基于云技術的計算機實訓課存儲平臺設計與實現(xiàn)

姚莉娟，陳 瑋

（成都紡織高等?？茖W校信息中心，四川 成都 611731）

0 引言

隨著計算機技術的發(fā)展,高校采用計算機進行實訓的課程越來越多,對計算機練習的要求越來越平常,課程工程文件越來越復雜。 最近幾年,計算機實訓課程的機房多采用桌面云技術［1］,云技術的使用極大降低了計算機實訓室硬件維護、應用軟件沖突配置方面的繁重工作,極大程度提升了實訓課程的效率,優(yōu)化了學生體驗。 但現(xiàn)在的云計算系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)并未設計獨立云盤化［2］,各個同學的項目文件保存于共享存儲結構中。 因此,在同學交叉使用電腦的情況下,個人項目文件易被覆蓋、誤刪、甚至丟失。 加之在實訓室和個人電腦間進行拷貝操作也極不方便,為同學們課前、課后練習帶來了諸多不便。

為解決以上學生課前課后計算機實訓中工程文件保存、移動不便的問題,結合公共計算機課實訓中網(wǎng)絡存儲的需求特點,本文設計并實現(xiàn)了基于 Samba［3］和Web Service［4-5］的共享網(wǎng)盤,實現(xiàn)了工程文件在不同環(huán)境的無縫使用。

1 系統(tǒng)需求及關鍵技術

1.1 需求分析

計算機實訓課程存儲平臺,主要用于學生云桌面系統(tǒng)在進行實訓課時,實訓工程文件的存放,服務器共享存儲空間。

(1）用戶獨立管理自身存儲,不互相干擾。 (2）工程文件一般對存儲空間要求不大,但由于人數(shù)眾多,需要存儲空間能夠進行動態(tài)拓展。 (3）由于學生上機位置、時間不限,同時要求課前、課后進行實訓,因此需要能夠在校內(nèi)進行網(wǎng)絡訪問,校外則通過WEB 服務進行訪問。 (4）另外,由于使用同學大多是一年級的新生,對電腦的操作使用還不夠熟練,系統(tǒng)需要支撐在Windows 操作系統(tǒng)下的簡單快速的掛載。

1.2 SAMBA 服務

Samba 是基于 NetBIOS 的 Linux 和 Windows 系統(tǒng)在網(wǎng)絡中進行文件共享的協(xié)議,Linux 中運行Samba 服務器,Windows 作為客戶端對網(wǎng)絡上的文件進行訪問。

該協(xié)議用于客戶服務器模式的開發(fā)。 Windows 用戶通過類似于IP 地址或主機名、共享目錄名的方式將共享目錄映射到本地,這樣就可以像訪問本地目錄一樣操作網(wǎng)絡上共享的目錄和文件,對初學者來說尤為方便。

1.3 Web Service

在Web2.0 時代,Web 已經(jīng)成為因特網(wǎng)上的主要內(nèi)容。 而Web Service 是一種分布式的計算模式,是指在因特網(wǎng)上通過定義好的,能被其他軟件或者服務調(diào)用的功能組件。 Web 服務能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺應用,利用HTTP,SOAP,RESTful,XML 等規(guī)范協(xié)議,提供高效、重復利用率高以及技術耦合度低等特點的服務,因此在網(wǎng)絡上應用非常廣泛。

Windows 系統(tǒng)一直以來依靠 NetBIOS 來發(fā)現(xiàn)其他機器。 由于SMBv1 出現(xiàn)了安全問題,因而Windows 系統(tǒng)中默認禁用了SMBv1,但是可以采用Web Service Discovery 來發(fā)現(xiàn) Samba 服務。

本項目一方面用Web Service 來對用戶管理界面進行設計,一方面利用其來發(fā)現(xiàn)Samba 服務。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)及功能模塊

2.1 系統(tǒng)構架

基于SAMBA 和Web 服務的共享網(wǎng)盤系統(tǒng)構架,如圖1 所示。

圖1 中可見實訓課存儲平臺由以下2 個模塊構成:Samba 后臺服務和云服務器端。 云服務器端包括中間件、Samba 接口、提供給用戶的Web 服務。

圖1 基于SAMBA 和WEB 服務的共享網(wǎng)盤系統(tǒng)構架

整個平臺部署在CentOS 系統(tǒng)中,文件系統(tǒng)整體采用邏輯卷管理(LVM）,其構架在物理卷之上,通過物理磁盤的增加任意調(diào)整邏輯卷的存儲空間大小。 通過部署定期檢測策略,可以在存儲空間達到門限時提前發(fā)出提醒。

系統(tǒng)部署SAMBA 后臺服務程序,提供共享存儲服務。

2.2 云服務器端

云服務器端采用 Node.js 承載,Node.js 采用JavaScript 開發(fā),語法非常簡單,模塊眾多,是利用快速邏輯的一種簡單應用。 由于采用高效的V8 解釋引擎,能夠很好保證其作為服務器的運行效率。

