的RAID(Redundant Arrays of Independent Disks，磁盘阵列)数据保护等概念。最后，本部分还介绍了磁盘存储系统的系统结构并深入说明了如何将智能存储系统高效地应用于系统环境。具体分如下几部分讲授：(1)信息存储与管理介绍；(2)存储系统环境；(3)数据保护与RAID磁盘阵列技术；(4)智能存储系统。

第二部分，存储网络技术和虚拟化。

网络技术不断地发展，渗透到各行各业的各个方面，因此网络存储越来越受到业界的重视。本部分介绍了网络存储环境下的直连存储、网络附加存储、光纤存储局域网、IP存储局域网和内容寻址存储，并深入介绍了这些网络存储结构的概念、结构特点、基本原理以及应用环境等方面的知识。同时，对未来存储的发展趋势，如存储虚拟化技术，云计算技术也进行了讲授介绍。具体分如下几部分讲授：(1)直连存储；(2)网络附加存储；(3)光纤存储局域网络；(4)IP存储局域网；(5)内容寻址存储；(6)存储虚拟化。

第三部分，业务连续性。

由于一些不可避免的紧急事故和灾难会在不可预料的情况下突发性地发生，为了能给企业和组织提供不间断的数据服务，数据的抗毁性和恢复日益成为数据存储和管理中一项不能回避的环节。因此在理论课程的讲解中也介绍了数据的备份、恢复等基本概念，讲解了在业务连续性的需求下，存储解决方案应该如何满足苛刻的业务连续性要求。另一方面，本部分还重点介绍了，发生紧急事故时，灾难损毁数据时对数据备份与恢复的要求。具体分如下几部分讲解：(1)业务连续性概述；(2)备份与恢复；(3)业务连续性：本地复制；(4)业务连续性：远程复制。

3 信息存储课程实验教学体系设计

经过前面的分析和介绍，可以看出，信息存储课程的理论教学体系已经很完善。但是如果没有与理论教学相结合的配套实验教学体系，学生是无法真正掌握和体会信息存储与管理的本质。

在本课程的实践教学过程中，不仅要逐步培养学生对抽象问题的概括能力、逻辑推理能力和自学能力。同时，还要通过实践教学培养学生理论结合实际的应用能力以及一些实用技术的使用与技巧。

在节省教学成本的前提下，为了使学生更形象地理解理论知识，本课程采用存储模拟器进行实验。模拟器能模拟时间实现RAID划分，快照，迁移，统一管理等与存储管理相关的大部分业界主流操作环节。本课程主要采用两个模拟器，实现了两套存储管理实验教学方案。一是基于SAN应用管理模拟器：EMC Navisphere的SAN应用管理；一是基于统一存储管理模拟器：EMC Unisphere的统一存储管理模拟。

(1)SAN应用管理实验设计

Navisphere模拟器套件可以让学生直观地模拟和观察安装在大型组织和企业中的SAN阵列资源。如图1所示。

该模拟器使用Windows资源管理器风格的用户界面，模拟实现跨多台异构主机在分布式存储区域网络(SAN)中对数据的访问，不仅简化了存储资源调配，更直观的让学生感受到现实应用。实验模拟验证内容安排如表1。本实验的目的旨在让学生体会RAID组的功能，了解不同RAID级别之间的区别；体验LUN(Logical Unit Number，逻辑单元号)分配和创建的策略。熟悉磁盘备份技术，掌握本地和远程备份和复制的方法。

表1 SAN应用管理实验设计

SAN应用管理实验主要分三部分进行。1、配置存储管理环境。2、配置RAID阵列和LUN。3、磁盘备份和复制实验。

配置存储管理环境的实验内容为：配置用户权限，使不同的用户具有不同的存储管理权限。

配置RAID阵列的实验内容为：绑定LUN，创建RAID组以及创建存储组。

当激活时，磁盘快照是一个虚拟的LUN，它允许二级服务器查看即时复制的源LUN。活跃的快照由源LUN和LUN数据组合构成，每一个快照链接到一个源LUN。如果存储系统突然断电，而此时快照会话正在运行，则快照将会保证存储数据不丢失。因此如何有效率地分配源LUN给快照是存储管理里一项不可或缺的技能。为此，本课程设计了磁盘备份和复制实验的实验内容。主要包括：根据LUN配置和创建本地快照，有策略地移除快照以及远程配置快照和移除快照。

(2)统一存储管理-EMC Unisphere

EMC Unisphere Simulator是统一存储管理平台模拟器。不仅直观地模拟了统一存储平台的用户界面，更将SAN，NAS及多种存储技术融合在一个统一界面管理，显示了简洁性、灵活性、自助能力和自动化，这些模拟功能都是实现私有云的关键要求。实验模拟验证内容安排如表2所示。

表2 统一存储管理实验设计

在学生了解了统一存储管理方案后，本课程设计并给出了几个应用实例，让学生在学完基础内容后进行更加形象的具有应用背景的实训练习。主要的实训项目设计如表3所示。

表3 存储管理实训项目设计

4 总结和展望

本文探讨了大数据环境下如何设计《信息存储技术》课程的实验教学方案。具体描述了该课程在理论上的教学安排以及实验实训方面的教学方案设计。重点描述了如何使用模拟器完成实验教学以及结合具体应用实例的实训项目设计。在教学过程中，学生无疑非常形象直观地学习和掌握了存储管理技术。下一步的研究将着重探讨以这种教学方案展开教学后，如何有效评估这门课程的教学效果，进行教学改进和提高。

[1]林瑜华.云计算环境下高校实验教学模式的创新与实践[J].实验室研究与探索，2011，30(8)：271-274.

[2]刘芳，肖侬，唐玉华，等.信息存储技术课程的研究性教学实践与思考[J].计算机教育，2014，18：025.

[3]白志杰.基于SAE的云计算PaaS实践教学方案设计[J].电子制作，2014，14：036.

[4]罗国玮，兰瑞乐.基于云计算的高校科研实验平台构建研究[J].实验技术与管理，2012，29(4)：115-117.

[5]李鸿健.大数据时代计算机专业实验教学改革研究[J].现代计算机：上下旬，2013(13)：29-31.

[6]马俊臣.云计算环境下的网络教学资源库建设[J].中国教育信息化：高教职教，2010(5)：17-19.

ExperimentalTeaching Design of “Information Storage Technology” in the Big Data Environment

LI Ke-feng
(ManagementSchoolofNanchangUniversity，JiangxiNanchang330031)

Big data storage has brought a great challenge to data storage，but also brought great demand to the large scale of information storage technology talent.Therefore，it is urgent to carry out the curriculum construction of the information storage，especially the experiment course related to the information storage technology.This paper discussed the teaching design of the course of information storage technology in theory and experiment，especially in the experimental teaching aspect，the teaching scheme and teaching contents are given in detail，and the teaching effect of this kind of image storage simulation is discussed.

Massive Data Information Storage Teaching Strategy Storage Technology Training

2015国家青年科学基金项目“图嵌入方法在大规模数据密集型系统中的应用研究”(编号：61402217)，2012年教育部人文社会科学规划基金项目(编号：12YJAZH165)。