無(wú)盤工作站技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用研究

賀恩香

（江西衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330052）

1 引言

高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的演示、實(shí)踐任務(wù)，并為學(xué)生的自主探究與實(shí)踐學(xué)習(xí)等提供良好環(huán)境。面對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備老舊、硬盤老化、管理維護(hù)成本高等的問(wèn)題，可以借助工作站的BXP無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，進(jìn)行不同類別數(shù)據(jù)文件的傳輸與存儲(chǔ)，以解決在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備硬盤容量不足、損壞嚴(yán)重等問(wèn)題，滿足不同用戶的數(shù)據(jù)使用與管理需求[1]。

2 無(wú)盤工作站網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

無(wú)盤工作站網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)工作站的客戶端中不安裝硬盤，只通過(guò)無(wú)盤工作站、服務(wù)器等組成局域網(wǎng)，用于支持不同網(wǎng)絡(luò)框架、應(yīng)用軟件的安裝與運(yùn)行，以取代軟驅(qū)或光盤等硬件的數(shù)據(jù)讀寫、存儲(chǔ)。也就是說(shuō)，無(wú)盤工作站所有操作都在局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中進(jìn)行，無(wú)盤工作站的啟動(dòng)原理為：先由無(wú)盤工作站向服務(wù)器發(fā)送啟動(dòng)信號(hào)，服務(wù)器在收到信號(hào)后向工作站發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，工作站下載啟動(dòng)數(shù)據(jù)并以LAN方式啟動(dòng)。

（1）BXP或銳起無(wú)盤系統(tǒng)。BXP無(wú)盤系統(tǒng)為美國(guó)公司開發(fā)的虛擬硬盤系統(tǒng)，是在服務(wù)器中劃分出多個(gè)虛擬硬盤，每個(gè)虛擬硬盤都支持網(wǎng)絡(luò)工作站的啟動(dòng)、運(yùn)行等操作，系統(tǒng)啟動(dòng)后采用UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為用戶的數(shù)據(jù)吞吐、存儲(chǔ)需求提供支持。而銳起無(wú)盤系統(tǒng)為國(guó)產(chǎn)的虛擬硬盤服務(wù)系統(tǒng)，主要采取Windows SCSIMiniport啟動(dòng)程序設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的映像文件、硬盤文件進(jìn)行模擬，進(jìn)行磁盤驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)的處理。

（2）RPL的無(wú)盤工作站管理。RPL為靜態(tài)路由的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、服務(wù)控制技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)(Client)啟動(dòng)后，RPL根據(jù)網(wǎng)卡上的BootROM、ID數(shù)據(jù)號(hào)，向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送引導(dǎo)請(qǐng)求幀F(xiàn)OUND，服務(wù)器對(duì)以上ID數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與匹配后，進(jìn)行遠(yuǎn)程啟動(dòng)，提供DHCP服務(wù)。

（3）PXE的無(wú)盤工作站管理。PXE技術(shù)也被稱為遠(yuǎn)程引導(dǎo)技術(shù)，是在客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建的基礎(chǔ)上，由用戶利用工作站的CMOS傳感器，設(shè)置以LAN網(wǎng)絡(luò)為無(wú)盤工作站的啟動(dòng)方式，并運(yùn)用內(nèi)置的網(wǎng)卡啟動(dòng)芯片與/服務(wù)器進(jìn)行連接，而使用該技術(shù)的計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行速率為原有計(jì)算機(jī)運(yùn)行速率的3倍，且PXE無(wú)盤工作站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)需消耗服務(wù)器的CPU、RAM等資源[2]。

3 基于無(wú)盤工作站技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造方案

無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的應(yīng)用，首要任務(wù)是對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)卡是否支持PXE啟動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)。若實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)卡支持PXE啟動(dòng)，則由工作于客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模式的PXE引導(dǎo)方式，從遠(yuǎn)端服務(wù)器下載映像至工作站，并預(yù)啟動(dòng)操作系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)境。

（1）無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的軟件選取。仿照國(guó)外開發(fā)出的無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件，主要包括阿拉丁神盤、銳起無(wú)盤(RIQH'PEQH)、斯普林無(wú)盤等組成部分。其中銳起無(wú)盤軟件采取PXE引導(dǎo)啟動(dòng)方式，可以被用于企業(yè)、網(wǎng)吧或酒店等系統(tǒng)軟件遠(yuǎn)程啟動(dòng)之中，因而使用銳起無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程客戶端啟動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，具體如圖1所示[3]。

