【摘要】高校多媒體教室在使用和管理上存在使用不便、維護(hù)困難、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余等問題。為解決上述問題，將云存儲(chǔ)運(yùn)用到高校教學(xué)資源的整合中，設(shè)計(jì)了高校多媒體教室虛擬化管理云平臺(tái)。該平臺(tái)具有多媒體教室初期建設(shè)投入少、簡(jiǎn)化管理任務(wù)、實(shí)現(xiàn)資源利用的極大化和易于資源訪問等諸多優(yōu)點(diǎn)。教師在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以訪問自己的私有空間，最大限制地避免了病毒的傳播。實(shí)驗(yàn)和分析表明了該平臺(tái)的可行性和有效性。

【關(guān)鍵詞】云存儲(chǔ);云平臺(tái);虛擬化;校園網(wǎng);多媒體教室

1.引言

目前，在高校以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的輔助教學(xué)已得到廣泛使用。在高校多媒體教室控制中，目前一般采用兩種模式：?jiǎn)螜C(jī)控制和網(wǎng)絡(luò)集中控制[1]。但是，由于教室計(jì)算機(jī)大多采用胖客戶機(jī)模式，這樣就會(huì)帶來使用和管理方面上的數(shù)據(jù)冗雜、維護(hù)困難和使用不便等問題。

在多媒體教室授課的老師需要在教室計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，安裝所需軟件，而且老師每換一次教室，都得重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和相應(yīng)軟件的安裝。最終可能使得許多教室的計(jì)算機(jī)都有同一位老師的重復(fù)數(shù)據(jù)和軟件，而針對(duì)全校每一位老師使用到的任何一專業(yè)軟件及通用軟件，都要在每一臺(tái)教師機(jī)上安裝，以防止課表調(diào)整后又要重新裝軟件。教師上課要隨身攜帶U盤、光盤等存儲(chǔ)設(shè)備，并需計(jì)算機(jī)保證對(duì)其應(yīng)用的軟硬件全面支持。同時(shí)，為了加強(qiáng)系統(tǒng)防護(hù)，都采用了硬盤保護(hù)卡，這就要求針對(duì)某一批次的同型號(hào)配置的計(jì)算機(jī)，先制作樣機(jī)，再通過硬盤對(duì)拷或網(wǎng)絡(luò)發(fā)包進(jìn)行復(fù)制，這會(huì)造成大量的數(shù)據(jù)冗余，一旦遇到某計(jì)算機(jī)中病毒或系統(tǒng)被破壞，就必須重新恢復(fù)或硬盤對(duì)拷，不僅會(huì)影響教學(xué)，還會(huì)給技術(shù)人員增加大量的維護(hù)工作[2-3]。

2.云存儲(chǔ)及結(jié)構(gòu)模型

2.1 云存儲(chǔ)概念

隨著云計(jì)算的飛速發(fā)展，云存儲(chǔ)的概念就應(yīng)運(yùn)而生了，其是在云計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)延伸[5]。云存儲(chǔ)是一個(gè)虛擬化的技術(shù)，其依賴于網(wǎng)絡(luò)而存在，客戶可以通過網(wǎng)絡(luò)將自己的資源上傳至云里并保存，同時(shí)只要有網(wǎng)絡(luò)的存在，用戶就可以對(duì)其進(jìn)行訪問。云存儲(chǔ)將服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備如U盤等視為一個(gè)數(shù)據(jù)源，并支持多種工作模式，可以根據(jù)需求自動(dòng)合理地分配資源[4]。首先，云存儲(chǔ)將龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分細(xì)化，然后將細(xì)化后的小數(shù)據(jù)模塊交給計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)，由該系統(tǒng)對(duì)小數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行分布式存儲(chǔ)。云存儲(chǔ)的核心是實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用軟件的完美結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的自由訪問。

