基于PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造分析

天津國(guó)土資源和房屋職業(yè)學(xué)院 程 浩

一、前言

隨著教育制度的不斷變革、教育模式的不斷發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代化教育手段已經(jīng)在高校中得到了廣泛應(yīng)用。采用硬盤(pán)保護(hù)卡的傳統(tǒng)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在系統(tǒng)維護(hù)上需要投入較大的時(shí)間和精力，很難滿足實(shí)踐教學(xué)需求，對(duì)此，需要應(yīng)用無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造。

二、PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

（一）無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)主要指的是在局域網(wǎng)中，利用網(wǎng)絡(luò)可以讓所有客戶機(jī)在服務(wù)器磁盤(pán)中運(yùn)行應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在此網(wǎng)絡(luò)中，所有客戶機(jī)均沒(méi)有安裝硬盤(pán)。在此無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?，F(xiàn)階段，PXR無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用了動(dòng)態(tài)路由，具有十分快捷、簡(jiǎn)單的安裝及操作，具有較強(qiáng)的優(yōu)越性[1]。

（二）PXE基本原理

PXE，即預(yù)啟動(dòng)執(zhí)行環(huán)境，PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是Intel公司開(kāi)發(fā)而成，應(yīng)用此種技術(shù)，可以利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。在具體應(yīng)用中，利用LAN方式啟動(dòng)，會(huì)有請(qǐng)求從網(wǎng)卡內(nèi)置啟動(dòng)芯片中發(fā)出，要求服務(wù)器對(duì)IP地址進(jìn)行分配，在構(gòu)建一定聯(lián)系后，利用TFTP協(xié)議可以下載終端操作系統(tǒng)鏡像包，并對(duì)其進(jìn)行執(zhí)行，讓終端操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。

三、PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造

（一）改造背景概述

以我國(guó)某高校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造為例，該實(shí)驗(yàn)室建于2010年，主要采用硬盤(pán)保護(hù)卡技術(shù)。此技術(shù)可以避免學(xué)生對(duì)硬盤(pán)數(shù)據(jù)進(jìn)行惡意修改，可以讓一對(duì)多智能網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，并讓系統(tǒng)安裝、升級(jí)等相關(guān)工作得到快速完成。但是隨著學(xué)校教育模式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)的確定，實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)始改革，因此，該校采用PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造，以此來(lái)滿足學(xué)校課程改革對(duì)硬件、軟件提出的要求。

（二）改造方案設(shè)計(jì)

1.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

在無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，需要依托于局域網(wǎng)完成啟動(dòng)客戶機(jī)系統(tǒng)、運(yùn)行客戶機(jī)系統(tǒng)工作，因此，無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定性及優(yōu)劣度的影響，在改造方案設(shè)計(jì)中，該高校使用較為普及的1GB到桌面網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.服務(wù)器

在無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，服務(wù)器是重要承載者，是核心所在。利用服務(wù)器，可以對(duì)運(yùn)行客戶機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程引導(dǎo)。磁盤(pán)性能與網(wǎng)卡性能是保證無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)功能得以實(shí)現(xiàn)的重要硬件需求，客戶機(jī)的運(yùn)行不會(huì)對(duì)服務(wù)器RAM、CPU等資源進(jìn)行消耗，因此，對(duì)于PC的配置并沒(méi)有較高要求。

3.客戶機(jī)

為讓無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能得到充分發(fā)揮，需要保證客戶機(jī)網(wǎng)卡可以對(duì)千兆傳輸予以支持，為讓銳起B(yǎng)SD系統(tǒng)軟件本地寫(xiě)緩存的相關(guān)性能得到發(fā)揮，需要保證客戶機(jī)中的內(nèi)存在2GB以上，并保證“本地寫(xiě)緩存”具有512MB到1GB的內(nèi)存空間。

4.系統(tǒng)軟件

在系統(tǒng)軟件中，采用我國(guó)銳起信息技術(shù)公司的BSD虛擬化平臺(tái)，此種平臺(tái)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已經(jīng)較為成熟，得到了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，該軟件可以對(duì)服務(wù)器集聯(lián)、多網(wǎng)卡等相關(guān)功能予以支持，在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)改造中具有重要應(yīng)用意義。

5.操作系統(tǒng)

在操作系統(tǒng)中，客戶機(jī)可使用64位Windows 7。在無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)服務(wù)器中選擇使用Windows Server 2008 R2，該系統(tǒng)中融入了Syper-V 2.0，可以調(diào)整虛擬磁盤(pán)動(dòng)態(tài)容量，且可以提供VM內(nèi)存動(dòng)態(tài)配置功能，在無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中具有良好的適用性。

