利用無盤技術構建多媒體教學系統

王志獻 王關祥 侯文紅 鄭玉清

山東農業大學 山東泰安 271018

利用無盤技術構建多媒體教學系統

王志獻 王關祥 侯文紅 鄭玉清

山東農業大學 山東泰安 271018

介紹了利用無盤技術構建的多媒體教學系統。該系統克服了傳統多媒體教室的弊端，具有管理高效、易于使用、安全性高、成本較低等優點。

無盤技術；多媒體教學；構建

1 多媒體教學現狀與優劣勢分析

自20世紀90年代起，隨著計算機技術的迅速發展和普及，以多媒體計算機為基礎的多媒體課件，逐步取代了幻燈、投影、錄像等傳統的多種教學媒體。目前在各級學校，多媒體教學得到了廣泛的普及和應用，教師從開始的不認同、不接受，到現在已經離不開多媒體系統，所以多媒體教學系統的正常運行，是學校教學活動正常開展的根本保證。

但目前的多媒體教學系統是由一間間獨立的多媒體教室組成的。而多媒體教室一般是配備一臺計算機、一個中控柜、一個液晶投影機和幕布，每個教室都是獨立的系統。優點是一個教室出現問題不會影響其他教室，對網絡的依賴程度較小，只要能正常開機運行就能保證教學的正常開展。

但是，這種系統也存在一些致命的缺點。

首先，不便于進行管理和維護。由于每臺計算機都是獨立的，要進行系統維護升級，軟件安裝、更新等需要管理人員逐一進行，需要花費大量的時間和精力，在目前管理人員尤其是技術人員比較匱乏的情況下，這個問題非常突出。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軟件，這便不利于教師臨時調整授課教室。

其次，多媒體教室計算機系統的安全性比較差。由于多媒體教室每天都有不同的教師使用，教師授課都會自帶U盤和移動硬盤等設備，一旦有計算機病毒就會造成病毒在整個多媒體教學系統和教師的個人計算機的廣泛傳播，從而造成多媒體教學系統運行緩慢、死機等現象，甚至造成系統崩潰，影響教學活動的正常進行。

再次，可靠性和經濟性比較差。每臺計算機配置一塊硬盤，不光需要大量的經費，而且也會造成資源浪費，同時還會增加系統的耗電量。硬盤是一種高精密的機電一體化設備，故障率很高，一旦硬盤出現故障就會影響計算機系統的運行，從而影響教學。

無盤系統是一種利用計算機技術、高速網絡技術和軟件技術，由無盤工作站組成的局域網系統。相對于普通的計算機，無盤工作站可以在沒有硬盤的情況下，通過網絡啟動技術，從服務器讀取并啟動操作系統。相對于有盤系統，無盤系統有很多優點，現將無盤工作站技術的優勢列舉如下。

第一，方便維護和管理、提高了工作效率。由于無盤系統是一種基于網絡系統的技術，它將所有的多媒體教室的計算機通過高速網絡連接在一起，管理人員通過網絡就可以查看每臺客戶端的運行狀況，實時地解決客戶端遇到的問題，而且方便多媒體教室客戶端系統及軟件的更新升級。由于無盤客戶端的系統是從網絡服務器上啟動的，真正的操作系統存在于網絡服務器上，如果需要更新操作系統只需要更新服務器上的操作系統即可實現全部客戶端操作系統的更新，包括軟件的安裝和更新，同樣只需要在服務器上安裝或更新軟件即可，同時解決了教師不能在任意教室安排教學內容的弊端，因為所有教室的系統環境都是一樣的，有任何特殊需要只要在服務器端進行必要的設置即可。不僅極大地減輕了管理員的工作量，還節省了大量的人力、物力和寶貴的時間，從而提高了工作效率。