JavaScript 開發(fā)的中間件幫助對Samba 訪問的集中實現(xiàn),該中間件面向用戶主要提供用戶目錄管理,包括對管理員提供主要用戶創(chuàng)建、目錄建立的日常管理功能。

Node.js 部署了Web 服務對外向網(wǎng)絡,向用戶提供文件管理、Web 文件查看、刪除等功能服務。 學生的計算機可以通過瀏覽器瀏覽文件,下載文件進行操作實訓。 更通常的做法是通過下載自動配置腳本,將遠程目錄映射到本地進行操作實訓。

出于安全考慮,Node.js 針對管理工作提供了本地服務端口,管理界面只能在本地登錄,工作只能在服務器本地執(zhí)行。 完成對用戶數(shù)量的增減進行批量操作、目錄的建立等,該功能通過直接調(diào)用實現(xiàn)的Samba 接口來完成管理功能。

2.3 Samba 接口

由于Samba 的Web 管理工具已經(jīng)與新版差距比較大,因此利用Samba 的管理工具命令集開發(fā)了Samba接口。 該接口是由Shell 腳本實現(xiàn)的一系列調(diào)用Samba的Shell 管理工具來完成特定功能的函數(shù)集組成。

Samba 接口功能劃分,如圖2 所示。

圖2 基于腳本的Samba 接口功能模塊

基于Shell 腳本的管理函數(shù)集合,被部署在管理工具集中,通過對Node.js 的執(zhí)行權限的提升,以及引入Node.js 的Shell 腳本執(zhí)行模塊完成執(zhí)行操作。

2.4 Windows 端自動配置腳本

進行Samba 客戶端的訪問需要用到大量的Windows 管理員命令,才能在控制終端完成操作。 即使是熟練的使用者都難以流暢地使用,更何況該系統(tǒng)面向的主要是一年級的新生。 為了簡化初學者使用,文章設計了Windows 端自動配置腳本。

Windows 腳本是系統(tǒng)提供了一種腳本環(huán)境,在這個環(huán)境中,預定義了一些對象,包括管理員命令。 通過這些對象可以訪問其范圍內(nèi)的方法和屬性,通常也通過使用一種解釋執(zhí)行的語言來操作。

服務器端配置有自動配置腳本模板,當用戶登錄到Web 界面時,在下載配置腳本時,服務器就會自動生成,訪問必須有的目錄等內(nèi)容。 用戶下載該文件后,在本地以管理員運行的方式執(zhí)行該腳本,快速進行共享目錄的掛載和移除。

3 系統(tǒng)部署及測試

在學校環(huán)境中對該計算機實訓課存儲平臺進行了初步部署和試運行,采用的服務器是Intel 至強E5-1603 ,主頻2.8 GHz,內(nèi)存16 GB,SATA 磁盤空間1T,沒有采用SSD 緩存,Intel 網(wǎng)卡通過千兆電口連接到48口千兆交換機。 系統(tǒng)采用CentOS 8 x86＿64。 系統(tǒng)在初始化時,預置了120 個用戶。

首先進行了遠程目錄的讀寫性能測試,通過將文件拷貝到共享目錄和將拷貝文件到本地進行測試。 為了計算速度方便記錄,采用了約1G 的大文件,測試得到平均讀寫速度為20 MB/s 左右,可以看出讀寫主要受限于磁盤緩存等,滿足實訓工程中的一般要求。

另外文章對并發(fā)情況下的遠程目錄讀寫進行了測試,同時啟動50 個用戶進行讀寫測試,采用64 MB 左右的文件進行,測得用戶端平均速度約為1.8 MB/s。滿足一般實訓要求。

由于日常的實訓課程包含的文件都不大,例如計算機基礎、C 語言程序設計、工程制圖、網(wǎng)頁制作等,但是這些實訓課程內(nèi)文件數(shù)目非常多。 針對并發(fā)、文件數(shù)目多的情況下對遠程目錄讀寫進行了測試,同樣同時啟動50 個用戶進行讀寫測試,采用64 MB 左右的文件夾包含100 個左右的文件。 進行測試,測得用戶端平均速度約為2.0 MB/s,差別不大,可滿足一般實訓要求。

需要注意的是用戶端平均運行速度在校園網(wǎng)環(huán)境下性能有所下降,并發(fā)數(shù)減少,基本能夠滿足校內(nèi)宿舍和教室訪問的需求,如果采用高緩存或者是SSD 的服務器部署能一定程度提高性能。

4 結語

本文研究公共計算機課實訓中工程文件網(wǎng)絡存儲的需求特點,設計并實現(xiàn)了基于Samba 的共享網(wǎng)盤系統(tǒng),實現(xiàn)了實訓工程文件在不同環(huán)境的方便無縫使用。

實驗系統(tǒng)測試表明,該方案可以實現(xiàn)學生對實訓文件的存儲需求,速度能夠滿足日常需要,簡單易用,達到了預期設計目標。 下一步還將繼續(xù)優(yōu)化設計,通過“云”、分布式等方式探索高并發(fā)能力的方案。