要害詞：PC SAN；PC SAN.edu；虛擬存儲(chǔ)技術(shù)；公共計(jì)算機(jī)房；系統(tǒng)維護(hù)

　　一、引言

　　PC SAN 是一種基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的新型計(jì)算環(huán)境治理系統(tǒng)，采用全球標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議TCP/ip，將網(wǎng)絡(luò)中所有的存儲(chǔ)資源集中存儲(chǔ)在由高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接的存儲(chǔ)治理服務(wù)器上，在該服務(wù)器上虛擬出多個(gè)網(wǎng)絡(luò)硬盤映射給客戶機(jī)使用。它采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)硬盤按需分配，借助快照和快速部署技術(shù)，實(shí)現(xiàn)簡單快速的網(wǎng)絡(luò)硬盤分配與軟件安裝；通過客戶機(jī)和不同的網(wǎng)絡(luò)磁盤實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)映射，使客戶機(jī)能夠按需轉(zhuǎn)換角色，更好地被動(dòng)態(tài)調(diào)度并組合計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，滿足不斷變化的需求。

　　PC SAN.edu作為PC SAN系列產(chǎn)品中的一員，是專門針對國內(nèi)教育行業(yè)的應(yīng)用情況而量身定做的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)產(chǎn)品。它是在PC SAN的基本功能基礎(chǔ)上，通過使用IP SAN技術(shù)和快照技術(shù)，首次將應(yīng)用于服務(wù)器的高端IP SAN存儲(chǔ)技術(shù)移植到普通計(jì)算機(jī)環(huán)境中使用，并新增了獨(dú)特的系統(tǒng)預(yù)約、系統(tǒng)還原、和IP地址自動(dòng)分配等功能，有效地解決目前教育領(lǐng)域里公共計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境中的問題。

　　iATA（埃塔）卡是運(yùn)用iATA技術(shù)實(shí)現(xiàn)IDE命令在IP網(wǎng)上傳輸，此技術(shù)類似于iSCSI的技術(shù)，把IDE命令轉(zhuǎn)化為IP包，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

　　本產(chǎn)品適用于各類學(xué)校的公共計(jì)算機(jī)應(yīng)用環(huán)境，如多媒體教室、電子教室、公共計(jì)算機(jī)房等。以大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房應(yīng)用環(huán)境為例，本產(chǎn)品提供如下解決方案：

　　二、背景概述

　　1、大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房應(yīng)用現(xiàn)狀

　　大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房為實(shí)踐教學(xué)做后勤保障和支持工作，其主要的工作目標(biāo)是讓實(shí)踐教學(xué)高效、順利地進(jìn)行，并且也是大學(xué)教育系統(tǒng)的重要組成部分。它承擔(dān)著各種各樣的教學(xué)任務(wù)，經(jīng)常需要在各種應(yīng)用模式之間進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換。

　　2、計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)踐

　　大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房承擔(dān)著全校公共課和部分專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)任務(wù)：常見的課程有C、Basic、java等各種語言；Flash等Macromedia系列制作工具；VFP、SQL Server、Oracle等各種數(shù)據(jù)庫；Office系列工具；以及各專業(yè)軟件。目前通常的做法是將常用的軟件全部安裝在每臺(tái)客戶機(jī)上，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行速度受到很大的影響；另外，由于應(yīng)用軟件版本的多樣性、應(yīng)用軟件本身的復(fù)雜性，以及各個(gè)應(yīng)用軟件之間的兼容性給軟件的安裝、調(diào)試和維護(hù)的工作帶來較大的工作量。

　　3、各種考試和培訓(xùn)教學(xué)的用機(jī)

　　由國家組織的計(jì)算機(jī)等級考試以及一些公司組織的其他計(jì)算機(jī)方面的考試，往往需要學(xué)校提供考試環(huán)境，并且也有不少由學(xué)校或公司開辦的計(jì)算機(jī)方面的培訓(xùn)班，需要利用公共機(jī)房提供培訓(xùn)和練習(xí)的實(shí)踐環(huán)境。公共機(jī)房中的計(jì)算機(jī)資源，在完成公共課的教學(xué)實(shí)踐課程后，還為學(xué)生提供培訓(xùn)教學(xué)，這些舉措都增加了學(xué)生自由動(dòng)手的機(jī)會(huì)，同時(shí)也增加了系統(tǒng)維護(hù)的工作量，所以需要在這兩者之間找到平衡。

　　在這種環(huán)境中，學(xué)生往往需要對計(jì)算機(jī)有更靈活的操作使用和動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，例如：硬盤分區(qū)，格式化硬盤，安裝各種操作系統(tǒng)，更改系統(tǒng)配置，安裝、卸載應(yīng)用軟件，配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，編寫程序直接控制計(jì)算機(jī)（如C語言的底層編程）。學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過程中很可能由于誤操作導(dǎo)致操作系統(tǒng)或者應(yīng)用軟件的損壞，這就增加了治理員維護(hù)系統(tǒng)的工作量。