2.2 結(jié)構(gòu)模型

云存儲(chǔ)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，其組成部分包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、應(yīng)用軟件、公用訪問接口、接入網(wǎng)和客戶端程序等。其中，存儲(chǔ)設(shè)備在系統(tǒng)中的每一個(gè)部分都扮演著重要的角色，存儲(chǔ)設(shè)備中的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)訪問都是通過一應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是由訪問層、應(yīng)用接口層、基礎(chǔ)管理層和存儲(chǔ)層組成，其自上而下進(jìn)行排列。

3.云多媒體教室虛擬化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)思想

云多媒體教室虛擬化管理平臺(tái)是應(yīng)用云存儲(chǔ)和虛擬盤存儲(chǔ)技術(shù)[10]，主要解決操作系統(tǒng)的啟動(dòng)和終端用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題，具有便于維護(hù)管理和低成本的優(yōu)勢(shì)?；谠撈脚_(tái)，老師可以在自己課程的需求下，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息和安裝相關(guān)軟件，解決了在每個(gè)教室都重復(fù)安裝軟件的問題。更不需要每次上課都帶U盤來拷貝課件，通過云存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的服務(wù)，教師不用考慮自己在哪個(gè)校區(qū)，哪間教室上課，他們可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問到自己的資源和教學(xué)環(huán)境。因此，解決了因?yàn)檐浖惭b出現(xiàn)錯(cuò)誤或病毒感染而耽誤授課的問題。終端的操作系統(tǒng)通過PXE服務(wù)啟動(dòng)，本地可以有盤，也可無盤，本地操作系統(tǒng)采用軟還原模式啟動(dòng)，解決了因用戶操作的數(shù)據(jù)而影響系統(tǒng)運(yùn)行的問題。在該平臺(tái)上，在工作站上操作一次，所有客戶機(jī)都可使用，無論是安裝系統(tǒng)還是軟件。維護(hù)人員可根據(jù)教學(xué)需求，隨時(shí)進(jìn)行軟件安裝或更新，大大方便了系統(tǒng)與應(yīng)用軟件的維護(hù)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

平臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。管理服務(wù)器業(yè)務(wù)邏輯是整個(gè)系統(tǒng)的核心，PXE啟動(dòng)引導(dǎo)和數(shù)據(jù)回寫服務(wù)是系統(tǒng)的兩個(gè)引擎。

1）PXE啟動(dòng)引導(dǎo)

PXE啟動(dòng)引導(dǎo)部分主要用于客戶機(jī)加電啟動(dòng)時(shí)，網(wǎng)卡初始化完成后，通過網(wǎng)絡(luò)從服務(wù)器端下載操作系統(tǒng)并啟動(dòng)。PXE啟動(dòng)服務(wù)模塊負(fù)責(zé)客戶端的開機(jī)引導(dǎo)，主要由客戶機(jī)加電、初始化網(wǎng)卡后與服務(wù)器端的DHCP服務(wù)和TFTP服務(wù)組成。服務(wù)器的DHCP服務(wù)主要負(fù)責(zé)工作站IP地址的分配、回收等管理操作，并向客戶端提供相關(guān)信息。TFTP服務(wù)可以向工作站發(fā)送一個(gè)文件，用于引導(dǎo)工作站的開機(jī)操作，然后通過網(wǎng)絡(luò)下載操作系統(tǒng)并啟動(dòng)的過程。

2）數(shù)據(jù)回寫服務(wù)

終端運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)在服務(wù)器端，通過網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議來獲得。針對(duì)木地有盤或無盤，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回寫在本地或服務(wù)器。在軟件設(shè)計(jì)上采用靠近硬件的思路，一般來說本地存儲(chǔ)比網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)效率更高。在本地存儲(chǔ)中設(shè)計(jì)了不回寫、實(shí)時(shí)回寫和事后回寫等三種數(shù)據(jù)回寫服務(wù)器的策略。

3）集中管理平臺(tái)

