使用CygWin和SUsE Linux構(gòu)建類Unix的實驗教學(xué)環(huán)境舟

應(yīng)毅 任凱

[摘要]目前Linux操作系統(tǒng)是高校計算機(jī)專業(yè)常見的實驗課程，但Linux實驗平臺的幾種常用建設(shè)方法都存在著諸多問題。論文提出新的方案：建立一臺SUSE Linux主服務(wù)器，在Windows平臺下安裝Cygwin軟件，學(xué)生先在Cygwin環(huán)境下進(jìn)行實驗，然后通過telnet以多用戶方式連入主服務(wù)器進(jìn)行驗證操作。該方案不但減少了機(jī)房的維護(hù)工作量，節(jié)省了實驗室資金，而且教學(xué)效果改善明顯，為操作系統(tǒng)實驗教學(xué)的改革提供了有益的思路并起到推廣作用。

[關(guān)鍵詞]實驗教學(xué)環(huán)境；SUSE Linux：Cygwin；終端登錄

[中圖分類號]G420[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[論文編號]1009－8097(2012)02－0121－04

一現(xiàn)狀與問題

操作系統(tǒng)課程是普通高校本科計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，與此相匹配的實踐課程的講授不僅能加深理論知識的理解，在應(yīng)用性和操作性上也具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。Linux是免費使用和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)，有著強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢和極為突出的安全性、穩(wěn)定性和可移植性，無論是智能手機(jī)、PC，還是小型機(jī)，都可以運行Linux，Linux占據(jù)著越來越大的市場份額，同時Linux可以作為應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等眾多軟件和設(shè)備的支撐平臺。因此，市場對掌握Linux技術(shù)的人才有大量的需求，所以教授Linux對學(xué)生就業(yè)也有現(xiàn)實意義。另一方面，Linux的操作方法基本與Unix相同，有了Linux這個基礎(chǔ)，為學(xué)生以后在其他操作系統(tǒng)上工作提供了便利。

當(dāng)前，很多高校的計算機(jī)實驗室要為眾多的計算機(jī)相關(guān)課程服務(wù)，受到資源限制，不可能單獨建立以Unix／Linux為操作系統(tǒng)的實驗室，為了提高設(shè)備的利用率，Linux的實驗環(huán)境一般會和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房共同建設(shè)，以Windows平臺為主，并通過硬盤保護(hù)卡對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，在這種條件下建立Linux實驗環(huán)境的常用方法有以下幾種。

(1)直接安裝。直接把Linux安裝到每一臺學(xué)生機(jī)上，好處是速度快，學(xué)生上機(jī)實驗時能最直觀地體驗到真實的Linux，但考慮到兼容性，需要安裝雙系統(tǒng)(Windows+Linux)。而由于硬盤保護(hù)卡無法對Linux進(jìn)行自動復(fù)原，只能采用完全備份方式，導(dǎo)致硬盤資源浪費嚴(yán)重，手動復(fù)原所需時間長，影響實驗課的上課效率。

(2)虛擬機(jī)方式。在Windows環(huán)境下安裝虛擬機(jī)軟件，如Virtual PC、VMWare，然后在虛擬機(jī)上安裝Linux系統(tǒng)，好處是可以使用原有的系統(tǒng)保護(hù)功能，Windows環(huán)境幾乎不受影響，機(jī)房維護(hù)輕松。缺點也很明顯：①虛擬機(jī)太慢，實驗代價偏大。首先需要打開虛擬機(jī)軟件，再激活Linux仿真系統(tǒng)。這個開啟過程很耗時，尤其是對于配置較低的PC。②使用虛擬機(jī)的實驗環(huán)境與真實IT企業(yè)中Linux開發(fā)環(huán)境相去甚遠(yuǎn)。真實的類Unix系統(tǒng)管理和開發(fā)是不會使用虛擬機(jī)的。

(3)主服務(wù)器方式。在機(jī)房中只建立一臺Linux操作系統(tǒng)服務(wù)器，學(xué)生在Windows操作系統(tǒng)下，通過網(wǎng)絡(luò)方式連入Linux系統(tǒng)主機(jī)，好處是學(xué)生能使用到真實的Linux系統(tǒng)，并對眾多學(xué)生機(jī)上的Windows系統(tǒng)也沒有影響。但要求服務(wù)器有較好的配置，如果性能一般，當(dāng)有很多用戶同時登錄到主服務(wù)器上時，會導(dǎo)致服務(wù)器不堪重負(fù)，造成宕機(jī)或客戶端相應(yīng)過慢。