　　4、教職員工的繼續(xù)學(xué)習(xí)環(huán)境

　　公共計(jì)算機(jī)房在空余時(shí)間，可以為教師們提供集體討論和學(xué)習(xí)新應(yīng)用軟件的環(huán)境。不同專業(yè)的老師們需要學(xué)習(xí)不同的應(yīng)用軟件，探討和學(xué)習(xí)這些應(yīng)用軟件往往不是一次交流就能夠完成的，有些要幾個(gè)月甚至一個(gè)學(xué)期。老師們經(jīng)常希望擁有自己的存儲(chǔ)空間安裝自己的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，存放自己的數(shù)據(jù)。在每次學(xué)習(xí)時(shí)，可以訪問到自己的存儲(chǔ)空間，使用需要的應(yīng)用軟件，待每次學(xué)習(xí)結(jié)束以后，存放在存儲(chǔ)空間上的數(shù)據(jù)不會(huì)被其他用戶使用。在公共計(jì)算機(jī)房中如何滿足這種需求？

　　5、教師學(xué)生的科研開發(fā)環(huán)境以及大學(xué)生業(yè)余的項(xiàng)目開發(fā)環(huán)境

　　良好的科研和實(shí)踐環(huán)境能夠激發(fā)教師和學(xué)生的創(chuàng)造力。學(xué)校的公共機(jī)房若能夠?yàn)閹熒鷤兲峁┭芯块_發(fā)環(huán)境和申請項(xiàng)目的實(shí)踐環(huán)境，則能更好地發(fā)揮公共計(jì)算機(jī)房的作用。

　　大學(xué)生和教師們可以利用業(yè)余時(shí)間組織科研創(chuàng)新項(xiàng)目或者自由實(shí)踐項(xiàng)目，例如各種計(jì)算機(jī)比賽中的項(xiàng)目、前沿創(chuàng)新項(xiàng)目等。這種項(xiàng)目所需要的開發(fā)環(huán)境有可能涉及到不同的操作系統(tǒng)。例如，當(dāng)今世界范圍中，開源的項(xiàng)目很多基于linux環(huán)境，因此需要Linux操作系統(tǒng)；有些要研究操作系統(tǒng)的，可能對當(dāng)前的Solaris 10很感愛好；還有的需要在異構(gòu)環(huán)境中進(jìn)行項(xiàng)目的研究：既需要安裝有Linux操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，又需要安裝有windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，并且還需要安裝一些特定的應(yīng)用軟件。使用者希望這些環(huán)境安裝以后，在使用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)靈活切換，避免因操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝的復(fù)雜性和操作的重復(fù)性帶來的使用不便；在不用時(shí)，安裝的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件能夠保留，并且不被其它用戶修改和使用。這種需求如何滿足？  

　　另外，由于這種科研創(chuàng)新項(xiàng)目或者自由實(shí)踐項(xiàng)目所對應(yīng)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝和調(diào)試工作都比較復(fù)雜，若由機(jī)房治理員來完成，對治理員的技能要求也較高，同時(shí)也會(huì)占用治理員大量的時(shí)間。如何解決這種問題？

　　三、大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房傳統(tǒng)維護(hù)模式中存在的問題及解決之道

　　1、大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房傳統(tǒng)維護(hù)模式中存在的問題

　　購買PC后，為了避免學(xué)生損壞操作系統(tǒng)，目前通常是在每臺(tái)PC上安裝硬盤保護(hù)卡，否則整套系統(tǒng)的維護(hù)量將非常大，軟件的部署依靠Ghost等軟件“對拷”。

　　使用硬盤保護(hù)卡以后每個(gè)學(xué)生不能按照自己的需求安裝自己的使用環(huán)境，這使學(xué)生的學(xué)習(xí)和使用受到很大的約束，不便于學(xué)生開拓性的學(xué)習(xí)。 

　　現(xiàn)在有很多針對硬盤保護(hù)卡的黑客軟件，很輕易讓硬盤保護(hù)卡失效，這對機(jī)房維護(hù)是個(gè)很大挑戰(zhàn)。 

　　PC機(jī)的維護(hù)量絕大部分來源于硬盤，因?qū)W生不正常的開關(guān)機(jī)，非常輕易導(dǎo)致硬盤損壞。 

　　操作系統(tǒng)的安裝、應(yīng)用軟件的升級等都隱含著相當(dāng)大的工作量。

　　2 新的應(yīng)用模式帶來的好處

　　大學(xué)公共計(jì)算機(jī)房維護(hù)的解決之道----采用PC SAN.edu，帶來如下好處：

　　采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，使公共計(jì)算機(jī)房的應(yīng)用和治理水平得到非常大的提高，同時(shí)提高了存儲(chǔ)資源和計(jì)算資源的利用率。 

