利用無(wú)盤技術(shù)構(gòu)建多媒體教學(xué)系統(tǒng)

王志獻(xiàn) 王關(guān)祥 侯文紅 鄭玉清

山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東泰安 271018

利用無(wú)盤技術(shù)構(gòu)建多媒體教學(xué)系統(tǒng)

王志獻(xiàn) 王關(guān)祥 侯文紅 鄭玉清

山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東泰安 271018

介紹了利用無(wú)盤技術(shù)構(gòu)建的多媒體教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)多媒體教室的弊端，具有管理高效、易于使用、安全性高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)盤技術(shù)；多媒體教學(xué)；構(gòu)建

1 多媒體教學(xué)現(xiàn)狀與優(yōu)劣勢(shì)分析

自20世紀(jì)90年代起，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，以多媒體計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的多媒體課件，逐步取代了幻燈、投影、錄像等傳統(tǒng)的多種教學(xué)媒體。目前在各級(jí)學(xué)校，多媒體教學(xué)得到了廣泛的普及和應(yīng)用，教師從開(kāi)始的不認(rèn)同、不接受，到現(xiàn)在已經(jīng)離不開(kāi)多媒體系統(tǒng)，所以多媒體教學(xué)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，是學(xué)校教學(xué)活動(dòng)正常開(kāi)展的根本保證。

但目前的多媒體教學(xué)系統(tǒng)是由一間間獨(dú)立的多媒體教室組成的。而多媒體教室一般是配備一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一個(gè)中控柜、一個(gè)液晶投影機(jī)和幕布，每個(gè)教室都是獨(dú)立的系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)教室出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響其他教室，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴程度較小，只要能正常開(kāi)機(jī)運(yùn)行就能保證教學(xué)的正常開(kāi)展。

但是，這種系統(tǒng)也存在一些致命的缺點(diǎn)。

首先，不便于進(jìn)行管理和維護(hù)。由于每臺(tái)計(jì)算機(jī)都是獨(dú)立的，要進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)，軟件安裝、更新等需要管理人員逐一進(jìn)行，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，在目前管理人員尤其是技術(shù)人員比較匱乏的情況下，這個(gè)問(wèn)題非常突出。而且多媒體教室安排的靈活性和通用性比較差，某些課程需要安裝特定的教學(xué)軟件，這便不利于教師臨時(shí)調(diào)整授課教室。

其次，多媒體教室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性比較差。由于多媒體教室每天都有不同的教師使用，教師授課都會(huì)自帶U盤和移動(dòng)硬盤等設(shè)備，一旦有計(jì)算機(jī)病毒就會(huì)造成病毒在整個(gè)多媒體教學(xué)系統(tǒng)和教師的個(gè)人計(jì)算機(jī)的廣泛傳播，從而造成多媒體教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行緩慢、死機(jī)等現(xiàn)象，甚至造成系統(tǒng)崩潰，影響教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。

再次，可靠性和經(jīng)濟(jì)性比較差。每臺(tái)計(jì)算機(jī)配置一塊硬盤，不光需要大量的經(jīng)費(fèi)，而且也會(huì)造成資源浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)增加系統(tǒng)的耗電量。硬盤是一種高精密的機(jī)電一體化設(shè)備，故障率很高，一旦硬盤出現(xiàn)故障就會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而影響教學(xué)。

無(wú)盤系統(tǒng)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)，由無(wú)盤工作站組成的局域網(wǎng)系統(tǒng)。相對(duì)于普通的計(jì)算機(jī)，無(wú)盤工作站可以在沒(méi)有硬盤的情況下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)技術(shù)，從服務(wù)器讀取并啟動(dòng)操作系統(tǒng)。相對(duì)于有盤系統(tǒng)，無(wú)盤系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將無(wú)盤工作站技術(shù)的優(yōu)勢(shì)列舉如下。

