周俊成++李蘭

[摘 要]在信息技術(shù)不斷更新的時(shí)代，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室在高校教學(xué)過程中的重要性不言而喻，越來越多的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室采用了無盤系統(tǒng)，而整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性就顯得越來越重要。本文就基于實(shí)驗(yàn)室千兆無盤服務(wù)器的冗余機(jī)制在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中如何實(shí)現(xiàn)做了積極嘗試。

[關(guān)鍵詞]計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室；無盤工作站；冗余機(jī)制

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0136-01

一、引言

近年來，計(jì)算機(jī)硬件在質(zhì)量上發(fā)生了很大的變化，費(fèi)用投入也縮減不少，硬件投資不再成為制約實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的瓶頸；然爾計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)化管理成為了實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)。比如計(jì)算機(jī)病毒、實(shí)驗(yàn)室軟件安裝、實(shí)驗(yàn)室硬件的管理等，這些成為了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室能否滿足教學(xué)需求的關(guān)鍵；越來越多的實(shí)驗(yàn)室使用無盤系統(tǒng)，無盤系統(tǒng)的服務(wù)器的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。

二、無盤計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室基本情況分析

2.1.計(jì)算機(jī)屬于可公共使用的設(shè)備，目前高校將計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室作為全校共用實(shí)驗(yàn)室，在增加設(shè)備使用率的同時(shí)，也暴露出因?yàn)樾璋惭b軟件眾多、軟件更新快而需維護(hù)問題；無盤系統(tǒng)通過對(duì)服務(wù)器更新鏡像解決了這個(gè)問題，但是長(zhǎng)期不斷的更新維護(hù)也造成服務(wù)器人為失誤造成了問題，導(dǎo)致服務(wù)器不穩(wěn)定。

2.2.無盤服務(wù)器因?yàn)樯婕按罅康挠脖P讀寫、數(shù)據(jù)交換，所以對(duì)磁盤、內(nèi)存要求較高；對(duì)于 70 臺(tái)左右的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，需配備專業(yè)的磁盤陣列卡，6 塊以上硬盤做讀寫分離，8 至 16G 的內(nèi)存，雙千兆以上網(wǎng)卡做聚合綁定，一些大型軟件才能順暢運(yùn)行；然后長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度運(yùn)行，硬盤、內(nèi)存容易出現(xiàn)故障的地方，造成服務(wù)器不能開機(jī)。

2.3.學(xué)生上機(jī)時(shí)，經(jīng)常涉及使用 USB 設(shè)備，而學(xué)生 USB 設(shè)備又常感染有 ARP病毒（arp 病毒并不是某一種病毒的名稱，而是對(duì)利用 arp 協(xié)議的漏洞進(jìn)行傳播的一類病毒的總稱），它將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成物理地址（又稱 MAC 地址），從而使客戶機(jī)不能訪問真正的服務(wù)器，造成整個(gè)無盤系統(tǒng)崩潰。雖然近年各大無盤廠商將服務(wù)器 MAC 地址植入到客戶端，但有些 ARP 病毒還是無法防范。

三、設(shè)備配置情況以及 PXE 運(yùn)行原理

3.1.服務(wù)器硬件配置

CPU：XEON DP E2609；內(nèi)存：DDR3 4GB*4；硬盤：1T*6/128GSSD；RAID：外插 512M（2 接口）；網(wǎng)卡：INTER 千兆*2。

3.2.網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)線：全千兆到桌面；交換機(jī)：千兆交換機(jī)。

3.3.PXE 運(yùn)行原理

PXE [1] 它是 Preboot Execution Environment 的縮寫，意思為預(yù)置啟動(dòng)執(zhí)行環(huán)境。PXE 是動(dòng)態(tài)路由，其通信協(xié)議采用 TCP/IP，與 Internet 連接高效而可靠、PXE無盤工作站的啟動(dòng)過程分析如下：

3.3.1 客戶端個(gè)人電腦開機(jī)后、在 TCP/IP Bootrom 獲得控制權(quán)之前先做自我測(cè)試；

3.3.2 然后 Bootprom 送出 BOOTP/DHCP 要求以取得 IP；

3.3.3 如果服務(wù)器收到個(gè)人電腦所送出的要求、就會(huì)送回 BOOTP/DHCP 回應(yīng)內(nèi)容包括：客戶端的 IP 地址、預(yù)設(shè)網(wǎng)關(guān)、及開機(jī)影像文件、否則、服務(wù)器會(huì)忽略這個(gè)要求。

3.3.4 Bootprom 由 TFTP 通訊協(xié)議從服務(wù)器下載開機(jī)映像文件；

3.3.5 個(gè)人電腦通過這個(gè)開機(jī)映像文件開機(jī)， 這個(gè)開機(jī)文件可以只是單純的開機(jī)程式也可以是操作系統(tǒng)；

3.3.6 開機(jī)映像文件將包含 kernel loader 及壓縮過的 kernel，此 kernel 將支持 NTFSroo 系統(tǒng)?！?遠(yuǎn)程客戶端根據(jù)下載的文件啟動(dòng)機(jī)器。

四、無盤冗余方式的實(shí)現(xiàn)

4.1 冗余功能實(shí)現(xiàn)