圖1 遠(yuǎn)程客戶端系統(tǒng)圖

（2）無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。無(wú)盤工作站網(wǎng)絡(luò)中的各種操作，包括系統(tǒng)啟動(dòng)及運(yùn)行、應(yīng)用軟件鏡像包加載，都需要對(duì)后臺(tái)服務(wù)器的硬盤進(jìn)行讀取、寫入等操作，因而考慮到服務(wù)器網(wǎng)卡和硬盤的負(fù)載狀況、任務(wù)處理能力，合理妥善完成服務(wù)器硬盤的配置。在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中，遠(yuǎn)程終端要求服務(wù)器分配IP地址，由無(wú)盤服務(wù)器利用磁盤陣列卡，通過(guò)TFTP或MTFTP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議下載啟動(dòng)軟件包，對(duì)客戶端軟件進(jìn)行安裝的基本設(shè)置，并將多個(gè)硬盤組合形成磁盤陣列，提高硬盤讀取/寫入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的能力[4]。

（3）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在局域網(wǎng)內(nèi)啟動(dòng)、運(yùn)行的純軟件終端，啟動(dòng)無(wú)盤工作站安裝連接程序、設(shè)置好連接屬性后，將連接命令加入到DOS站、無(wú)盤啟動(dòng)組，進(jìn)行服務(wù)器端軟件安裝的批處理。因此，這一過(guò)程中需要使用千兆網(wǎng)卡，搭建服務(wù)器、工作站與局域主干網(wǎng)絡(luò)之間的通信連接，提高無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境的運(yùn)行效率。

4 無(wú)盤工作站技術(shù)在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)方案

4.1 無(wú)盤銳起服務(wù)端的安裝與配置

無(wú)盤工作站依托于后臺(tái)服務(wù)器、服務(wù)器硬盤等組成部分，對(duì)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)鏡像、傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。在后臺(tái)服務(wù)器配置、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安裝等工作的執(zhí)行中，首先安裝Windows Server2003操作系統(tǒng)，設(shè)置服務(wù)器對(duì)計(jì)算機(jī)的授權(quán)和連接數(shù)，新建管理員用戶“Administrator”，使用安全選項(xiàng)下的“使用空白密碼的本地用戶只允許控制臺(tái)登錄”，配置TCP/IP協(xié)議、設(shè)置IP地址并啟用“允許未登錄前關(guān)機(jī)”[5]。

在后臺(tái)服務(wù)器端安裝銳起服務(wù)程序，啟動(dòng)銳起無(wú)盤的“XP輔助服務(wù)”“XP數(shù)據(jù)服務(wù)”程序。之后打開銳起無(wú)盤管理器端口，設(shè)置銳起無(wú)盤的“默認(rèn)目錄”的對(duì)話框，包括默認(rèn)磁盤目錄、工作站目錄、還原點(diǎn)目錄等，設(shè)置完畢后即在網(wǎng)絡(luò)端口顯示“銳起無(wú)盤管理器”頁(yè)面，對(duì)無(wú)盤工作站需要執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行分組管理，包括磁盤映像文件選擇、網(wǎng)絡(luò)磁盤的增刪或修改。

4.2 無(wú)盤工作站的系統(tǒng)安裝配置與架構(gòu)

（1）無(wú)盤工作站系統(tǒng)安裝與配置。在無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)工作站中選取裝有磁盤的客戶機(jī)，利用TCP/IP協(xié)議設(shè)置相應(yīng)的IP地址，添加必要的網(wǎng)絡(luò)組件，并對(duì)計(jì)算機(jī)IDE驅(qū)動(dòng)器模式作出更改，將“IDE控制器”更改為“雙通道PCIIDE控制器”。之后安裝銳起客戶端到無(wú)盤工作站中，在系統(tǒng)配置對(duì)話框設(shè)置本地網(wǎng)絡(luò)連接、服務(wù)器IP地址，勾選“網(wǎng)卡啟動(dòng)引導(dǎo)”功能，以保證不同主板或網(wǎng)卡下的工作站正常啟動(dòng)。