(4)DRBL方式。無盤工作站遠(yuǎn)程啟動Linux(DisklessRemote Boot in Linux)，在一臺Linux服務(wù)器上安裝DRBL軟件，可以將Linux系統(tǒng)同時提供給大量的終端操作與使用，學(xué)生機(jī)不需要安裝任何軟件，并能與客戶端現(xiàn)有系統(tǒng)共存，學(xué)生能直觀的使用到Linux系統(tǒng)，但需要所有計算機(jī)的主板和網(wǎng)卡都支持PXE網(wǎng)絡(luò)啟動，必須在服務(wù)器安裝兩塊以上的網(wǎng)卡，連接不同的交換機(jī)，而且網(wǎng)速并發(fā)無法實現(xiàn)，當(dāng)接駁終端超過40臺時效果下降明顯。

由此可見，現(xiàn)在高校構(gòu)建Linux實驗平臺最常見的幾種方法都有自身的一些優(yōu)缺點，所以筆者提出如下方案來解決上述問題。在學(xué)生機(jī)的Windows操作系統(tǒng)下安裝Cygwin軟件，在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中使用一臺計算機(jī)安裝Linux操作系統(tǒng)，作為主服務(wù)器，學(xué)生先使用Cygwin軟件在各自計算機(jī)上進(jìn)行實驗，當(dāng)實驗完成或接近完成時，才通過telnet方式連入主服務(wù)器進(jìn)行運行和測試。該實驗教學(xué)環(huán)境不影響現(xiàn)有Windows平臺，減少了機(jī)房的維護(hù)工作量，并且與大中型IT公司的開發(fā)環(huán)境非常接近，有利于學(xué)生的就業(yè)。

基于此方案構(gòu)建的教學(xué)環(huán)境可以為Shell編程、Linux常用命令、C／C++程序設(shè)計、PHP開發(fā)等實驗教學(xué)服務(wù)，但不大適合Linux系統(tǒng)安裝配制、內(nèi)核編程、服務(wù)器軟件安裝使用等教學(xué)內(nèi)容的實驗。

二實驗環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)

1整體結(jié)構(gòu)

利用已有的網(wǎng)絡(luò)實驗室，在學(xué)生機(jī)上安裝Cygwin、SecureCRT等軟件，使用一臺計算機(jī)作為硬件平臺，安裝SUSELinux操作系統(tǒng)，學(xué)生機(jī)通過telnet方式登陸主服務(wù)器。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2主服務(wù)器的搭建

雖然基于相同的Linux內(nèi)核，但Linux的發(fā)行版本種類繁多特色各異，Novell公司的SUSE Linux是個不錯的選擇。

SUSELinux起初是以SlackwareLinux為基礎(chǔ)的一款德文操作系統(tǒng)，第一個產(chǎn)品誕生于1992年。2004年1月SUSELinux被Novell收購，之后SUSELinux專注于企業(yè)級服務(wù)器的開發(fā)，Novell公司也與IIP、Intel、Microsoft、IBM、富士通等多家軟硬件公司形成戰(zhàn)略合作關(guān)系，SUSE Lmux的應(yīng)用涉及金融、通信、計算機(jī)、教育等多個領(lǐng)域，客戶包括匯豐銀行、倫敦證券交易所、中國民生銀行、中國電信、中興通訊、華為、SAP、Sony、NEC、東軟、中國科技大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、國立臺灣師范大學(xué)等。

選擇SUSE Linux的目的就是希望讓實驗環(huán)境更接近于企業(yè)，為學(xué)生的就業(yè)造成良好的影響。

SUSE Linux的安裝過程和安裝W'mdows非常接近，該實驗環(huán)境安裝的版本是：SUSE Linux Enterprise Server 10 forx86。其安裝和配置有以下幾點需要注意：

(1)分區(qū)的大小?？紤]到Linux主服務(wù)器需要支持多用戶，并且需要安裝各種服務(wù)器軟件(數(shù)據(jù)庫、Web服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)，所以以往根分區(qū)15G的大小是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，至少需要50G－80G的磁盤空間，當(dāng)然，這個分區(qū)的大小還要視安裝服務(wù)器軟件的多少而定。

(2)固定PP地址。為主服務(wù)器設(shè)置固定的IP地址，方便學(xué)生上機(jī)時通過IP地址登錄到Linux主服務(wù)器。

(3)建立多用戶。Linux天生是一個多用戶操作系統(tǒng)，它可以為每個用戶分配各自的資源(主要是文件系統(tǒng)及權(quán)限)，而且互不影響。為了讓學(xué)生獨立的完成實驗，可以根據(jù)

