生物信息學教學機房的管理與維護

摘要：生物信息學教學機房相比高校圖書館機房的計算機配置要求更高，安裝軟件更具有專業性且種類繁多，有效地維護和管理機房，為生物信息學教學提供一個和諧安全的環境對提高教學質量非常重要。本文主要從生物信息學教學機房管理和維護出發，在實踐的基礎上介紹健全機房管理制度的必要性，結合生物信息學教學具體應用，介紹了雙操作系統和專業應用軟件選擇和分區以及快速安裝軟件技巧，總結了計算機系統數據維護的快速有效維護方法和常見的計算機故障恢復方法，最后指出機房環境的保養工作的必要性和方法。

關鍵詞：生物信息學；教學機房；管理；維護

中圖分類號：G647 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0010-03

生物信息學是生命科學領域的一門新興的具有活力的交叉前沿學科，它以互聯網為媒介，蛋白質和核酸數據庫為載體，綜合利用高等數學、生物統計學相關知識，建立各種計算分子生物模型，以計算機為工具，進行生物信息學分析來理解海量分子數據中的生物學意義。生物信息學專業實踐課程教學依托于計算機機房，學生利用計算機進行動手操作生物信息學軟件和搜索數據庫等獲取實驗數據。生物信息學教學機房與圖書館的多媒體機房相比，所需的計算機硬件設備要求配置較高，安裝軟件更具有專業性且種類繁多，需滿足生物信息學教學的要求，因此教學機房的管理和維護工作是生物信息學教學的重要環節，特別是教學機房的服務對象為本科生，他們好奇心和動手能力強，但破壞性也強，如注冊表被改動、系統軟件或生物信息學軟件遭刪除，或非法安裝聊天、游戲、股票軟件等諸多問題將會嚴重影響課堂的教學效果。怎樣才能做好生物信息學教學機房管理和維護，為教學提供一個和諧安全的環境，對提高課堂教學效果，減輕任課教師的工作強度，都有著十分重要的意義。

一、機房使用管理規章制度制定的必要性

能否做好機房管理和維護直接關系到計算機的使用壽命和機房運行費用，甚至會影響到教學效果。制定一套合理規范的教學機房管理與使用規章制度，營造一個良好的實驗操作環境，明確教學機房教輔人員、任課教師、學生的職責是生物信息學教學機房管理的一項重要內容。為確保生物信息學教學機房的日常正常運行，教輔人員不僅要會維護計算機等多媒體教學設備，還要會安裝生物信息學軟件和工具，要有很強的責任心和技術能力來面對每天的機房管理維護工作。計算機故障是多種多樣的，教輔人員要不斷地提高自身技術水平，發生故障時要能夠做到及時排除，確保及時地為下一節課提供服務。硬件安全上要做好防止計算機病毒的工作，注意定期查殺病毒，軟件使用上要及時更新生物信息學應用軟件的最新版本。因此機房教輔人員不僅要經常關注計算機科技的更新，還要關注各種生物信息學軟件、算法和數據庫的更新，并要在實驗平臺進行測試，保障軟件的穩定性并確定軟件更新后所需的計算機資源等，以保障生物信息學教學的正常進行。任課教師應正確使用生物信息學機房設備和監督學生正確使用計算機設備。機房的軟硬件保護得再好，也會有百密一疏的地方，如有學生惡意操作導致系統崩潰或器件受損將會嚴重影響教學。因此在生物信息學機房教學實踐的基礎上我們制定了《生物信息學教學機房管理制度》，進一步明確教輔人員、任課教師和學生的責任。對學生上機更應該嚴加管理，我們還制定了《學生上機守則》，規定相應的處罰條例，如嚴禁學生不經教師允許帶個人軟件上機或是擅自插拔電腦部件等等。

二、雙操作系統和生物信息學軟件的選擇和設置

1.計算機雙操作系統的設置。根據生物信息學專業課程教學的不同需求，計算機需要安裝Windows和Linux兩套操作系統。我們機房每臺電腦的硬盤為500G，分為3個區，100G為Windows系統區，100G為Linux系統區，300G為學生數據盤。由于生物信息學實驗課經常用計算機跑運算程序或搜索大量的數據庫，而Windows7的操作系統本身的CPU資源消耗比較大[1]，我們統一安裝為WindowsXP系統。Linux系統采用開源免費、桌面環境優越的Ubuntu系統[2]。在系統程序盤除了安裝計算機的操作系統，還安裝了聚生網管軟件、多媒體教學管理軟件LanStar和生物信息學計算軟件和工具。系統程序盤設置為只讀盤；數據盤用來存儲教學中做各類實驗的數據，設置為可讀可寫模式。這樣的劃分方式和設置模式可以最大限度地對系統應用程序進行保護，也便于一旦計算機系統崩潰時利用網絡克隆技術進行還原系統而不必擔心覆蓋學生的實驗數據。

2.生物信息學專業軟件的選擇。生物信息學教學機房平日主要承擔《生物信息學算法與實踐》、《程序設計》、《計算機藥物與蛋白質輔助設計》等近20門生物信息學專業理論和實踐課。為了讓生物信息學機房發揮最大作用，必須正確選擇實用的系統軟件降低系統消費資源，然后根據課程需要選擇生物信息學專業應用軟件。系統軟件的安裝包含數據保護功能軟件如殺毒軟件卡巴斯基和常用辦公學習工具如微軟的Office2007系統、Adobe閱讀軟件等，還安裝了Photoshop、Isisdraw等圖像和圖形處理軟件。生物信息學應用分析軟件的安裝我們分為三類，一類為開源免費軟件，如Python、R、BioPerl等，一類為生物信息學商業軟件，如藥物設計軟件MOE、軟件Matlab和中藥化學數據庫TCMdb等，第三類是本校生物信息學科研課題組自主研發的軟件，如MACS[3]。另外還必須安裝配置好Window和Ubuntu擴展平臺操作分析工具Crywin，利用Cygwin對常用的生物信息學數據分析軟件如Sim4、Phred、EMBOSS、和ClustalW等進行重新編譯計算[4]。

