Vmware在高職Raid—5實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

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(jì)，給出了在Windows server 2003下進(jìn)行Raid-5卷創(chuàng)建、容量計(jì)算以及容錯(cuò)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(chǔ)到信息系統(tǒng)中。傳統(tǒng)的單硬盤存儲(chǔ)技術(shù)在面對不斷增長的用戶存儲(chǔ)需求時(shí)，在存儲(chǔ)容量、存儲(chǔ)速度以及數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)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(chǔ)方式，Raid-5具有存儲(chǔ)容量大、存取速度快、安全可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，因此該存儲(chǔ)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(tái)至少安裝了3塊磁盤的計(jì)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(shí)，需要的計(jì)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(dòng)，這些操作對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都會(huì)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(gè)完整隔離環(huán)境中的完整計(jì)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(tái)物理計(jì)算機(jī)中同時(shí)虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境，在虛擬出的每一臺(tái)計(jì)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(jì)算機(jī)而言，在其上面通過Vmware軟件虛擬出的每一臺(tái)計(jì)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(jì)算機(jī)中的某一個(gè)磁盤文件進(jìn)行修改，不會(huì)對物理計(jì)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(gè)硬盤，對物理計(jì)算機(jī)而言，只是在磁盤上創(chuàng)建或刪除一個(gè)后綴名為.vmdk的文件，而不需要像真實(shí)計(jì)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(shí)，不至于對計(jì)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(jì)

（一）Raid-5卷工作原理

Raid-5是一種存儲(chǔ)性能、數(shù)據(jù)安全、和存儲(chǔ)成本兼顧的存儲(chǔ)解決方案。Raid-5需要在不少于3塊磁盤的計(jì)算機(jī)上才能實(shí)現(xiàn)（如圖1所示），比如有一個(gè)包含n（n不小于3）塊磁盤Raid-5卷，如要存儲(chǔ)文件，計(jì)算機(jī)首先將文件分為多個(gè)64K大小的數(shù)據(jù)塊，每n-1個(gè)數(shù)據(jù)塊為一組，按照奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)的規(guī)則計(jì)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(gè)用戶數(shù)據(jù)塊和1個(gè)校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊，共n個(gè)數(shù)據(jù)塊，Raid-5將這些數(shù)據(jù)隨機(jī)存儲(chǔ)到對應(yīng)的n個(gè)磁盤中。此時(shí)，如果某一個(gè)磁盤中的數(shù)據(jù)損壞或丟失，可以通過剩下的n-1個(gè)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(jì)，大大的增強(qiáng)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性。

由于Raid-5采用了多個(gè)磁盤并行處理的方式，在同一個(gè)時(shí)刻，可以對多個(gè)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(tái)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(chǔ)位置，為虛擬機(jī)設(shè)置一個(gè)處理器和512MB的內(nèi)存，添加一個(gè)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)?，通過添加硬件向?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(jì)算機(jī)的5個(gè)磁盤全部轉(zhuǎn)換為動(dòng)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(jì)

1、Raid-5卷創(chuàng)建

打開disk_server虛擬計(jì)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(gè)磁盤中選擇空間量設(shè)置為100MB，指定驅(qū)動(dòng)器號(hào)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(gè)磁盤各100MB，共計(jì)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(chǔ)用戶數(shù)據(jù)之外，還必須存儲(chǔ)校驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過簡單分析，可以得知對于一個(gè)包含n個(gè)磁盤的Raid-5卷而言，用于存儲(chǔ)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(cuò)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(cuò)性能，首先在所創(chuàng)建的“E”卷中創(chuàng)建一個(gè)文本文件“容錯(cuò)檢驗(yàn).txt”，然后關(guān)閉該虛擬計(jì)算機(jī)，在該虛擬計(jì)算機(jī)文件存放目錄下，將disk2.vmdk、disk3.vmdk、disk4.vmdk和disk5.vmdk四個(gè)文件中的其中一個(gè)文件刪除或移動(dòng)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(gè)硬盤損壞或丟失。此時(shí)，再次打開disk_server虛擬機(jī)，進(jìn)入“E”卷，打開“容錯(cuò)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(cuò)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(jì)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。