第二，能保證多媒體教室客戶端系統的安全和穩定運行，提高了可靠性和安全性。無盤工作站技術的真實操作系統是存在服務器上的，無盤網絡所有的數據交互均屬于一個內部網絡，而且所有的數據交互均需要經過服務器。這樣只需要為服務器安裝合適的殺毒軟件就可時刻監控網絡的運行，不僅能保證內網的安全，也能拒絕外網的不安全信息。客戶端運行的系統只是真實系統的一 個影像文件，而且客戶端系統的改變不會影響服務器端系統， 所以客戶端系統受到的病毒威脅等其他一些不利因素不會影響到真實的操作系統，客戶端只需要重新啟動操作系統即可解決遇到的問題。

第三，能顯著提高客戶端操作系統的運行速度。通過對無盤網絡的操作系統進行優化部署，客戶端系統不需要安裝殺毒軟件，從而節省了大量寶貴的內存資源，在保證穩定性的同時大大提高了系統的運行速度。

第四，利于教學資源的共享和實時訪問。使用先進的無盤工作站技術，只需要將校園網的教學資源共享服務器接入無盤網絡，即可完美實現任意客戶端對教學資源的即時共享和實時訪問。而且網絡的運行高效、穩定、安全，能輕松地滿足日常的教學資源的共享和訪問，不會對服務器造成安全威脅。

第五，節約資金，降低多媒體教室客戶端計算機維護的成本。無盤網絡技術使得多媒體教室的計算機省去一塊硬盤的成本，同時無盤系統對計算機硬件的高效利用，可以降低計算機硬件的要求，這樣能有效降低多媒體教室構建的成本。

2 無盤系統的工作原理

無盤工作站的網卡配有啟動芯片(Boot ROM)，當工作站以LAN方式啟動時 , 它會向服務器發出啟動請求信號，服務器收到后，根據不同的機制，向工作站發送啟動數據，工作站下載完啟動數據后，系統控制權由Boot ROM轉到內存中的某些特定區域，并引導操作系統。根據不同的啟動機制，目前比較常用無盤工作站可分為RPL，PXE及虛擬硬盤等啟動類型。目前國內外主流的無盤系統均為基于PXE的虛擬硬盤模式。

無盤系統一般由服務器、工作站和網絡系統等組成。

服務器是整個系統的核心，存放工作啟動用的系統鏡像，承擔工作站生成數據的回寫任務。

服務器的配置要求很高，計算能力很強，具有很大的內存和海量的硬盤，在客戶端比較多的情況下，可以配置多臺服務器，以提高響應速度，同時互為備份，提高系統的可靠性和安全性。在資金允許的情況下，應購買專業的服務器，采用比較高端的CPU，甚至雙路CPU，內存推薦64 G至128 G。服務器系統盤可以采用一塊固態硬盤，客戶端系統鏡像采用3塊2 TB機械硬盤組成磁盤陣列，回寫盤采用3塊固態硬盤組成磁盤陣列，以大大提高回寫速度。客戶端比較多的情況下可以配置多塊網卡，提高數據吞吐量。服務器一般安裝專業服務器操作系統，建議安裝Windows server2008或更高。

在有多臺服務器的情況下，主控服務器用來控制隊列排序、列表集中管理、統一分配客戶端地址、統一分配承載機量，服務器間的鏡像自動同步，其中一臺更新過鏡像之后，向其他服務器發出通知，其他服務器自動與之對比，確保多服務器之間的數據是統一的。回寫緩存數據除了支持本地回寫外， 超出寫向服務器回寫盤中的數據，也會與多機之間相互同步， 即確保存在與服務端的 Cache 數據也是多服統一的。當某臺服務器宕機后，原服務器所承載的所有機器，會被平均分配到其他幾臺(而不是一臺)服務器上，工作站無須重新啟動。當服務器修好以后，再次處于正常運行中，其原先所帶的工作站，可以自動全部回到它的隊列中，不需人工干涉。