在集中管理平臺(tái)上用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)啟動(dòng)基木參數(shù)的設(shè)置，獲取客戶機(jī)在線狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)流量，執(zhí)行針對(duì)客戶機(jī)的遠(yuǎn)程重啟、遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)、遠(yuǎn)程運(yùn)行等操作，也可以對(duì)操作系統(tǒng)鏡像進(jìn)行有效管理。

界面上通過不同顏色反映了數(shù)據(jù)服務(wù)器啟動(dòng)、跨網(wǎng)段及超級(jí)工作站等狀況。

a.多系統(tǒng)啟動(dòng)

云存儲(chǔ)平臺(tái)優(yōu)先設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)虛擬啟動(dòng)，只有當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，系統(tǒng)可以切換為從本地硬盤啟動(dòng)，避免了教學(xué)事故的發(fā)生。網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)支持Windows XP，Windows2003及Win7等。這里要求教室機(jī)BIOS設(shè)置支持遠(yuǎn)程喚醒功能，且CMOS中設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)優(yōu)先選項(xiàng)。

b.數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)置

數(shù)據(jù)服務(wù)器及工作站軟件安裝之前，要將本機(jī)的QS協(xié)議刪除、防火墻等關(guān)閉，以防止過濾掉DHCP包導(dǎo)致操作出錯(cuò)?？蛻舳伺c服務(wù)器如果不在同一個(gè)VLAN，要在交換機(jī)上做DHCP中繼。對(duì)要使用的數(shù)據(jù)服務(wù)器，在服務(wù)器基木參數(shù)選項(xiàng)卡中設(shè)置默認(rèn)的工作目錄。其中映像文件目錄和還原文件主要是讀的操作，一般放同一磁盤分區(qū)下，臨時(shí)文件主要是寫的操作，該目錄放另一分區(qū)。隨后在磁盤管理選項(xiàng)卡中，添加一個(gè)5-15G大小的無盤啟動(dòng)盤。

c.鏡像文件上傳

數(shù)據(jù)服務(wù)器建立完成后，要對(duì)工作站參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，工作站無盤第一次啟動(dòng)時(shí)都會(huì)按這個(gè)工作站默認(rèn)參數(shù)啟動(dòng)。使用一臺(tái)服務(wù)器上設(shè)定IP段中的一臺(tái)工作站，有盤啟動(dòng)此工作站把FLCLIENT文件包拷貝到硬盤，執(zhí)行后安裝相應(yīng)服務(wù)文件，配置啟動(dòng)配置網(wǎng)卡型號(hào)，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。在服務(wù)器端，設(shè)置這臺(tái)工作站的默認(rèn)設(shè)置中IO服務(wù)器為當(dāng)前數(shù)據(jù)服務(wù)器的具體IP地址，然后設(shè)置這臺(tái)工作站為超級(jí)工作站。此時(shí)有盤啟動(dòng)這臺(tái)超級(jí)工作站，執(zhí)行FLCLIENT客戶端程序，選擇系統(tǒng)上傳，上傳完畢后關(guān)閉此工作相應(yīng)的SERVER端關(guān)閉此工作站的超站功能。然后所有的工作站選擇網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)無盤啟動(dòng)了。如果以后要安裝程序，重復(fù)此過程，在其上進(jìn)行所需軟件的安裝后，再上傳系統(tǒng)鏡像，所有工作站再次啟動(dòng)的就會(huì)是新安裝程序文件后的鏡像。

d.穿透還原技術(shù)

