邵 林，辜 媛

（武漢紡織大學(xué) 傳媒學(xué)院，湖北 武漢430073）

隨著持續(xù)多年的投入與建設(shè)，目前國內(nèi)高校以計(jì)算機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)的各類實(shí)驗(yàn)室從滿足基本教學(xué)，逐步發(fā)展到常規(guī)教學(xué)與平臺(tái)開放并舉，這對(duì)計(jì)算機(jī)的設(shè)備性能和日常管理維護(hù)工作提出了更高要求。近年來在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和改造中，解決上述問題的思路目前主要集中在云技術(shù)和無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。然而，它們在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足或局限性［1］。本文介紹一種基于還原卡的延伸技術(shù)——頻道技術(shù)，通過對(duì)其工作原理、應(yīng)用優(yōu)勢等方面的分析，就高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改造提出一個(gè)差異化的思路。

1 頻道技術(shù)工作原理

頻道技術(shù)，是一種可以在較短時(shí)間內(nèi)基于已有單個(gè)真實(shí)操作系統(tǒng)或頻道創(chuàng)建出眾多與真實(shí)系統(tǒng)或頻道相同操作系統(tǒng)環(huán)境的技術(shù)。

頻道技術(shù)借鑒了虛擬機(jī)當(dāng)中的快照原理，其本質(zhì)上是一種基于底層硬件和驅(qū)動(dòng)的虛擬化技術(shù)。當(dāng)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)環(huán)境搭建完成后，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，短時(shí)間內(nèi)通過快照技術(shù)生成若干個(gè)頻道。從用戶的角度看，這些頻道的系統(tǒng)環(huán)境跟基礎(chǔ)操作系統(tǒng)是相同的。每個(gè)頻道對(duì)應(yīng)一個(gè)應(yīng)用環(huán)境，僅按寫時(shí)分配原則存儲(chǔ)該頻道下新增應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。但從邏輯上看，進(jìn)入該頻道的用戶可以讀取包含基礎(chǔ)操作系統(tǒng)在內(nèi)的全量數(shù)據(jù)。頻道內(nèi)，用戶對(duì)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)的修改，并非直接修改其對(duì)應(yīng)分區(qū)的原始數(shù)據(jù)，而是采用了指針重映射技術(shù)，即當(dāng)涉及修改基礎(chǔ)操作系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際上直接將新數(shù)據(jù)寫入頻道內(nèi)的新分配空間，并將分配表的數(shù)據(jù)指針指向新分配區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)了頻道與基礎(chǔ)操作系統(tǒng)的隔離。簡單而言，每個(gè)頻道僅存儲(chǔ)自身相對(duì)于基礎(chǔ)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)的差異部分和增量部分，從而大大提高了磁盤空間利用率。

頻道技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的還原與保護(hù)，是基于底層硬件和驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。它在操作系統(tǒng)啟動(dòng)之前獲得機(jī)器的控制權(quán)，使得用戶對(duì)硬盤的操作實(shí)際上并非對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，而是在虛擬空間中操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保護(hù)。在相應(yīng)規(guī)則下，用戶可以選擇是否將虛擬空間中的數(shù)據(jù)真實(shí)寫入原有數(shù)據(jù)區(qū)域。

2 頻道技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 與常規(guī)軟、硬件技術(shù)比較

為解決多教學(xué)環(huán)境和不同開放應(yīng)用環(huán)境下的多操作系統(tǒng)平臺(tái)和應(yīng)用軟件配置需求，從軟件技術(shù)方面來看，主要采用虛擬機(jī)技術(shù)，主流常用的軟件有Vmware，VirtualBox，Virtual pc等。它們都能以較少的硬件資源消耗而在原有系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)，但仍然存在以下不足：一是規(guī)模效益差，不能有效解決實(shí)驗(yàn)室數(shù)十上百臺(tái)計(jì)算機(jī)統(tǒng)一部署和集中管理的問題；二是運(yùn)行效率低，特別是在宿主操作系統(tǒng)上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)的情況下，運(yùn)行效率會(huì)明顯降低；三是對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)能力差，幾乎不具備系統(tǒng)還原保護(hù)功能。

從硬件技術(shù)方面看，主要就是硬盤還原卡（保護(hù)卡），目前其廣泛應(yīng)用在高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室、圖書館等教學(xué)及公共服務(wù)場合。它支持多操作系統(tǒng)功能，通過磁盤分區(qū)能夠在一臺(tái)電腦上安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，多重引導(dǎo)，并且互相隔離，互不影響?；谶€原卡的網(wǎng)絡(luò)拷貝功能，可以進(jìn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的快速部署，此外，延伸的遠(yuǎn)程管理功能，可以在局域網(wǎng)內(nèi)對(duì)全部計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制、程序限制、端口控制、屏幕監(jiān)控等集中管理。但其主要問題是新增系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境靈活性差；其次，磁盤空間利用率低，需要為特定應(yīng)用環(huán)境單獨(dú)分配磁盤空間，易導(dǎo)致系統(tǒng)重復(fù)安裝，磁盤空間浪費(fèi)大，缺乏硬件資源共享機(jī)制。

