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申请/专利权人：南京信息工程大学

摘要：本发明公开了一种基于通用虚拟镜像的元宇宙实验平台构建方法，本系统平台的架构主要包括物理计算资源层、虚拟化层、虚拟实验室镜像的管理层、以及上层的实验业务流程管理层。基于本系统平台可以构建涵盖多种类型的专业虚拟实验室，通过该平台实现对不同类型虚拟实验室资源镜像的编排、加载、启动与实验过程管理，基于统一的计算资源，构建出涵盖各专业虚拟化实验室的元宇宙实验平台。相较于传统的专业实验室，本发明所提实验室平台突破了传统实验室在实验时间和实验空间上的约束，可以虚拟化出各专业类型的实验室，具有部署灵活、资源节约的特点，可以大幅压缩实验室建设的时间、物资投入成本。

主权项：1.一种基于通用虚拟镜像的元宇宙实验平台构建方法，其特征在于，所述元宇宙实验平台从最底层到最高层分别包括：物理资源层、虚拟资源管理层、持久化层、容器调度与管理层和实验计划与业务管理层，构建方法包括如下步骤：步骤1、创建元宇宙实验室平台：包括设备准备、镜像准备和网络配置；所述设备准备为准备物理计算资源构成物理资源层，包括服务器、存储设备和网络设施；配置虚拟化软件和虚拟机管理工具构成虚拟资源管理层，对物理资源层进行虚拟化管理；通过持久化层来管理用户数据和实验数据；所述镜像准备为准备容器调度与管理层，建立镜像库，并配置对应的镜像管理软件和调度工具；所述网络配置为配置元宇宙实验平台所需的路由器、交换机、防火墙、虚拟局域网VLAN以及虚拟专用网络VPN；步骤2、创建虚拟实验室的镜像：包括base镜像创建、实验资源镜像创建和用户空间镜像创建；在虚拟实验室的镜像装配完成后启动镜像，生成实验容器；步骤3、用户登陆元宇宙实验平台，在实验计划与业务管理层通过实验容器开始实验；步骤1中，所述设备准备具体为：服务器的选择基于x86架构的服务器，包括IntelXeon系列或AMDEPYC系列；存储设备包括硬盘、固态硬盘或存储阵列；虚拟化软件包括MicrosoftHyper-V或Kernel-basedVirtualMachine；虚拟机管理工具包括VMwarevCenterServer或ProxmoxVE；持久化层选择MySQL数据库；所述虚拟资源管理层生成的流程如下：接收从系统转发用户实验请求，分析用户实验所需计算计划task:c,m,s,t，其中c是所需的CPU资源，m是所需的内存资源，s是实验时长，t是实验开始时间；遍历当前系统实验计划表，计算出当前平台中各服务器是否可接收该实验请求，算法如下：设当前服务器S所拥有的CPU资源总量为C，内存总量为M，已接收的实验请求列表为TASK；遍历TASK列表，取出所有在s,t时间段内的已接收实验请求TASKi，累加各TASKi的c，m值为TC,Tm；若当前服务器C-TCc且M-Tmm，则将实验计划task分配到当前服务器S；所述容器调度与管理层工作流程如下：根据系统控制流程，获取实验镜像，加载后交付用户使用；用户完成实验，关闭容器后；启动用户实验数据的更新流程，其流程包括：将容器提交到临时目录；提取容器中最上层的可读写层，将可读写层中的文件、数据提交到用户在平台中的数据空间；查找与比对用户数据空间与提交的新用户数据在内容上是否一致，如果不一致，根据数据内容时间上前后的关系，更新用户空间数据；步骤2中，所述用户空间镜像创建包括如下步骤：步骤2.1.1、确定用户所需的数据和文件，包括身份验证所需的文件以及实验过程中生成的数据和文件；步骤2.1.2、在虚拟实验室系统中创建一个用于存放用户空间数据的目录，确保该目录具有相应的权限，以便用户可以读取和写入其中的文件；步骤2.1.3、将用于身份验证的文件复制到用户空间目录中；步骤2.1.4、当用户在实验过程中生成数据和文件时，将这些数据保存到用户空间目录中，当用户实验过程结束或需要保存实验数据时，将用户空间目录打包成一个镜像文件；步骤2中，在虚拟实验室的镜像装配完成后启动镜像，生成实验容器，包括如下步骤：步骤2.2.1、用户通过身份认证，登录到本系统平台后，选择实验项目，发送启动命令；步骤2.2.2、平台根据用户指定的实验项目，拉取虚拟实验镜像所需base镜像、实验资源镜像拉取到临时目录；步骤2.2.3、根据实验用户身份信息，搜索该用户在平台的数据空间，拉取指定实验项目的用户数据文件到临时目录；步骤2.2.4、所需镜像文件与数据文件准备完成后，使用Unionfilesystems文件系统叠加生成包含用户数据文件的指定实验镜像；步骤2.2.5、系统执行虚拟资源管理层资源分配计划，获取分配的服务器和实验时间将实验镜像发送到目标服务器，在预定的时间启动镜像，生成实验容器；步骤3具体包括如下步骤：步骤3.1、管理虚拟机实例和资源分配：在分配资源时根据当前平台负载和用户需求进行动态调整，并实时监测服务器的CPU、内存、磁盘资源利用率，设备将信息反馈给用户，并根据用户请求和实验需求，动态调整虚拟机实例的资源分配；步骤3.2、管理虚拟实验室镜像：系统定期检查和更新各种类型的虚拟实验室镜像，包括软件版本和安全补丁，根据最新的技术和用户需求，及时更新镜像中的实验内容和教学资源；步骤3.3、用户实验请求和监控：在接收用户实验请求时，平台进行身份验证和权限检查，确保合法用户访问和使用平台资源，核验通过后，平台根据用户请求，分配虚拟机资源并加载相应的实验镜像，在实验过程中，平台监控用户操作和资源利用情况，并记录实验数据和结果；步骤3.4、信息安全管理：系统实施安全管理措施，确保学生管理员和数据的安全性，用户可设定学生管理员的账号和权限，并限制其对平台的操作范围，避免误操作或恶意操作，定期对学生管理员账号进行审核，及时撤销不必要的权限或账号，系统加密存储用户数据和实验结果，并设定访问权限，限制用户对敏感数据的访问和操作；步骤3.5、实验结束和资源释放：实验完成后，系统自动释放虚拟机资源，并清理实验数据和环境，对用户的实验结果进行评分和反馈，提供学习建议和改进意见。

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百度查询： 南京信息工程大学 一种基于通用虚拟镜像的元宇宙实验平台构建方法