云存儲(chǔ)平臺(tái)獲取管理員同步命令的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)將虛擬系統(tǒng)與本地系統(tǒng)的差異數(shù)據(jù)穿透進(jìn)入本地硬盤系統(tǒng)里。所謂穿透，通俗地說就是用無盤系統(tǒng)更新有盤系統(tǒng)。

e.服務(wù)端多機(jī)熱備

云虛擬化管理平臺(tái)具有多服務(wù)器熱備功能。在此，服務(wù)器可以是云中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過云存儲(chǔ)，可以把學(xué)校所有多媒體教室納入到云多媒體教室虛擬化管理平臺(tái)中。多服務(wù)器熱備是結(jié)合多臺(tái)I/O服務(wù)器來使用的，當(dāng)一臺(tái)I/O服務(wù)器停機(jī)后，客戶機(jī)會(huì)自動(dòng)切換I/O服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)熱備，從而避免了當(dāng)一臺(tái)I/O服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，影響到整個(gè)I/O的服務(wù)。

3.3 性能分析

該平臺(tái)與原有多媒體教室集中控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無縫集成。在原來多媒體集控中，一般是總控機(jī)發(fā)出指令，講臺(tái)電控鎖開啟，講臺(tái)內(nèi)中控機(jī)依次給計(jì)算機(jī)、投影機(jī)、電動(dòng)幕、無線功放供電，這些設(shè)備相繼開啟[11-12]。和該平臺(tái)集成后，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)從無盤啟動(dòng)，通過網(wǎng)絡(luò)訪問云服務(wù)器，讀取鏡像文件，從而啟動(dòng)系統(tǒng)。由于總控機(jī)發(fā)送指令通過的是專門網(wǎng)線，與計(jì)算機(jī)本身不是同一根網(wǎng)線，因此二者不存在沖突和爭(zhēng)用帶寬問題。

4.結(jié)論

目前，云平臺(tái)已在多所高校得以應(yīng)用。平臺(tái)運(yùn)行效率高，客戶機(jī)不需逐臺(tái)單獨(dú)維護(hù)，通過服務(wù)器統(tǒng)一設(shè)置即可。有盤、無盤兼容，用戶隨時(shí)可通過帳號(hào)訪問到云存儲(chǔ)中的私有文件，系統(tǒng)不必安裝殺毒軟件，應(yīng)用軟還原技術(shù)分別對(duì)有盤的PC進(jìn)行有效病毒防護(hù)。對(duì)安全性來說，是主動(dòng)安全防御、事前防御，不用安裝硬還原卡，基木的操作系統(tǒng)文件被安全保護(hù)，不會(huì)因?yàn)榭蛻舳说牟僮鞫薷摹１镜叵到y(tǒng)可全新還原，實(shí)現(xiàn)徹底防護(hù)，不影響機(jī)器的運(yùn)行效率，程序應(yīng)用一段時(shí)間后始終保持流暢。整個(gè)系統(tǒng)保存于云服務(wù)中，方便管理，安全性高，具有個(gè)人網(wǎng)絡(luò)磁盤，數(shù)據(jù)加密保存，更安全。

在高校教學(xué)資源中引入云存儲(chǔ)的概念具有一定的創(chuàng)新性，同時(shí)也必將成為一種趨勢(shì)。云存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)資源的合理分配與自由訪問，存儲(chǔ)成本也較低，在未來高校資源建設(shè)中也必將扮演著越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]徐笑宇，黃磊.虛擬化技術(shù)在高校信息化建設(shè)中的探討[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，34（4）：818-822.

[2]宋雨，易璐，王鳳霞.基于云存儲(chǔ)的重復(fù)數(shù)據(jù)刪除架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2013，22（1）：208-211.

[3]Murtazaev，Aziz;Sangyoon Oh.Sercon：Server Consolidation Al gorithm using Live Migration of Virtual Machines for Green Co-mputing[J].IETE Technical Review，2011，28（3）：212-231.

[4]江迎春.VMware和Xen虛擬網(wǎng)絡(luò)性能比較[J].軟件導(dǎo)刊，2009，8（5）：133-134.

基金項(xiàng)目：四川省教育廳2014年度一般項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：14ZB0315）。

作者簡(jiǎn)介： 吳曉燕（1981—），女，四川達(dá)州人，碩士，講師，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。