（三）技術(shù)應(yīng)用流程

1.安裝服務(wù)器

將操作系統(tǒng)Windows Server 2008 R2安裝在服務(wù)器中，對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行配置，依照規(guī)劃可以對(duì)靜態(tài)IP地址進(jìn)行指定。對(duì)銳起無(wú)盤(pán)BSD主服務(wù)器端程序進(jìn)行安裝，可以創(chuàng)建客戶機(jī)的軟鍵盤(pán)鏡像、系統(tǒng)盤(pán)鏡像以及臨時(shí)回寫(xiě)盤(pán)的目錄，進(jìn)而讓客戶機(jī)運(yùn)行速度得到提升，在具體規(guī)劃中，可以規(guī)劃三個(gè)固態(tài)硬盤(pán)，功能為兩讀一寫(xiě)，其設(shè)置格式是NTFS文件系統(tǒng)格式[2]。

2.安裝客戶機(jī)

在安裝客戶機(jī)過(guò)程中，具體可分為五個(gè)步驟，首先，需要安裝模板客戶機(jī)，可將64位Windows 7安裝在1臺(tái)客戶機(jī)中，并對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行配置，依照規(guī)劃可以對(duì)靜態(tài)IP地址進(jìn)行指定。對(duì)銳起B(yǎng)SD客戶端進(jìn)行安裝，在安裝完成后會(huì)彈出初始配置對(duì)話框。之后可點(diǎn)擊系統(tǒng)優(yōu)化按鈕，可選擇系統(tǒng)優(yōu)化內(nèi)容，之后可將正確服務(wù)器IP地址填入在服務(wù)器IP地址框內(nèi)，安裝虛擬磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行重啟。

其次，需要加入模板客戶機(jī)，將模板客戶機(jī)MAC地址等信息填入在銳起無(wú)盤(pán)BSD管理器新增工作站之中，并對(duì)之前創(chuàng)建完成的磁盤(pán)鏡像及回寫(xiě)目錄進(jìn)行選擇，讓模板客戶機(jī)得到添加，設(shè)置“超級(jí)用戶”。

之后，可對(duì)客戶機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行上傳，在重啟客戶機(jī)后，可以對(duì)驅(qū)動(dòng)程序予以自動(dòng)安裝，并進(jìn)行重啟，之后可在磁盤(pán)管理中初始化虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)、格式化虛擬網(wǎng)絡(luò)磁盤(pán)，利用上傳工具可上傳應(yīng)用軟件鏡像及操作系統(tǒng)鏡像。

然后，可以對(duì)模板客戶機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。在上傳鏡像工作完成后，可以關(guān)閉模板客戶機(jī)，對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行移除，在開(kāi)機(jī)之后，可以進(jìn)行COMS設(shè)置，設(shè)定為網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，對(duì)硬盤(pán)通道進(jìn)行關(guān)閉，在重啟之后，可以讓模板客戶機(jī)在無(wú)硬盤(pán)條件下以網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)方法進(jìn)入到操作系統(tǒng)當(dāng)中。

最后，可以對(duì)其他客戶機(jī)進(jìn)行添加，設(shè)置客戶機(jī)全自動(dòng)加入方式在銳起無(wú)盤(pán)BSD服務(wù)端中，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)方式在其他客戶機(jī)操作系統(tǒng)當(dāng)中。

（四）具體改造方法

1.整合服務(wù)器資源

在該校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造工程中，考慮到計(jì)算機(jī)等級(jí)考試任務(wù)，將一臺(tái)工作組級(jí)服務(wù)器/入門(mén)級(jí)服務(wù)器配置在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，這種服務(wù)器的投入可以整合服務(wù)器資源，讓虛擬化技術(shù)得到充分利用，結(jié)合實(shí)際情況，可以完成調(diào)配工作，讓原有功能得以實(shí)現(xiàn)，而剩余部分可以作為無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行使用。

2.整合客戶機(jī)