第一，方便維護(hù)和管理、提高了工作效率。由于無(wú)盤系統(tǒng)是一種基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的技術(shù)，它將所有的多媒體教室的計(jì)算機(jī)通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)連接在一起，管理人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以查看每臺(tái)客戶端的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)地解決客戶端遇到的問(wèn)題，而且方便多媒體教室客戶端系統(tǒng)及軟件的更新升級(jí)。由于無(wú)盤客戶端的系統(tǒng)是從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上啟動(dòng)的，真正的操作系統(tǒng)存在于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，如果需要更新操作系統(tǒng)只需要更新服務(wù)器上的操作系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)全部客戶端操作系統(tǒng)的更新，包括軟件的安裝和更新，同樣只需要在服務(wù)器上安裝或更新軟件即可，同時(shí)解決了教師不能在任意教室安排教學(xué)內(nèi)容的弊端，因?yàn)樗薪淌业南到y(tǒng)環(huán)境都是一樣的，有任何特殊需要只要在服務(wù)器端進(jìn)行必要的設(shè)置即可。不僅極大地減輕了管理員的工作量，還節(jié)省了大量的人力、物力和寶貴的時(shí)間，從而提高了工作效率。

第二，能保證多媒體教室客戶端系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，提高了可靠性和安全性。無(wú)盤工作站技術(shù)的真實(shí)操作系統(tǒng)是存在服務(wù)器上的，無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)所有的數(shù)據(jù)交互均屬于一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，而且所有的數(shù)據(jù)交互均需要經(jīng)過(guò)服務(wù)器。這樣只需要為服務(wù)器安裝合適的殺毒軟件就可時(shí)刻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，不僅能保證內(nèi)網(wǎng)的安全，也能拒絕外網(wǎng)的不安全信息?？蛻舳诉\(yùn)行的系統(tǒng)只是真實(shí)系統(tǒng)的一 個(gè)影像文件，而且客戶端系統(tǒng)的改變不會(huì)影響服務(wù)器端系統(tǒng)， 所以客戶端系統(tǒng)受到的病毒威脅等其他一些不利因素不會(huì)影響到真實(shí)的操作系統(tǒng)，客戶端只需要重新啟動(dòng)操作系統(tǒng)即可解決遇到的問(wèn)題。

第三，能顯著提高客戶端操作系統(tǒng)的運(yùn)行速度。通過(guò)對(duì)無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化部署，客戶端系統(tǒng)不需要安裝殺毒軟件，從而節(jié)省了大量寶貴的內(nèi)存資源，在保證穩(wěn)定性的同時(shí)大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

第四，利于教學(xué)資源的共享和實(shí)時(shí)訪問(wèn)。使用先進(jìn)的無(wú)盤工作站技術(shù)，只需要將校園網(wǎng)的教學(xué)資源共享服務(wù)器接入無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)，即可完美實(shí)現(xiàn)任意客戶端對(duì)教學(xué)資源的即時(shí)共享和實(shí)時(shí)訪問(wèn)。而且網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行高效、穩(wěn)定、安全，能輕松地滿足日常的教學(xué)資源的共享和訪問(wèn)，不會(huì)對(duì)服務(wù)器造成安全威脅。

第五，節(jié)約資金，降低多媒體教室客戶端計(jì)算機(jī)維護(hù)的成本。無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得多媒體教室的計(jì)算機(jī)省去一塊硬盤的成本，同時(shí)無(wú)盤系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的高效利用，可以降低計(jì)算機(jī)硬件的要求，這樣能有效降低多媒體教室構(gòu)建的成本。

2 無(wú)盤系統(tǒng)的工作原理

無(wú)盤工作站的網(wǎng)卡配有啟動(dòng)芯片(Boot ROM)，當(dāng)工作站以LAN方式啟動(dòng)時(shí) , 它會(huì)向服務(wù)器發(fā)出啟動(dòng)請(qǐng)求信號(hào)，服務(wù)器收到后，根據(jù)不同的機(jī)制，向工作站發(fā)送啟動(dòng)數(shù)據(jù)，工作站下載完啟動(dòng)數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)控制權(quán)由Boot ROM轉(zhuǎn)到內(nèi)存中的某些特定區(qū)域，并引導(dǎo)操作系統(tǒng)。根據(jù)不同的啟動(dòng)機(jī)制，目前比較常用無(wú)盤工作站可分為RPL，PXE及虛擬硬盤等啟動(dòng)類型。目前國(guó)內(nèi)外主流的無(wú)盤系統(tǒng)均為基于PXE的虛擬硬盤模式。

無(wú)盤系統(tǒng)一般由服務(wù)器、工作站和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。

服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，存放工作啟動(dòng)用的系統(tǒng)鏡像，承擔(dān)工作站生成數(shù)據(jù)的回寫(xiě)任務(wù)。