（2）無(wú)盤工作站系統(tǒng)上傳及調(diào)試。在啟動(dòng)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)工作站模板的過(guò)程中，設(shè)置工作站啟動(dòng)方式為無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，并勾選后臺(tái)服務(wù)器中銳起服務(wù)端界面的“模板工作站”“系統(tǒng)磁盤”，這樣便創(chuàng)建出系統(tǒng)啟動(dòng)的虛擬硬盤。用戶可以在新的硬盤（即網(wǎng)絡(luò)磁盤）中，對(duì)磁盤作多個(gè)分區(qū)、格式化等的操作，銳起服務(wù)端中的“系統(tǒng)上傳”工具自動(dòng)檢查網(wǎng)絡(luò)磁盤，確定數(shù)據(jù)上傳的源盤、目標(biāo)盤，點(diǎn)擊“開始”按鈕完成無(wú)盤工作站系統(tǒng)的軟硬件配置。

（3）計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造后的維護(hù)。首先在后臺(tái)服務(wù)器端，調(diào)取出銳起無(wú)盤管理器的“模板工作站”頁(yè)面，設(shè)置模板工作站為網(wǎng)絡(luò)無(wú)盤啟動(dòng)方式，在模板工作站上完成系統(tǒng)鏡像包保存、軟件應(yīng)用更新升級(jí)等的工作。當(dāng)需要在系統(tǒng)內(nèi)增加或替換工作站時(shí)，只需將其他工作站接入到無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)、分配IP地址，就可以實(shí)現(xiàn)后臺(tái)服務(wù)端下載系統(tǒng)的啟動(dòng)、數(shù)據(jù)傳輸作業(yè)。

5 無(wú)盤工作站技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用效果分析

目前某院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中的硬件設(shè)備，已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)6年以上時(shí)間，多數(shù)計(jì)算機(jī)配置低、運(yùn)行性能差、硬盤故障率高，這就需要對(duì)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行更新改造。利用DELL雙網(wǎng)卡服務(wù)器對(duì)實(shí)驗(yàn)室的無(wú)盤工作站系統(tǒng)進(jìn)行配置，后臺(tái)服務(wù)器、無(wú)盤工作站等的硬件配置信息如下：服務(wù)器采用E5-2630微處理器、8條內(nèi)存條8GB RDIMM、6塊512GB熱插拔硬盤，以及集成的RAID控制器、雙網(wǎng)卡(100～1000Mb/s)，構(gòu)建起計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示[6]。

圖2 無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

基于以上方案對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造完成后，可以達(dá)到系統(tǒng)開機(jī)速度快、運(yùn)行流暢、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)實(shí)時(shí)性高的要求，其中無(wú)盤工作站的開機(jī)速度、訪問(wèn)流暢度均高于本地硬盤，以大學(xué)英語(yǔ)視聽說(shuō)課程的實(shí)踐教學(xué)為例，利用無(wú)盤工作站技術(shù)改造后的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行結(jié)果如表1所示。

表1 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造前后對(duì)比

無(wú)盤服務(wù)器可根據(jù)客戶的應(yīng)用軟件安裝、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)等需求，添加與配置多個(gè)新工作站、磁盤映像，方便用戶選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件進(jìn)行教學(xué)。而且相比于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)添置計(jì)算機(jī)的費(fèi)用開支而言，高校只需投資一臺(tái)無(wú)盤服務(wù)器，就可以滿足多個(gè)實(shí)驗(yàn)室工作站的任務(wù)運(yùn)行、維護(hù)要求，其中無(wú)盤工作站運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，往往被存儲(chǔ)于后臺(tái)服務(wù)器的硬盤中，教師或?qū)W生等主體在無(wú)盤工作站中，就能夠完成應(yīng)用軟件的安裝、升級(jí)工作，且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的資源利用率高、故障率低。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)類一套基于無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造方案，可以采用BXP無(wú)盤系統(tǒng)、銳起無(wú)盤系統(tǒng)，以及RPL靜態(tài)路由或PXE動(dòng)態(tài)路由技術(shù)進(jìn)行工作站中的虛擬硬盤、CPU等資源的模擬建構(gòu)，進(jìn)行無(wú)盤應(yīng)用軟件安裝、數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)文件、本地硬盤文件的實(shí)時(shí)同步與存儲(chǔ)。實(shí)踐表明，該改造方案在較少投入資金的情況下，不僅可以降低老舊計(jì)算機(jī)的故障率，而且顯著提高了系統(tǒng)的資源利用率，提升了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的運(yùn)行流暢度，值得大力推廣應(yīng)用。