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[摘 要]在信息技术不断更新的时代，计算机实验室在高校教学过程中的重要性不言而喻，越来越多的计算机实验室采用了无盘系统，而整体系统的稳定性就显得越来越重要。本文就基于实验室千兆无盘服务器的冗余机制在计算机实验室中如何实现做了积极尝试。
[关键词]计算机实验室；无盘工作站；冗余机制
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0136-01
一、引言
近年来，计算机硬件在质量上发生了很大的变化，费用投入也缩减不少，硬件投资不再成为制约实验室建设的瓶颈；然尔计算机实验室的优化管理成为了实验室管理的重点。比如计算机病毒、实验室软件安装、实验室硬件的管理等，这些成为了计算机实验室能否满足教学需求的关键；越来越多的实验室使用无盘系统，无盘系统的服务器的稳定性和可靠性至关重要。
二、无盘计算机实验室基本情况分析
2.1.计算机属于可公共使用的设备，目前高校将计算机实验室作为全校共用实验室，在增加设备使用率的同时，也暴露出因为需安装软件众多、软件更新快而需维护问题；无盘系统通过对服务器更新镜像解决了这个问题，但是长期不断的更新维护也造成服务器人为失误造成了问题，导致服务器不稳定。
2.2.无盘服务器因为涉及大量的硬盘读写、数据交换，所以对磁盘、内存要求较高；对于 70 台左右的计算机实验室，需配备专业的磁盘阵列卡，6 块以上硬盘做读写分离，8 至 16G 的内存，双千兆以上网卡做聚合绑定，一些大型软件才能顺畅运行；然后长时间的高强度运行，硬盘、内存容易出现故障的地方，造成服务器不能开机。
2.3.学生上机时，经常涉及使用 USB 设备，而学生 USB 设备又常感染有 ARP病毒（arp 病毒并不是某一种病毒的名称，而是对利用 arp 协议的漏洞进行传播的一类病毒的总称），它将网络地址翻译成物理地址（又称 MAC 地址），从而使客户机不能访问真正的服务器，造成整个无盘系统崩溃。虽然近年各大无盘厂商将服务器 MAC 地址植入到客户端，但有些 ARP 病毒还是无法防范。
三、设备配置情况以及 PXE 运行原理
3.1.服务器硬件配置
CPU：XEON DP E2609；内存：DDR3 4GB*4；硬盘：1T*6/128GSSD；RAID：外插 512M（2 接口）；网卡：INTER 千兆*2。
3.2.网络配置
网线：全千兆到桌面；交换机：千兆交换机。
3.3.PXE 运行原理
PXE [1] 它是 Preboot Execution Environment 的缩写，意思为预置启动执行环境。PXE 是动态路由，其通信协议采用 TCP/IP，与 Internet 连接高效而可靠、PXE无盘工作站的启动过程分析如下：
3.3.1 客户端个人电脑开机后、在 TCP/IP Bootrom 获得控制权之前先做自我测试；
3.3.2 然后 Bootprom 送出 BOOTP/DHCP 要求以取得 IP；
3.3.3 如果服务器收到个人电脑所送出的要求、就会送回 BOOTP/DHCP 回应内容包括：客户端的 IP 地址、预设网关、及开机影像文件、否则、服务器会忽略这个要求。
3.3.4 Bootprom 由 TFTP 通讯协议从服务器下载开机映像文件；
3.3.5 个人电脑通过这个开机映像文件开机， 这个开机文件可以只是单纯的开机程式也可以是操作系统；
3.3.6 开机映像文件将包含 kernel loader 及压缩过的 kernel，此 kernel 将支持 NTFSroo 系统。¨ 远程客户端根据下载的文件启动机器。
四、无盘冗余方式的实现
4.1 冗余功能实现
4.1.1 冗余服务器、无盘服务器分别配置不同的 IP 地址；建议各服务器做端口聚合绑定，使用 balance-rr：模式，具有一定容错能力，数据包用排队的方式，通过所有网卡轮流发送出去，也就是同一时间只有一片网卡在发送数据，但是每片网卡都有发送过数据，具备负载均衡能力；
4.1.2 各服务器阵列设置参照无盘系统搭建。将无盘服务器设定为 IO 服务器，冗余服务器设定热备服务器；在服务器操作中将 IO 服务器分组，建立 IO 服务器分组名称以及勾选要分组在一起的服务器 IP，这样 IO 服务器分组操作完成，然后将客户 IP 基本设定允许自动选择 IO 服务器或 IO 服务器组 （用处就是绑定的 IO 服务器分组里的服务器 IP 其它一台服务器断了、会跳到另一台分组里的服务器、客户机重启是生效的）；