考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，在該工程中，利用無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合實(shí)驗(yàn)室為Windows XP無(wú)盤(pán)實(shí)驗(yàn)室，這種改造方法可以讓資源利用率變得更為充分，降低實(shí)驗(yàn)室及其故障率，讓資金投入壓力得到緩解。在具體改造工作中，應(yīng)用了銳起無(wú)盤(pán)BSD驅(qū)動(dòng)分離技術(shù)，此種技術(shù)可以在整合客戶機(jī)的同時(shí)控制維護(hù)時(shí)間成本。在具體改造中，有多種不同配置客戶機(jī)加入其中，在此過(guò)程中，需要保證每種配置客戶機(jī)需要在移除硬盤(pán)或?qū)τ脖P(pán)通道進(jìn)行關(guān)閉后才能加入，讓其順利進(jìn)入無(wú)盤(pán)系統(tǒng)。在添加相同配置客戶機(jī)后，在同一配置分組中，可以利用服務(wù)端選擇客戶機(jī)，設(shè)置進(jìn)入驅(qū)動(dòng)安裝模式，之后可安裝硬件驅(qū)動(dòng)。如果客戶機(jī)缺少相關(guān)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，可以在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)管理中添加網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)。如果有多種類(lèi)型的硬件配置客戶機(jī)存在于無(wú)盤(pán)系統(tǒng)當(dāng)中，那么需要在安裝軟件、系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中，盡量規(guī)避多種類(lèi)型配置客戶機(jī)切換“超級(jí)用戶”情況出現(xiàn)，避免系統(tǒng)鏡像增大和客戶機(jī)兼容問(wèn)題出現(xiàn)。因此，可以應(yīng)用Virtualbox虛擬機(jī)軟件完成一系列操作。

3.網(wǎng)絡(luò)匯聚

在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中，利用網(wǎng)絡(luò)匯聚可以讓無(wú)盤(pán)系統(tǒng)性能得到提高。交換機(jī)斷口與網(wǎng)卡的匯聚可以讓交換機(jī)、網(wǎng)卡吞吐量得到提高，可以讓網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力得到提升，進(jìn)而讓讀寫(xiě)大數(shù)據(jù)、批量客戶機(jī)同時(shí)啟動(dòng)穩(wěn)定性及速度得到提高，這是一種增強(qiáng)無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)性能的經(jīng)濟(jì)手段。在分流設(shè)置過(guò)程中，共有4個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口分流，在分流時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)利用率分別為73.78%、68.15%、67.73%、66.12%，其內(nèi)存使用率和CPU使用率約為20%、35%。其具有較低的網(wǎng)絡(luò)使用率和有限的網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力，同時(shí)，個(gè)別客戶機(jī)可能會(huì)有緩慢的鏡像獲取情況出現(xiàn)，需要對(duì)其進(jìn)行人為干預(yù)。在匯聚設(shè)置過(guò)程中，4網(wǎng)絡(luò)端口匯聚的網(wǎng)絡(luò)使用率約為99%，內(nèi)存使用率與CPU使用率分別為39%、53%。其具有較高的網(wǎng)絡(luò)使用率和較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)能力[3]。

（五）改造效果分析

在該高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造完成后，取得了十分明顯的改造效果，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：（1）軟件安裝便捷。在利用無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在服務(wù)器上安裝軟件變得更為便捷，可讓軟件得到快速使用。（2）軟件注冊(cè)迅速。在無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)上，只需注冊(cè)就可完成軟件安裝工作，且無(wú)論客戶機(jī)數(shù)量多少，都可以保證在5min之內(nèi)完成注冊(cè)工作。（3）實(shí)踐教學(xué)效果提升。在對(duì)動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，過(guò)去受限于外部條件，教師只能利用準(zhǔn)備好的PPT課件、視頻課件進(jìn)行演示講解，在課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生不能進(jìn)行及時(shí)演練，很難找到學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)解決，在經(jīng)過(guò)無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)改造后，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)中可以依照自身需求選擇合適的操作系統(tǒng)，利用恰當(dāng)?shù)牟寮④浖咝瓿蓜?chuàng)作，可以讓實(shí)踐教學(xué)效果得到提升。（4）病毒防范能力提升。無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)具有讀寫(xiě)分離的特點(diǎn)，如果有病毒感染情況出現(xiàn)，會(huì)全體關(guān)機(jī)，在服務(wù)器中，可以對(duì)回寫(xiě)文件予以刪除，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行查殺，其查殺工作的完成時(shí)間低于5min。

四、結(jié)論

綜上所述，在應(yīng)用PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造時(shí)，需要在改造方案中考慮到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、服務(wù)器、客戶機(jī)、系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)這幾個(gè)因素，通過(guò)整合服務(wù)器資源、整合客戶機(jī)及網(wǎng)絡(luò)匯聚，可以完成實(shí)驗(yàn)室改造工作，進(jìn)而提升高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)水平，提升實(shí)踐教學(xué)效果。

[1]林榕,盤(pán)煒生,陳守寬.PXE無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2018,37(01)：241-246.

[2]王玉峰,李文志.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室無(wú)盤(pán)化改造[J].科技視界,2016(03)：46.

[3]郭學(xué)英,姜穎.基于無(wú)盤(pán)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(01)：242-246.