摘 要:針對Raid-5卷實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題,依據(jù)Raid-5的基本工作原理,采用Vmware虛擬機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境搭建和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計,給出了在Windows server 2003下進(jìn)行Raid-5卷創(chuàng)建、容量計算以及容錯性能驗(yàn)證的方法。
關(guān)鍵詞:Raid-5;虛擬機(jī);實(shí)驗(yàn)教學(xué)
1 引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展普及,越來越多的數(shù)據(jù)信息需要存儲到信息系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的單硬盤存儲技術(shù)在面對不斷增長的用戶存儲需求時,在存儲容量、存儲速度以及數(shù)據(jù)信息存儲的安全性等方面都面臨著諸多問題。Raid(Redundant Arrays of Independent Disks)是“獨(dú)立磁盤構(gòu)成的具有冗余能力的磁盤陣列”的英文縮寫,其中Raid-5是多種Raid中的一種,相比于其他存儲方式,Raid-5具有存儲容量大、存取速度快、安全可靠性好等優(yōu)點(diǎn),因此該存儲方式得到了越來越廣泛的使用。在高職信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)中,“Raid-5的配置維護(hù)”是學(xué)生必須掌握的重點(diǎn)內(nèi)容。
2 高職Raid-5卷實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題
在“Raid-5卷”實(shí)際教學(xué)過程中,為了達(dá)到更好的教學(xué)訓(xùn)練效果,一般可以通過進(jìn)行實(shí)際的“磁盤陣列配置維護(hù)實(shí)驗(yàn)”來加深學(xué)生對相關(guān)概念的理解和操作技能的掌握。傳統(tǒng)的Raid-5卷實(shí)驗(yàn)需要在一臺至少安裝了3塊磁盤的計算機(jī)或服務(wù)器上才能進(jìn)行,而且在進(jìn)行磁盤故障、數(shù)據(jù)回復(fù)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時,需要的計算機(jī)和磁盤的硬件連接以及系統(tǒng)BIOS等進(jìn)行頻繁改動,這些操作對計算機(jī)系統(tǒng)都會帶來不同程度的損壞。這在很大程度上限制了該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展,進(jìn)而影響了該部分內(nèi)容的教學(xué)訓(xùn)練效果。
3 Vmware虛擬機(jī)軟件簡介
虛擬機(jī)(Virtual Machine)是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個完整隔離環(huán)境中的完整計算機(jī)系統(tǒng)。Vmware虛擬機(jī)軟件是美國威睿公司出產(chǎn)的一款性能優(yōu)越的虛擬機(jī)軟件,該軟件能夠在一臺物理計算機(jī)中同時虛擬出多臺計算機(jī)硬件環(huán)境,在虛擬出的每一臺計算機(jī)中,可以獨(dú)立的安裝并運(yùn)行DOS、WINDOWS、LINUX等操作系統(tǒng)。對于運(yùn)行虛擬機(jī)的物理計算機(jī)而言,在其上面通過Vmware軟件虛擬出的每一臺計算機(jī)只是一系列的磁盤文件而已。在虛擬機(jī)中進(jìn)行的任何軟、硬件操作都只是對物理計算機(jī)中的某一個磁盤文件進(jìn)行修改,不會對物理計算機(jī)帶來軟、硬件的損害。比如:為虛擬機(jī)增加或減少一個硬盤,對物理計算機(jī)而言,只是在磁盤上創(chuàng)建或刪除一個后綴名為.vmdk的文件,而不需要像真實(shí)計算機(jī)那樣對實(shí)際的物理磁盤進(jìn)行插拔操作。
由于Vmware虛擬機(jī)軟件具有以上這些特點(diǎn),利用該軟件進(jìn)行諸如Raid-5、網(wǎng)絡(luò)攻防等實(shí)驗(yàn)教學(xué)時,不至于對計算機(jī)帶來實(shí)質(zhì)性的損壞,并且能夠極大的提高教學(xué)訓(xùn)練效率,以達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
4 Raid-5實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計
(一)Raid-5卷工作原理
Raid-5是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全、和存儲成本兼顧的存儲解決方案。Raid-5需要在不少于3塊磁盤的計算機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)(如圖1所示),比如有一個包含n(n不小于3)塊磁盤Raid-5卷,如要存儲文件,計算機(jī)首先將文件分為多個64K大小的數(shù)據(jù)塊,每n-1個數(shù)據(jù)塊為一組,按照奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)的規(guī)則計算出每一組數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼,這樣,每一組數(shù)據(jù)就包含了n-1個用戶數(shù)據(jù)塊和1個校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊,共n個數(shù)據(jù)塊,Raid-5將這些數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲到對應(yīng)的n個磁盤中。此時,如果某一個磁盤中的數(shù)據(jù)損壞或丟失,可以通過剩下的n-1個磁盤中的數(shù)據(jù)采用奇偶校驗(yàn)算法將損壞或丟失的數(shù)據(jù)恢復(fù)出來。Raid-5的這一設(shè)計,大大的增強(qiáng)了數(shù)據(jù)存儲的安全性。