　　每個(gè)學(xué)生可以擁有一個(gè)或多個(gè)裝有不同操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的網(wǎng)絡(luò)硬盤，并且可以在該網(wǎng)絡(luò)硬盤上任意修改自己的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，存放自己的個(gè)性化數(shù)據(jù)，并且不會(huì)影響其他人的正常使用。每次上機(jī)的時(shí)候，只要輸入用戶名和密碼就可以訪問到自己的網(wǎng)絡(luò)硬盤，為學(xué)生提供充分的、 靈活的使用空間，從而完全擺脫硬盤保護(hù)卡的束縛，不再因單臺(tái)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的崩潰，給需要使用該機(jī)器的其他人帶來不便。 

　　硬盤集中存儲(chǔ)，可以大大減少因?yàn)橛脖P故障帶來的維護(hù)工作量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的維護(hù)量源于硬盤的損壞，主要原因是學(xué)生不能按要求正常開關(guān)機(jī)。采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，所有硬盤都集中存放在存儲(chǔ)治理服務(wù)器中，并由其進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)治理與空間分配，客戶機(jī)是否正常開關(guān)機(jī)都不會(huì)對硬盤造成物理損壞。 

　　利用先進(jìn)的部署技術(shù)可以在幾分鐘內(nèi)完成百余臺(tái)客戶機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝工作，并可以節(jié)約80%的存儲(chǔ)空間。 

　　每位學(xué)生可以方便地學(xué)習(xí)并應(yīng)用多種操作系統(tǒng)，比如：WIN2K，LINUX等操作系統(tǒng)。

　　四、方案介紹

　　1、基于虛擬存儲(chǔ)的公共計(jì)算機(jī)房解決方案

　　中科院計(jì)算所國家高性能計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)的基于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的PC SAN.edu，針對上述需求提供一個(gè)智能化的全新行業(yè)解決方案。下面分別對解決方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行介紹。

　　2 PC SAN.edu系統(tǒng)介紹

　　2.1 基于虛擬存儲(chǔ)的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　在公共計(jì)算機(jī)房中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝iATA卡，iATA卡的作用是將存儲(chǔ)治理服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)硬盤通過高速互連網(wǎng)映射到本地計(jì)算機(jī)上使用，網(wǎng)絡(luò)硬盤上安裝有操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)中的iATA卡被系統(tǒng)識(shí)別為一塊標(biāo)準(zhǔn)的IDE硬盤。從計(jì)算機(jī)啟動(dòng)和使用上來看，本地硬盤不再是安裝有iATA卡的計(jì)算機(jī)所必需的硬件設(shè)備，如有必要，原有的本地硬盤可以保留。

　　客戶機(jī)的硬盤統(tǒng)一存放在存儲(chǔ)治理服務(wù)器中，這些硬盤組成一個(gè)大的存儲(chǔ)池，存儲(chǔ)空間可以按需擴(kuò)展。該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的不同需求，從存儲(chǔ)池劃分為大小不一的網(wǎng)絡(luò)硬盤分配給客戶機(jī)和用戶使用。 

　　整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示： 

圖 1 基于虛擬存儲(chǔ)的公共計(jì)算機(jī)房解決方案的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

　　客戶機(jī)安裝iATA卡，連接到百兆交換機(jī)（有千兆上行口）

　　百兆交換機(jī)的千兆上行口連接全千兆交換機(jī)（假如每個(gè)百兆交換機(jī)有兩個(gè)千兆口，可通過使用百兆交換機(jī)的千兆口來集聯(lián)解決，可節(jié)省一個(gè)全千兆交換機(jī)）

　　存儲(chǔ)治理服務(wù)器連接到千兆交換機(jī)

　　2.2 PC SAN.edu方案邏輯圖

圖 2 基于虛擬存儲(chǔ)的PC SAN.edu方案邏輯圖

　　快速部署與切換

　　可以根據(jù)老師授課的軟件內(nèi)容不同，為每一門課程分配一塊網(wǎng)絡(luò)硬盤。（如為課程A分配一塊網(wǎng)絡(luò)硬盤A）。當(dāng)需要上A課程的時(shí)候，將事先定制好的A課件網(wǎng)絡(luò)硬盤通過快照技術(shù)，復(fù)制并映射到本地學(xué)生氣上使用。在下次上A課程的時(shí)候，前次所作的修改依然還有效。假如不需要保存學(xué)生的個(gè)性化信息，當(dāng)該課程結(jié)束時(shí)，只需要將分配的網(wǎng)絡(luò)硬盤A刪除即可，此操作可由老師靈活把握。當(dāng)下一節(jié)課上B課程時(shí)，老師通過快照技術(shù)，給每個(gè)學(xué)生氣復(fù)制網(wǎng)絡(luò)硬盤B，并映射到每臺(tái)學(xué)生氣上，從而實(shí)現(xiàn)了教學(xué)環(huán)境的快速切換。