服務(wù)器的配置要求很高，計(jì)算能力很強(qiáng)，具有很大的內(nèi)存和海量的硬盤，在客戶端比較多的情況下，可以配置多臺(tái)服務(wù)器，以提高響應(yīng)速度，同時(shí)互為備份，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。在資金允許的情況下，應(yīng)購(gòu)買專業(yè)的服務(wù)器，采用比較高端的CPU，甚至雙路CPU，內(nèi)存推薦64 G至128 G。服務(wù)器系統(tǒng)盤可以采用一塊固態(tài)硬盤，客戶端系統(tǒng)鏡像采用3塊2 TB機(jī)械硬盤組成磁盤陣列，回寫(xiě)盤采用3塊固態(tài)硬盤組成磁盤陣列，以大大提高回寫(xiě)速度?？蛻舳吮容^多的情況下可以配置多塊網(wǎng)卡，提高數(shù)據(jù)吞吐量。服務(wù)器一般安裝專業(yè)服務(wù)器操作系統(tǒng)，建議安裝Windows server2008或更高。

在有多臺(tái)服務(wù)器的情況下，主控服務(wù)器用來(lái)控制隊(duì)列排序、列表集中管理、統(tǒng)一分配客戶端地址、統(tǒng)一分配承載機(jī)量，服務(wù)器間的鏡像自動(dòng)同步，其中一臺(tái)更新過(guò)鏡像之后，向其他服務(wù)器發(fā)出通知，其他服務(wù)器自動(dòng)與之對(duì)比，確保多服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的。回寫(xiě)緩存數(shù)據(jù)除了支持本地回寫(xiě)外， 超出寫(xiě)向服務(wù)器回寫(xiě)盤中的數(shù)據(jù)，也會(huì)與多機(jī)之間相互同步， 即確保存在與服務(wù)端的 Cache 數(shù)據(jù)也是多服統(tǒng)一的。當(dāng)某臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)后，原服務(wù)器所承載的所有機(jī)器，會(huì)被平均分配到其他幾臺(tái)(而不是一臺(tái))服務(wù)器上，工作站無(wú)須重新啟動(dòng)。當(dāng)服務(wù)器修好以后，再次處于正常運(yùn)行中，其原先所帶的工作站，可以自動(dòng)全部回到它的隊(duì)列中，不需人工干涉。

工作站也就是普通的計(jì)算機(jī)，不需要配備硬盤，需要安裝支持網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的網(wǎng)卡?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)主板集成的網(wǎng)卡一般都支持網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)。

交換機(jī)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心，需要高性能的交換機(jī)，為了使整個(gè)系統(tǒng)高效穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)以千兆網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。當(dāng)然在客戶機(jī)較多，建設(shè)資金比較充裕的情況下也可以采用萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)，但是性價(jià)比較低，一般不推薦。無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)一般采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，兩層結(jié)構(gòu)，不僅減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用，節(jié)約了成本，而且能有效提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的速度和穩(wěn)定性。在核心層通過(guò)校園網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，同時(shí)接入啟動(dòng)服務(wù)器。具體服務(wù)器的數(shù)量可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中客戶端的數(shù)量決定，一般一臺(tái)性能不錯(cuò)的服務(wù)器能帶起100臺(tái)左右的客戶端。服務(wù)器到三層交換設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)4 Gbps網(wǎng)絡(luò)，采用六類雙絞線四線聚合作為傳輸介質(zhì)，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，且能滿足網(wǎng)絡(luò)需求。三層交換到二層交換設(shè)計(jì)使用2 Gbps連接，使用多模光纖雙線聚合作為傳輸介質(zhì)，穩(wěn)定性好，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，而且傳輸速率大。二層交換到客戶端實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，理論數(shù)據(jù)傳輸速率125 MB/s，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，節(jié)約了組網(wǎng)成本，提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

3 無(wú)盤系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

由于無(wú)盤系統(tǒng)的不同具體操作有所不同，這里以銳起3.1為例簡(jiǎn)單地介紹一下基本操作步驟。

3.1 服務(wù)器的安裝

首先為服務(wù)器安裝好操作系統(tǒng)，建議安裝Windows server2008服務(wù)器操作系統(tǒng)，安裝好相應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)程序，最后安裝無(wú)盤系統(tǒng)的服務(wù)端程序。

啟動(dòng)銳起無(wú)盤主服務(wù)管理程序，首先點(diǎn)磁盤管理，點(diǎn)擊新增(如圖1所示)，輸入磁盤名稱和磁盤容量，選擇存放虛擬磁盤映像文件的物理存儲(chǔ)位置，點(diǎn)擊確定。