4.1.3 操作冗余服务器 IO 热备设定、将主 IO 服务器 IP 会出现可以热备 IO 服务器 IP 和磁盘选择，然后双击客户 IP 基本设定打勾允许自动选择 IO 服务器或 IO 服务器组以此类推 （用处主 IO 服务器的 IO 断掉会自动跳到热备 IO 服务器上去、客户机重启是不生效的）。
五、成本分析
以两个实验室为例，每个实验室 70 台客户机；如果投入 3 台服务器、2 个小千兆交换机共预计费用 6.5 万元；2 个实验室共计 140 台计算机，可节约 140 块硬盘，以京东目前希捷每块 350 元计算，能节约 4.9 万元；同时每台计算机少了硬盘，电费也节约了不少。总体来看，建设冗余无盘应用虽在成本上节约不了太多，但是整体管理上更加稳定、高效和方便，用户体验上也更好。
六、性能测试
本文采用 NXD7.0 无盘系统软件 [3] 作为测试对象，NXD 系统采用专利技术对网络通信结构和磁盘驱动进行了优化，独创性的引入 ssd 固态盘缓存技术，结合 NxD成熟的内存缓存，极大的提高了服务器的带机量及客户机的磁盘性能。工作站开机运行速度快，加上全千兆网络到桌面，速度远超比单机带硬盘的速度要快，即使是全网工作站同时启动的时候，也能达到相对满意的速度。经测试，采用无盘系统技术后，实验室计算机单机启动 WindowsXP 或 window7 操作系统完成只需25 ～ 45 s 左右，70 台电脑同时启动的时间大约在 80 ～ 90 s 之间，开机时间比原来缩短了 1 ～ 3 倍。磁盘读写速度从原来的平均 30 MB /s 提升到 70MB /s 左右，在运行 AutoCad2010、3Dmax 渲染等操作时，都能够松自如。在手动对无盘服务器断电后，也能够迅速的切换到冗余服务器进行操作，不会影响整个实验室的使用。
七、结束语
综合所述，使用冗余无盘系统建设高校教学实验室，有效解决了原来实验室无盘系统最大的弱点，有效的保障了实验室的安全稳定运行，时刻保持服务器的高效可用，大幅提高了实验室电脑的性能和可用性；
参考文献
[1] PXE[OL].http：//baike.baidu.com/， 2014.
[2] 服务器冗余[OL].http：//baike.baidu.com/， 2016.
[3] 林增辉.无盘系统技术在高校电脑机房改造中的应用[J].黎明职业大学学报， 2011（70）：78-81
作者：周俊成（1984.4）？男，汉族，重庆市永川区，重庆大学城市科技学院，工程师，工程硕士，计算机技术方向
[关键词]计算机实验室；无盘工作站；冗余机制
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0136-01
一、引言
近年来，计算机硬件在质量上发生了很大的变化，费用投入也缩减不少，硬件投资不再成为制约实验室建设的瓶颈；然尔计算机实验室的优化管理成为了实验室管理的重点。比如计算机病毒、实验室软件安装、实验室硬件的管理等，这些成为了计算机实验室能否满足教学需求的关键；越来越多的实验室使用无盘系统，无盘系统的服务器的稳定性和可靠性至关重要。
二、无盘计算机实验室基本情况分析
2.1.计算机属于可公共使用的设备，目前高校将计算机实验室作为全校共用实验室，在增加设备使用率的同时，也暴露出因为需安装软件众多、软件更新快而需维护问题；无盘系统通过对服务器更新镜像解决了这个问题，但是长期不断的更新维护也造成服务器人为失误造成了问题，导致服务器不稳定。
2.2.无盘服务器因为涉及大量的硬盘读写、数据交换，所以对磁盘、内存要求较高；对于 70 台左右的计算机实验室，需配备专业的磁盘阵列卡，6 块以上硬盘做读写分离，8 至 16G 的内存，双千兆以上网卡做聚合绑定，一些大型软件才能顺畅运行；然后长时间的高强度运行，硬盘、内存容易出现故障的地方，造成服务器不能开机。
2.3.学生上机时，经常涉及使用 USB 设备，而学生 USB 设备又常感染有 ARP病毒（arp 病毒并不是某一种病毒的名称，而是对利用 arp 协议的漏洞进行传播的一类病毒的总称），它将网络地址翻译成物理地址（又称 MAC 地址），从而使客户机不能访问真正的服务器，造成整个无盘系统崩溃。虽然近年各大无盘厂商将服务器 MAC 地址植入到客户端，但有些 ARP 病毒还是无法防范。
三、设备配置情况以及 PXE 运行原理
3.1.服务器硬件配置
CPU：XEON DP E2609；内存：DDR3 4GB*4；硬盘：1T*6/128GSSD；RAID：外插 512M（2 接口）；网卡：INTER 千兆*2。
3.2.网络配置
网线：全千兆到桌面；交换机：千兆交换机。