學(xué)號建立用戶，例如一學(xué)期有4個班160多個學(xué)生開設(shè)Linux課程，使用相同的實驗室，那么這個Linux主服務(wù)器需要建立160多個用戶。當(dāng)要進(jìn)行服務(wù)器管理實驗時，可以建立群組，例如MySQL組、Tomcat組、Apache組等。

(4)打開Telnet服務(wù)。Telnet服務(wù)在SUSE Linux 10中是默認(rèn)不安裝的，需要使用YaST2工具安裝Telnet服務(wù)(命令：yast2 metd)，并開啟防火墻的23端口(命令：yast2firewaU)。如果主服務(wù)器頻繁開關(guān)機(jī)，還需要將Telnet服務(wù)設(shè)置為默認(rèn)開機(jī)啟動。

(5)打開FTP服務(wù)。FTP服務(wù)和telnot服務(wù)一樣，在SUSELinux 10中是默認(rèn)不安裝的，主服務(wù)器選擇安裝的是vsFtp，安裝完畢后需要修改vsFtp的配置文件(／etc／vsftpd.conf)，將服務(wù)器方式設(shè)置為本地，設(shè)置監(jiān)聽端口為21，同時放開防火墻對FTP所使用的20和21端口的限制，最后重新啟動xinetd服務(wù)和vsfqod服務(wù)。

3客戶端cygwin的安裝

Cygwin是一個在Windows平臺上運行的Unix模擬環(huán)境，它是Cygnus Solutions公司開發(fā)的自由軟件，目前由RedHat負(fù)責(zé)維護(hù)。Cygwin由一個POSIX層和一組移植到Windows操作系統(tǒng)上的GNU工具集組成。這些工具包括：bash腳本語言環(huán)境、GCC、GDB、vi、ncFto、wGet、OpenSSH、CVS／RCS、TeX／LaTeX、bc、GNUpg。除此之外，Cygwin還提供了大量的Unix系統(tǒng)調(diào)用，使得開發(fā)者在不需要徹底修改源代碼的情況下，可將一些重要的Unix應(yīng)用程序移植到Win32環(huán)境。因此，有很多的IT公司都在使用Cygwin作為前期開發(fā)工具。

Cygwin可以在Windows 95以后的所有Windows平臺上運行，它使得在沒有Linux的情況下，也可以使用Shell命令行環(huán)境。本質(zhì)上說，Cygwin是W'mdows平臺下的一款應(yīng)用軟件，所以不必?fù)?dān)心安裝Cygwin會破壞Windows，W'mdows環(huán)境的系統(tǒng)保護(hù)也不會有影響，因此機(jī)房的維護(hù)工作量沒有任何增加。

與虛擬機(jī)不同，Cygwin啟動迅速，其目錄結(jié)構(gòu)也與類Unix系統(tǒng)幾乎完全一致，提供的API盡量與Linux保持一致，所以其使用體驗就感覺是在Linux上工作一樣。

Cygwin軟件的安裝方式主要有兩種：一種是從Intemet上安裝；另一種是先下載安裝包，之后從本地硬盤上安裝。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)情況不穩(wěn)定時，建議使用后一種方式安裝。安裝完成后，在桌面會生成一個批處理文件：cygwin.bat，運行它即可啟動一個bash進(jìn)程，在該命令行窗口下，可以直接運行一系列的Unix／Linux命令。

4客戶端其他工具的配置

在Windows環(huán)境下，學(xué)生機(jī)可以通過command中的telnet命令登錄Linux主服務(wù)器。在這方面，功能更強(qiáng)也更常用的是SecureCRT，它是一個終端仿真程序，常用于連接遠(yuǎn)程的Unix或VMS主機(jī)。除了支持telnet協(xié)議外，還支持SSH、Rlogin、Serial等其他協(xié)議。SeeureCRT提供了豐富的終端功能，可以進(jìn)行顏色設(shè)置、屏幕緩沖設(shè)置、屏幕尺寸設(shè)置，用戶還可以進(jìn)行會話管理和自定義鍵位圖，支持命令的拷貝／粘貼，最主要的是SeeureCRT還能保存連接信息(主機(jī)IP、端口號)或書寫腳本(VBScript、JScript)用于自動登錄、自動執(zhí)行命令。

在學(xué)生機(jī)和主服務(wù)器之間會要傳遞文件，telnet和SeeureCRT都提供了上傳／下載的命令，另一個選擇是使用專門的FTP工具。CuteFTP是一款商業(yè)級的FTP客戶端程序，可上傳／T載整個目錄，自動維護(hù)鏈接，支持?jǐn)帱c續(xù)傳，還提供了目錄同步、自動排程、同時多站點管理、多協(xié)議支持等功能，而且是多線程傳輸文件，速度更快，占用服務(wù)器資源更少。