　　集中存儲(chǔ)

　　通過按需分配功能，對網(wǎng)絡(luò)硬盤進(jìn)行分配，從而提高存儲(chǔ)空間利用率，并且可以大大減少因?yàn)橛脖P故障而帶來的維護(hù)工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%以上的維護(hù)量來源于硬盤，主要原因是學(xué)生不能按正常情況開關(guān)機(jī)。采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，所有硬盤都集中存儲(chǔ)在存儲(chǔ)治理服務(wù)器中，并由其統(tǒng)一治理與分配使用。從而避免了因誤開關(guān)機(jī)操作，造成的硬盤損壞。

　　基于用戶

　　如圖 2所示，系統(tǒng)可以把對模板C復(fù)制的網(wǎng)絡(luò)硬盤分配給任一用戶，用戶就可以在任何一臺(tái)機(jī)器上輸入自己的用戶名和密碼訪問到“自己的硬盤”，就好似硬盤隨身帶一樣。并且，同一用戶可以擁有多塊網(wǎng)絡(luò)硬盤，并可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行切換。 

QQread.com 推出各大專業(yè)服務(wù)器評測 Linux服務(wù)器的安全性能 SUN服務(wù)器 HP服務(wù)器 DELL服務(wù)器 IBM服務(wù)器 聯(lián)想服務(wù)器 浪潮服務(wù)器 曙光服務(wù)器 同方服務(wù)器 華碩服務(wù)器 寶德服務(wù)器

　　3 不同應(yīng)用環(huán)境的具體剖析

　　3.1 公共課程的處理

   可以在存儲(chǔ)治理服務(wù)器上由治理員根據(jù)不同的需求將操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件定制在一塊非凡的網(wǎng)絡(luò)硬盤上，我們稱它為“網(wǎng)絡(luò)硬盤模板”，簡稱“模板”，例如Win98+VFP+VC+Frontpage等。當(dāng)學(xué)生來上公共課時(shí)，治理員通過基于Web的PC SAN.edu治理界面，從該模板上復(fù)制出多塊網(wǎng)絡(luò)硬盤，并采用批量分配的方式分配給學(xué)生氣后，只需啟動(dòng)機(jī)器，學(xué)生就可以正常使用。制作一塊模板的時(shí)間和在本地硬盤上安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的時(shí)間相差無幾，但對模板的復(fù)制僅需要幾秒鐘即可完成。這種方式大大簡化了軟件的安裝和部署的工作。并且，即使某個(gè)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)硬盤因?yàn)閷W(xué)生誤操作而損壞，治理員只需要通過PC SAN.edu治理界面利用快照技術(shù)復(fù)制一塊網(wǎng)絡(luò)硬盤，重新分配給該學(xué)生，重啟該機(jī)器即可恢復(fù)正常使用。

　　以相同的方式，治理員可以定制不同公共課的網(wǎng)絡(luò)硬盤模板，如Win2003 + .NET等，安裝完以后保存在存儲(chǔ)治理服務(wù)器上，當(dāng)需要時(shí)，通過模板復(fù)制，復(fù)制出多塊網(wǎng)絡(luò)硬盤，批量分配給客戶機(jī)使用即可。   

　　3.2 對于需要保留個(gè)性化數(shù)據(jù)的用戶  

　　例如用戶A，系統(tǒng)治理員可以給他分配一塊網(wǎng)絡(luò)硬盤，該用戶可以在該網(wǎng)絡(luò)硬盤上進(jìn)行分區(qū)、安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等操作。使用時(shí)，該用戶從安裝有iATA卡的任意一臺(tái)機(jī)器上登錄后，通過自己的賬號和密碼，即可訪問到自己的網(wǎng)絡(luò)硬盤，并映射到本地使用。關(guān)機(jī)后的所有個(gè)人的數(shù)據(jù)都通過iATA卡保存到存儲(chǔ)治理服務(wù)器上的網(wǎng)絡(luò)硬盤中,再開機(jī)時(shí)這些數(shù)據(jù)仍然可以使用。

　　當(dāng)該用戶不再需要保存網(wǎng)絡(luò)硬盤時(shí)，治理員可以刪除其網(wǎng)絡(luò)硬盤，回收存儲(chǔ)空間以便分配給其它用戶使用。