而簡單地看，頻道技術(shù)可以說是虛擬機(jī)技術(shù)和硬盤還原卡二者的整合，它通過融合彼此的優(yōu)勢，有針對(duì)性地解決了上述雙方在功能上的不足之處。

2.2 與云技術(shù)比較

從解決多教學(xué)環(huán)境和不同應(yīng)用環(huán)境的快速部署、集中管理等問題的可行性上看，頻道技術(shù)與云技術(shù)均能以較低的硬件資源消耗來有效實(shí)現(xiàn)。但兩者的實(shí)現(xiàn)路徑有差異，前者重在以單機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行資源劃分和數(shù)據(jù)管理，而后者將資源遷向服務(wù)器端，在服務(wù)器端集中數(shù)據(jù)管理、資源調(diào)配等，讓客戶端精簡化，并支持包括單機(jī)以外的智能手機(jī)、平板電腦等。此外，兩種技術(shù)應(yīng)用模式在成本、穩(wěn)定性等方面也有差異（見表1）［1］。

總體而言，兩種應(yīng)用模式不同的技術(shù)特點(diǎn)，決定了各自發(fā)揮優(yōu)勢的不同應(yīng)用場合。然而，當(dāng)前國內(nèi)高校建成的以計(jì)算機(jī)為主要設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，普遍采用“傳統(tǒng)PC機(jī)或高性能工作站+百兆局域網(wǎng)”的模式。面對(duì)如此大的存量空間，要解決技術(shù)性能提升和管理水平提高的問題，頻道模式的成本優(yōu)勢顯得尤為突出。即便在進(jìn)行新建實(shí)驗(yàn)室方案規(guī)劃時(shí)，頻道模式也有其特定的優(yōu)勢應(yīng)用場合，例如圖形圖像處理、影視編輯制作、三維建模設(shè)計(jì)與制作等等。這些教學(xué)應(yīng)用需求對(duì)單機(jī)性能，特別是顯卡性能要求很高，是云桌面模式目前難以低成本有效解決的。而云桌面模式更適合對(duì)客戶端多樣性有較高要求的應(yīng)用場合，例如圖書館、電子閱覽室、移動(dòng)辦公等等。當(dāng)然，隨著顯卡虛擬化技術(shù)提升，云桌面部署模式從VDI模式向VOI模式的優(yōu)化轉(zhuǎn)變，以及云桌面軟、硬件成本下降等等，云技術(shù)應(yīng)用將會(huì)成為未來的主要發(fā)展趨勢［2］。

表1 頻道技術(shù)與云技術(shù)比較

2.3 與無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較

無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)下，所有用戶端計(jì)算機(jī)均不安裝硬盤，通過訪問并加載局域網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器端的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件鏡像到本地系統(tǒng)來進(jìn)行工作。它的主要優(yōu)勢是減輕了系統(tǒng)維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)，使得對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)每一臺(tái)計(jì)算機(jī)的維護(hù)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)個(gè)別或少數(shù)服務(wù)器的維護(hù)。但這種模式下，系統(tǒng)運(yùn)行的流暢度和穩(wěn)定性很大程度依賴于服務(wù)器和局域網(wǎng)的性能。在用戶端與服務(wù)器之間需要頻繁、大規(guī)模數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用場景下，例如視頻編輯、圖形渲染等設(shè)計(jì)類課程，無盤網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過重會(huì)嚴(yán)重影響其它應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至影響無盤系統(tǒng)自身正常運(yùn)行。在無盤系統(tǒng)中，用戶端的運(yùn)算處理能力本質(zhì)上并沒有提高，而且缺乏用戶自主構(gòu)建應(yīng)用環(huán)境的靈活性。此外，從實(shí)驗(yàn)室改造的角度來看，由于有盤系統(tǒng)已經(jīng)存在，無盤化改造的硬件經(jīng)濟(jì)效益是不存在的，而其在服務(wù)器購置和網(wǎng)絡(luò)性能提升方面的成本支出會(huì)成為較大負(fù)擔(dān)［3-4］。

由于頻道技術(shù)應(yīng)用是基于還原卡功能的延伸擴(kuò)展，它本身繼承了還原卡的所有優(yōu)點(diǎn)，無論是從日常管理維護(hù)的便捷性、應(yīng)用的穩(wěn)定性考慮，還是從自主應(yīng)用環(huán)境搭建的靈活性，以及改造成本等方面考慮，較之無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都有相對(duì)優(yōu)勢。再者，無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的改造、配置相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于早已熟悉了還原卡使用模式的廣大高校實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員而言，頻道技術(shù)更容易熟練掌握應(yīng)用。

3 結(jié)語

頻道技術(shù)作為基于還原卡的延伸技術(shù)，其工作原理和應(yīng)用特點(diǎn)還不為廣大高校實(shí)驗(yàn)室工作者所熟悉和了解，它在解決計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室日常教學(xué)與管理中所面臨核心問題上的有效性往往被忽視，或者說是被云技術(shù)或無盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所掩蓋，有待進(jìn)一步發(fā)掘和利用。