随着互联网高速发展,对相关人才的需求急剧增长。MOOC(Massive Open Online Courses)的兴起,对开放式教育产生了巨大影响,但因在实验教学上的不足,MOOE(Massive Open Online Experiments)便应运而生。MOOE的出现打破了传统实验教学中时间与场地的限制,真正实现了各能力层次、各行业背景的“学生”用户随时随地、按需选择的自主实验学习,因此,开发基于MOOE的学生自主学习系统有充分的必要性。本文提出了基于多级增量镜像的实验镜像管理方案,解决实验镜像存储占用严重,部署效率低下的问题;通过在块设备模拟器与磁盘镜像之间添加缓存层,提升实验并发创建速度;基于虚拟机动态迁移技术,构建了实验主机动态放置模型,解决同一时间段内实验并发运行导致物理集群负载失衡的问题;对Web Socket协议的原理进行了研究,解决自主学习系统中实验环境的远程在线访问问题;为了监控和管理系统,对集群监控技术及虚拟化管理技术进行了研究;最后,开发了在线学习交互平台,为学生访问学习资源提供入口。首先,构建物理集群环境,利用虚拟磁盘增量机制,通过Libvirt及NFS进行实验模板镜像部署,并利用层次分析法对实验质量进行评价,辅助实验生命周期决策;其次,通过KVM虚拟化技术将实验以虚拟机形式运行,以实验为单位划分虚拟子网;拦截磁盘读取请求,重定向至缓存区减轻磁盘I/O负载;分析虚拟机资源调度需求,利用基于时间序列的负载预测,基于迁移代价与迁移效率的待迁实验机选取,以及基于多目标优化的迁移映射,实现系统对实验高并发运行的支持。利用Web Socket协议构建远程桌面代理,进行浏览器与虚拟实验主机间的桌面数据转发,并屏蔽底层实验机真实地址。然后,实现对系统中的实验管理,基于SNMP协议及时序数据存储实现系统监控功能,利用Web开发技术,实现在线学习交互功能。最后,完成对自主学习系统的测试,并验证系统的可行性。综上所述,本文完成基于MOOE的学生自主学习系统。通过测试表明,系统能够实现实验环境的远程在线访问,解决了并发启动物理集群负载失衡问题,提供了可供用户在线访问的学习平台,系统测试结果符合以上描述。