工作站也就是普通的計算機，不需要配備硬盤，需要安裝支持網絡啟動的網卡。現在的計算機主板集成的網卡一般都支持網絡啟動。

交換機是整個網絡系統的核心，需要高性能的交換機，為了使整個系統高效穩定，整個系統以千兆網絡互聯。當然在客戶機較多，建設資金比較充裕的情況下也可以采用萬兆網絡，但是性價比較低，一般不推薦。無盤網絡一般采用星形網絡拓撲，兩層結構，不僅減少了網絡設備的使用，節約了成本，而且能有效提高網絡運行的速度和穩定性。在核心層通過校園網接入互聯網，實現網絡資源的共享，同時接入啟動服務器。具體服務器的數量可根據網絡中客戶端的數量決定，一般一臺性能不錯的服務器能帶起100臺左右的客戶端。服務器到三層交換設計實現4 Gbps網絡，采用六類雙絞線四線聚合作為傳輸介質，價格便宜，性能穩定，且能滿足網絡需求。三層交換到二層交換設計使用2 Gbps連接，使用多模光纖雙線聚合作為傳輸介質，穩定性好，傳輸距離長，抗干擾能力強，而且傳輸速率大。二層交換到客戶端實現千兆網絡傳輸速率，理論數據傳輸速率125 MB/s，在不影響網絡性能的前提下，節約了組網成本，提高了網絡穩定性。

3 無盤系統的安裝與調試

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

3.1 服務器的安裝

首先為服務器安裝好操作系統，建議安裝Windows server2008服務器操作系統，安裝好相應的硬件驅動程序，最后安裝無盤系統的服務端程序。

啟動銳起無盤主服務管理程序，首先點磁盤管理，點擊新增(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位置，點擊確定。

圖1

然后，如圖2所示，就會出現創建磁盤鏡像文件的進度。

圖2

手動添加客戶端，點擊新增按鈕(如圖3所示)，輸入工作站名稱，系統默認是WKS001，客戶端的MAC地址，IP地址和子網掩碼，工作站目錄是存放客戶端回寫數據的地方，可以根據需要設定，然后點擊應用。

圖3

3.2 客戶端的安裝

在這里，客戶端也就是我們在多媒體教室使用的計算機，在無盤網絡搭建完成之前我們需要先在客戶機上安裝一個的操作系統。根據客戶端計算機配置，可以選擇不同的操作系統，一般選用Windows XP，體積小，功能滿足一般使用，運行速度快，特別適合無盤系統。系統和驅動安裝好后，安裝銳起客戶端程序，設置客戶端計算機的名稱為WKS001，工作組和服務器端一樣，默認都是WORKGROUP。設置IP地址為在服務器設置的一樣，刪除網絡設置里的qos數據包計劃程序，然后關閉客戶端計算機。在銳起主服務程序里，將這臺客戶端權限設為超級，然后再次啟動客戶端計算機。啟動完成后，在磁盤管理里就會出現一個新的硬盤，這就是服務器端的虛擬磁盤，將磁盤設定為基本磁盤，如圖4、圖5所示，按照需要進行分區和格式化。

圖4

圖5

最后，啟動銳起客戶端程序里配置系統(如圖6所示)，填寫服務器的IP地址。

圖 6

然后再啟動銳起客戶端程序組里的上傳系統(如圖7所示)，系統會自動判斷上傳的源盤和目標盤。

圖7

上傳完成后，關閉客戶端，拔下硬盤，在服務器端將客戶端計算機權限設為普通。啟動客戶端計算機，在BIOS里設為網卡啟動。客戶端計算機就通過網絡，從服務器磁盤鏡像里讀取系統啟動了，這就完成了無盤啟動的準備工作。其他同配置的計算機只需要設置從網卡啟動就可以了。

4 結束語

無盤系統雖然技術成熟、簡單，但仍需要對系統進行科學的規劃，優化服務器的配置，提高磁盤陣列的讀寫速度，再配合高速的網絡系統，才能充分發揮無盤系統的優勢，為學校的教學發揮巨大的作用。

[1] 馬建濤,吳燕,劉永偉.淺談無盤網絡[J].科技文匯,2007(3):196.

[2] 陳奇,熊丹,謝富華.無盤網絡系統的介紹和應用[J].防災科技學院學報2007(12):102-104.

[3] 張昆.無盤工作站機器應用研究[J].計算機光盤軟件與應用,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，本科，高級工程師。王關祥，本科，工程師。侯文紅，本科，工程師。鄭玉清，本科，工程師。