由于Raid-5采用了多個磁盤并行處理的方式,在同一個時刻,可以對多個磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作,因此,Raid-5具有比傳統(tǒng)磁盤管理方式更加高速的數(shù)據(jù)存取速率。
(二)實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建
依據(jù)Raid-5的工作原理,在Vmware軟件下創(chuàng)建一臺虛擬機(jī),將虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)設(shè)置為Windows server 2003 standard edition,虛擬機(jī)的名稱設(shè)置為disk_server,并選擇合適的存儲位置,為虛擬機(jī)設(shè)置一個處理器和512MB的內(nèi)存,添加一個SCSI虛擬磁盤,空間大小設(shè)置為8GB,磁盤文件名為disk1.vmdk。
disk_server虛擬機(jī)創(chuàng)建好后,在該虛擬機(jī)的設(shè)置界面下點(diǎn)擊“添加”按鈕打開添加硬件向?qū)Вㄟ^添加硬件向?qū)樘摂M機(jī)添加4塊虛擬磁盤,空間大小均設(shè)置為1GB,虛擬磁盤文件名分別為disk2.vmdk、disk3.vmdk、disk4.vmdk和disk5.vmdk。磁盤添加完畢后,在虛擬機(jī)的第一塊物理磁盤上安裝上Windows server 2003操作系統(tǒng);并將該虛擬計算機(jī)的5個磁盤全部轉(zhuǎn)換為動態(tài)磁盤。至此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的基礎(chǔ)環(huán)境搭建完畢。
(三)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計
1、Raid-5卷創(chuàng)建
打開disk_server虛擬計算機(jī),登錄Windows server 2003操作系統(tǒng)后,在操作系統(tǒng)磁盤管理界面下,選擇磁盤1鼠標(biāo)左鍵,打開“新建卷向?qū)А苯缑?,根?jù)向?qū)崾?,將卷類型設(shè)置為“Raid-5卷”,并將磁盤1、磁盤2、磁盤3和磁盤4均加入到“已選的”磁盤中,每個磁盤中選擇空間量設(shè)置為100MB,指定驅(qū)動器號為“E”,文件系統(tǒng)為NTFS,格式化后,Raid-5卷創(chuàng)建完畢。
2、對Raid-5卷容量的討論
Raid-5卷創(chuàng)建完畢后,查看所創(chuàng)建的“E”卷,發(fā)現(xiàn)其容量為300MB,而創(chuàng)建該卷的實(shí)際磁盤空間開銷四個磁盤各100MB,共計400MB,兩者不一致。造成這種不一致的原因是在Raid-5卷中除了需要存儲用戶數(shù)據(jù)之外,還必須存儲校驗(yàn)數(shù)據(jù),通過簡單分析,可以得知對于一個包含n個磁盤的Raid-5卷而言,用于存儲用戶數(shù)據(jù)的空間只占全部磁盤空間的(n-1)/n。此例中,即為(4-1)/4,因此系統(tǒng)顯示的用戶可用空間為300MB(400*3/4)。針對該問題,可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課堂討論,以幫助學(xué)生加深對Raid-5卷概念和原理的理解。
3、Raid-5卷容錯性驗(yàn)證
根據(jù)Raid-5卷的特點(diǎn),為了檢驗(yàn)Raid-5卷的容錯性能,首先在所創(chuàng)建的“E”卷中創(chuàng)建一個文本文件“容錯檢驗(yàn).txt”,然后關(guān)閉該虛擬計算機(jī),在該虛擬計算機(jī)文件存放目錄下,將disk2.vmdk、disk3.vmdk、disk4.vmdk和disk5.vmdk四個文件中的其中一個文件刪除或移動到其他文件夾中,該操作所產(chǎn)生的效果為disk_server虛擬機(jī)的一個硬盤損壞或丟失。此時,再次打開disk_server虛擬機(jī),進(jìn)入“E”卷,打開“容錯檢驗(yàn).txt”文件,發(fā)現(xiàn)文件內(nèi)容完好,即驗(yàn)證了Raid-5的容錯性能。
5 結(jié)束語
采用Vmware虛擬機(jī)進(jìn)行Raid-5卷實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施,可以大大提高該內(nèi)容實(shí)驗(yàn)的效率,減小或避免該實(shí)驗(yàn)對設(shè)備器材的損壞,提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。由于Vmware軟件所創(chuàng)建的虛擬教學(xué)環(huán)境與真實(shí)物理計算機(jī)環(huán)境還是存在一定區(qū)別,為了避免引起學(xué)生的誤解,在教學(xué)過程中,需要對學(xué)生做必要的說明,如果條件允許,完成虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)后,可以考慮在真實(shí)的環(huán)境下再做簡單演示,以期達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
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作者簡介
楊金石(1981-),男,漢族,江西人,研究生,講師。