圖1

然后，如圖2所示，就會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)建磁盤鏡像文件的進(jìn)度。

圖2

手動(dòng)添加客戶端，點(diǎn)擊新增按鈕(如圖3所示)，輸入工作站名稱，系統(tǒng)默認(rèn)是WKS001，客戶端的MAC地址，IP地址和子網(wǎng)掩碼，工作站目錄是存放客戶端回寫(xiě)數(shù)據(jù)的地方，可以根據(jù)需要設(shè)定，然后點(diǎn)擊應(yīng)用。

圖3

3.2 客戶端的安裝

在這里，客戶端也就是我們?cè)诙嗝襟w教室使用的計(jì)算機(jī)，在無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)搭建完成之前我們需要先在客戶機(jī)上安裝一個(gè)的操作系統(tǒng)。根據(jù)客戶端計(jì)算機(jī)配置，可以選擇不同的操作系統(tǒng)，一般選用Windows XP，體積小，功能滿足一般使用，運(yùn)行速度快，特別適合無(wú)盤系統(tǒng)。系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)安裝好后，安裝銳起客戶端程序，設(shè)置客戶端計(jì)算機(jī)的名稱為WKS001，工作組和服務(wù)器端一樣，默認(rèn)都是WORKGROUP。設(shè)置IP地址為在服務(wù)器設(shè)置的一樣，刪除網(wǎng)絡(luò)設(shè)置里的qos數(shù)據(jù)包計(jì)劃程序，然后關(guān)閉客戶端計(jì)算機(jī)。在銳起主服務(wù)程序里，將這臺(tái)客戶端權(quán)限設(shè)為超級(jí)，然后再次啟動(dòng)客戶端計(jì)算機(jī)。啟動(dòng)完成后，在磁盤管理里就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的硬盤，這就是服務(wù)器端的虛擬磁盤，將磁盤設(shè)定為基本磁盤，如圖4、圖5所示，按照需要進(jìn)行分區(qū)和格式化。

圖4

圖5

最后，啟動(dòng)銳起客戶端程序里配置系統(tǒng)(如圖6所示)，填寫(xiě)服務(wù)器的IP地址。

圖 6

然后再啟動(dòng)銳起客戶端程序組里的上傳系統(tǒng)(如圖7所示)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷上傳的源盤和目標(biāo)盤。

圖7

上傳完成后，關(guān)閉客戶端，拔下硬盤，在服務(wù)器端將客戶端計(jì)算機(jī)權(quán)限設(shè)為普通。啟動(dòng)客戶端計(jì)算機(jī)，在BIOS里設(shè)為網(wǎng)卡啟動(dòng)?？蛻舳擞?jì)算機(jī)就通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，從服務(wù)器磁盤鏡像里讀取系統(tǒng)啟動(dòng)了，這就完成了無(wú)盤啟動(dòng)的準(zhǔn)備工作。其他同配置的計(jì)算機(jī)只需要設(shè)置從網(wǎng)卡啟動(dòng)就可以了。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)盤系統(tǒng)雖然技術(shù)成熟、簡(jiǎn)單，但仍需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，優(yōu)化服務(wù)器的配置，提高磁盤陣列的讀寫(xiě)速度，再配合高速的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，才能充分發(fā)揮無(wú)盤系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)校的教學(xué)發(fā)揮巨大的作用。

[1] 馬建濤,吳燕,劉永偉.淺談無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)[J].科技文匯,2007(3):196.

[2] 陳奇,熊丹,謝富華.無(wú)盤網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的介紹和應(yīng)用[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)2007(12):102-104.

[3] 張昆.無(wú)盤工作站機(jī)器應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2012(16):75.

Constructing Multimedia Teaching System by Using Diskless Technology

Wang Zhixian,Wang Guanxiang, Hou Wenhong, Zheng Yuqing

Shandong Agricultural University, Taian, 271018, China

This paper describes the use of diskless technology to build multimedia teaching system. The system overcomes the shortcomings of the traditional multimedia classroom, with management efficiency, ease of use, high security, low cost and so on.

diskless technology; multimedia teaching; construction

王志獻(xiàn)，本科，高級(jí)工程師。王關(guān)祥，本科，工程師。侯文紅，本科，工程師。鄭玉清，本科，工程師。