4.1.1 冗余服務(wù)器、無盤服務(wù)器分別配置不同的 IP 地址；建議各服務(wù)器做端口聚合綁定，使用 balance-rr：模式，具有一定容錯(cuò)能力，數(shù)據(jù)包用排隊(duì)的方式，通過所有網(wǎng)卡輪流發(fā)送出去，也就是同一時(shí)間只有一片網(wǎng)卡在發(fā)送數(shù)據(jù)，但是每片網(wǎng)卡都有發(fā)送過數(shù)據(jù)，具備負(fù)載均衡能力；

4.1.2 各服務(wù)器陣列設(shè)置參照無盤系統(tǒng)搭建。將無盤服務(wù)器設(shè)定為 IO 服務(wù)器，冗余服務(wù)器設(shè)定熱備服務(wù)器；在服務(wù)器操作中將 IO 服務(wù)器分組，建立 IO 服務(wù)器分組名稱以及勾選要分組在一起的服務(wù)器 IP，這樣 IO 服務(wù)器分組操作完成，然后將客戶 IP 基本設(shè)定允許自動(dòng)選擇 IO 服務(wù)器或 IO 服務(wù)器組 （用處就是綁定的 IO 服務(wù)器分組里的服務(wù)器 IP 其它一臺(tái)服務(wù)器斷了、會(huì)跳到另一臺(tái)分組里的服務(wù)器、客戶機(jī)重啟是生效的）；

4.1.3 操作冗余服務(wù)器 IO 熱備設(shè)定、將主 IO 服務(wù)器 IP 會(huì)出現(xiàn)可以熱備 IO 服務(wù)器 IP 和磁盤選擇，然后雙擊客戶 IP 基本設(shè)定打勾允許自動(dòng)選擇 IO 服務(wù)器或 IO 服務(wù)器組以此類推 （用處主 IO 服務(wù)器的 IO 斷掉會(huì)自動(dòng)跳到熱備 IO 服務(wù)器上去、客戶機(jī)重啟是不生效的）。

五、成本分析

以兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室為例，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室 70 臺(tái)客戶機(jī)；如果投入 3 臺(tái)服務(wù)器、2 個(gè)小千兆交換機(jī)共預(yù)計(jì)費(fèi)用 6.5 萬元；2 個(gè)實(shí)驗(yàn)室共計(jì) 140 臺(tái)計(jì)算機(jī)，可節(jié)約 140 塊硬盤，以京東目前希捷每塊 350 元計(jì)算，能節(jié)約 4.9 萬元；同時(shí)每臺(tái)計(jì)算機(jī)少了硬盤，電費(fèi)也節(jié)約了不少。總體來看，建設(shè)冗余無盤應(yīng)用雖在成本上節(jié)約不了太多，但是整體管理上更加穩(wěn)定、高效和方便，用戶體驗(yàn)上也更好。

六、性能測(cè)試

本文采用 NXD7.0 無盤系統(tǒng)軟件 [3] 作為測(cè)試對(duì)象，NXD 系統(tǒng)采用專利技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)和磁盤驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了優(yōu)化，獨(dú)創(chuàng)性的引入 ssd 固態(tài)盤緩存技術(shù)，結(jié)合 NxD成熟的內(nèi)存緩存，極大的提高了服務(wù)器的帶機(jī)量及客戶機(jī)的磁盤性能。工作站開機(jī)運(yùn)行速度快，加上全千兆網(wǎng)絡(luò)到桌面，速度遠(yuǎn)超比單機(jī)帶硬盤的速度要快，即使是全網(wǎng)工作站同時(shí)啟動(dòng)的時(shí)候，也能達(dá)到相對(duì)滿意的速度。經(jīng)測(cè)試，采用無盤系統(tǒng)技術(shù)后，實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)單機(jī)啟動(dòng) WindowsXP 或 window7 操作系統(tǒng)完成只需25 ～ 45 s 左右，70 臺(tái)電腦同時(shí)啟動(dòng)的時(shí)間大約在 80 ～ 90 s 之間，開機(jī)時(shí)間比原來縮短了 1 ～ 3 倍。磁盤讀寫速度從原來的平均 30 MB /s 提升到 70MB /s 左右，在運(yùn)行 AutoCad2010、3Dmax 渲染等操作時(shí)，都能夠松自如。在手動(dòng)對(duì)無盤服務(wù)器斷電后，也能夠迅速的切換到冗余服務(wù)器進(jìn)行操作，不會(huì)影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的使用。

七、結(jié)束語

綜合所述，使用冗余無盤系統(tǒng)建設(shè)高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，有效解決了原來實(shí)驗(yàn)室無盤系統(tǒng)最大的弱點(diǎn)，有效的保障了實(shí)驗(yàn)室的安全穩(wěn)定運(yùn)行，時(shí)刻保持服務(wù)器的高效可用，大幅提高了實(shí)驗(yàn)室電腦的性能和可用性；

參考文獻(xiàn)

[1] PXE[OL].http：//baike.baidu.com/， 2014.

[2] 服務(wù)器冗余[OL].http：//baike.baidu.com/， 2016.

[3] 林增輝.無盤系統(tǒng)技術(shù)在高校電腦機(jī)房改造中的應(yīng)用[J].黎明職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011（70）：78-81

作者：周俊成（1984.4）？男，漢族，重慶市永川區(qū)，重慶大學(xué)城市科技學(xué)院，工程師，工程碩士，計(jì)算機(jī)技術(shù)方向