3.3.PXE 运行原理
PXE [1] 它是 Preboot Execution Environment 的缩写，意思为预置启动执行环境。PXE 是动态路由，其通信协议采用 TCP/IP，与 Internet 连接高效而可靠、PXE无盘工作站的启动过程分析如下：
3.3.1 客户端个人电脑开机后、在 TCP/IP Bootrom 获得控制权之前先做自我测试；
3.3.2 然后 Bootprom 送出 BOOTP/DHCP 要求以取得 IP；
3.3.3 如果服务器收到个人电脑所送出的要求、就会送回 BOOTP/DHCP 回应内容包括：客户端的 IP 地址、预设网关、及开机影像文件、否则、服务器会忽略这个要求。
3.3.4 Bootprom 由 TFTP 通讯协议从服务器下载开机映像文件；
3.3.5 个人电脑通过这个开机映像文件开机， 这个开机文件可以只是单纯的开机程式也可以是操作系统；
3.3.6 开机映像文件将包含 kernel loader 及压缩过的 kernel，此 kernel 将支持 NTFSroo 系统。¨ 远程客户端根据下载的文件启动机器。
四、无盘冗余方式的实现
4.1 冗余功能实现
4.1.1 冗余服务器、无盘服务器分别配置不同的 IP 地址；建议各服务器做端口聚合绑定，使用 balance-rr：模式，具有一定容错能力，数据包用排队的方式，通过所有网卡轮流发送出去，也就是同一时间只有一片网卡在发送数据，但是每片网卡都有发送过数据，具备负载均衡能力；
4.1.2 各服务器阵列设置参照无盘系统搭建。将无盘服务器设定为 IO 服务器，冗余服务器设定热备服务器；在服务器操作中将 IO 服务器分组，建立 IO 服务器分组名称以及勾选要分组在一起的服务器 IP，这样 IO 服务器分组操作完成，然后将客户 IP 基本设定允许自动选择 IO 服务器或 IO 服务器组 （用处就是绑定的 IO 服务器分组里的服务器 IP 其它一台服务器断了、会跳到另一台分组里的服务器、客户机重启是生效的）；
4.1.3 操作冗余服务器 IO 热备设定、将主 IO 服务器 IP 会出现可以热备 IO 服务器 IP 和磁盘选择，然后双击客户 IP 基本设定打勾允许自动选择 IO 服务器或 IO 服务器组以此类推 （用处主 IO 服务器的 IO 断掉会自动跳到热备 IO 服务器上去、客户机重启是不生效的）。
五、成本分析
以两个实验室为例，每个实验室 70 台客户机；如果投入 3 台服务器、2 个小千兆交换机共预计费用 6.5 万元；2 个实验室共计 140 台计算机，可节约 140 块硬盘，以京东目前希捷每块 350 元计算，能节约 4.9 万元；同时每台计算机少了硬盘，电费也节约了不少。总体来看，建设冗余无盘应用虽在成本上节约不了太多，但是整体管理上更加稳定、高效和方便，用户体验上也更好。
六、性能测试
本文采用 NXD7.0 无盘系统软件 [3] 作为测试对象，NXD 系统采用专利技术对网络通信结构和磁盘驱动进行了优化，独创性的引入 ssd 固态盘缓存技术，结合 NxD成熟的内存缓存，极大的提高了服务器的带机量及客户机的磁盘性能。工作站开机运行速度快，加上全千兆网络到桌面，速度远超比单机带硬盘的速度要快，即使是全网工作站同时启动的时候，也能达到相对满意的速度。经测试，采用无盘系统技术后，实验室计算机单机启动 WindowsXP 或 window7 操作系统完成只需25 ～ 45 s 左右，70 台电脑同时启动的时间大约在 80 ～ 90 s 之间，开机时间比原来缩短了 1 ～ 3 倍。磁盘读写速度从原来的平均 30 MB /s 提升到 70MB /s 左右，在运行 AutoCad2010、3Dmax 渲染等操作时，都能够松自如。在手动对无盘服务器断电后，也能够迅速的切换到冗余服务器进行操作，不会影响整个实验室的使用。
七、结束语
综合所述，使用冗余无盘系统建设高校教学实验室，有效解决了原来实验室无盘系统最大的弱点，有效的保障了实验室的安全稳定运行，时刻保持服务器的高效可用，大幅提高了实验室电脑的性能和可用性；
参考文献
[1] PXE[OL].http：//baike.baidu.com/， 2014.
[2] 服务器冗余[OL].http：//baike.baidu.com/， 2016.
[3] 林增辉.无盘系统技术在高校电脑机房改造中的应用[J].黎明职业大学学报， 2011（70）：78-81
作者：周俊成（1984.4）？男，汉族，重庆市永川区，重庆大学城市科技学院，工程师，工程硕士，计算机技术方向