Linux的配置文件較多，配置文件管理和Shell編程是實驗課的重要內(nèi)容。一般可以使用vi等命令來查看、處理配置文件和Shell腳本，更好的選擇是使用專業(yè)的文本編輯器，例如UltraEdit，它可以打開Cygwin環(huán)境下的所有文本文件，也可以利用UltraEdit的FTP功能，遠(yuǎn)程打開Linux主服務(wù)器上的文本文件，除此之外，UltraEdit還具有代碼折疊、語法加亮、拼寫檢查、支持大文件等眾多特色功能。

以上3款軟件在W'mdows平臺上的安裝和使用都非常簡單，但卻是IT公司研發(fā)人員常用的工具，能極大地提高工作效率，起到事半功倍的效果。

三應(yīng)用案例

Shell編程的上機(jī)課中，給出這樣一個習(xí)題讓學(xué)生練習(xí)：備份最后一天所有修改的文件。通過這個習(xí)題，來訓(xùn)練find、tar、gzip等命令的組合使用。

學(xué)生需要先在本機(jī)的Cygwin環(huán)境下用vi編寫Shell腳本：backupAllFiles.sh。如下為主要腳本代碼：

#!／bin]bash

backupFileName=baekup－“date+”％F

tar cvf－find－mtime－1－type f－print>

$backupFileName.tar

gzip $backupFileName.tar

echo ”Directory $PWD backed up in archive

exit 0

然后先在Cygwin環(huán)境下調(diào)試，運行無誤后，使用CmeFTP上傳backupAllFiles.sh文件到Linux主服務(wù)器。上傳時需提醒學(xué)生使用ASCII傳輸模式。計算機(jī)文件通常分為二進(jìn)制文件和ASCII文件(也稱純文本文件)。所以，F(xiàn)TP的傳輸有兩種方式：ASCII傳輸模式和二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸模式。如果選擇了錯誤的傳輸模式，會導(dǎo)致文件不可用。這是一個重要的知識點。

上傳成功后，讓學(xué)生使用SecureCRT登錄到主服務(wù)器進(jìn)行調(diào)試和運行。在調(diào)試過程中，如果需要修改腳本，建議學(xué)生使用UltraEdit的FTP功能遠(yuǎn)程打開腳本文件。這時UltraEdit會詢問是否需要將文本文件轉(zhuǎn)換為Dos格式，提醒學(xué)生選擇“否”。Unix下的文本文件和Windows下的文本文件行尾的回車符不一樣。Unix格式用一個OxOa字符表示：Windows／Dos格式用0xodoa雙字符表示。如果字符錯誤，會導(dǎo)致腳本無法執(zhí)行。這也是一個重要的知識點。

在一節(jié)課的時間里，通過這個練習(xí)不僅訓(xùn)練了多個常用命令和Shell編程，還使用了Cygwin、CuteFTP、SecureCRT、UltraEdit等工具，同時還講解了幾個知識點，這些知識點的混淆都會在工作中導(dǎo)致錯誤，需要加強(qiáng)練習(xí)以避免。

四結(jié)束語

該實驗教學(xué)環(huán)境以SUSE Linux主服務(wù)器為中心，通過在

Windows平臺下安裝Cygwin、SecureCRT等軟件實現(xiàn)，保持眾多學(xué)生機(jī)的原有狀況不變，沒有給實驗室的維護(hù)增加其他負(fù)擔(dān)。而且學(xué)生上機(jī)時先使用本機(jī)實驗，登錄主服務(wù)器操作時也不是每時每刻都在使用主服務(wù)器(例如Ultra)Edit的FTP打開文件修改)，所以對主服務(wù)器的硬件要求并不高，不需要使用小型機(jī)或購置新設(shè)備，節(jié)省了實驗室資金。在實驗過程中教師也發(fā)現(xiàn)，由于Cygwin、SecureCRT等工具是Windows下的應(yīng)用軟件，學(xué)生對Windows非常熟悉，也間接解除了學(xué)生對新系統(tǒng)的畏懼心理，得到了非常好的授課效果。

該實驗教學(xué)環(huán)境已實際運行在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中，每次實驗課有近80名學(xué)生同時上機(jī)，經(jīng)實踐證明運行穩(wěn)定、維護(hù)方便，可供大家在建設(shè)Linux實驗室時參考與借鑒。

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編輯：小禾