三、計算機系統和應用軟件的快速安裝

目前生物信息學本科生實驗課使用的專業軟件多達30多種，而且像python、R等軟件和數據庫經常更新版本，特色數據庫的數據量爆炸式增長[5]，生物信息學軟件維護的任務量也非常大。利用快速有效的安裝軟件不但可以大大減少教輔人員的重復勞動的工作量，還可以及時保障教學課程軟件的應用。

1.利用網絡克隆技術快速批量安裝。網絡克隆技術是通過網絡將一個磁盤的數據復制到另外的計算機的磁盤上，可以選擇安裝的分區、軟件等。教學機房的電腦的系統和軟件配置相似，采用數據保護卡中的網絡對拷功能來安裝新電腦和快速恢復故障計算機系統是非常有效的。利用網絡對拷功能的前提是機房所有機器性能參數一致，以一臺安裝好操作系統和應用軟件的計算機作為母機，通過局域網向其他各臺子機拷貝進行批量安裝。如果采購的計算機批次不同，就必須按照批次選擇不同的母機進行分別批量安裝。比如我們生物信息學機房采購機器的4種不同批次，安裝和更新軟件時就先選擇4臺不同批次的計算機作為母機裝好，然后分4批次來進行網絡對拷安裝，安裝好之后還需要進入管理員賬號進行機器的重命名防止網絡重名造成使用不便。如果不同批次的機器統一上傳，計算機的驅動軟件不一致會導致計算機批量故障，從而造成更大的工作量來修復計算機。

2.采用硬盤對拷安裝。利用硬盤對拷技術是機房教輔人員常用的快速有效安裝和恢復系統和軟件的方法之一，必須要先拆卸一臺安裝好的硬盤接在需要安裝和恢復的計算機上，設置好雙硬盤的數據進行安裝。在進行硬盤對拷時很容易犯的錯誤是搞不清楚哪個盤是源盤，哪個盤是目標盤，特別是兩個盤大小分區等情況都一樣時，就更不好區分了。我們常用的辦法是將源盤設置成主盤并掛接在ide0上，將目標盤掛接在ide1口上，然后進入bios設置，將系統項的第一項設置成ide0啟動，或者C盤啟動。這樣進入克隆之后，第一個盤為源盤，第二個為目標盤，這樣就區分開了。

四、計算機系統和應用軟件的維護方法

1.利用硬盤保護卡保護系統維護。采用硬盤保護卡來維護計算機機房普遍為高校計算機機房采用[6]，生物信息學教學機房采購了聯想的品牌機，廠商也為計算機配置了硬盤保護卡。即使部分采購計算機沒有配置保護卡，也可以再安裝外置保護卡，確保保護的型號保持一致。安裝硬盤保護卡是為了保護計算機的操作系統和生物信息學專業應用軟件，硬盤保護卡的安裝和使用較為簡單，使用前將保護卡插入計算機主機板的PCI插槽上，開機只須將要保護的分區進行相應的設置，它能保護計算機的系統分區不遭人為和計算機病毒的破壞，并短時間內迅速恢復系統。通過硬盤保護卡機房教輔人員維護機器非常方便和省心。當學生的計算機系統發生問題時，只要重新啟動計算機，就能立刻恢復到原有的正常狀態。硬盤保護卡的使用大大減少了教學機房維護的工作量，是教學機房維護的得力工具，但硬盤保護卡安裝后也會導致新的問題[7]，比如機器開機后發出長鳴聲而顯示器沒有顯示，就是保護卡接觸不良造成的或者保護卡上有灰塵，需要將卡重新拔下擦拭干凈后再重新安裝一下才能解決問題。

2.利用Windows注冊表系統維護。利用Windows注冊表進行計算機的安全管理也是維護教學機房的一個重要方法，特別是針對不安裝硬盤保護卡的教師專用計算機。除了一般的計算機管理如進行備份、恢復、設置注冊表禁用功能等可通過注冊表的設置來實現。在特殊維護系統安全上Windows注冊表可以實現實時監控木馬病毒[8]，還可以在不受Windows系統的限制和木馬等病毒的干擾下檢測到從機器的內核到軟件應用方面所有被隱藏和修改的注冊表信息及其隱藏位置[9]。單臺機器的windows注冊表的維護安全性高，操作容易，無須網絡暢通，由于教學機房的計算機數量多，可以在單臺故障或斷網的時候使用這個方法維護。

五、常見計算機故障的快速修復方法

生物信息學教學機房的教輔人員不僅要掌握計算機的系統數據的備份和恢復，還要對臨時出現的突發性故障進行診斷和排除。其實很多的故障并不是硬件上的損壞，更多的是軟件故障或使用不當造成的。下面總結了生物信息學教學機房的故障現象和排除方法。

1.黑屏故障。有的學生機在開機時顯示器出現黑屏，無法進行操作。故障原因可能有幾個，如果開機時聽到機箱內部傳出“長鳴聲”，可能是硬件保護卡接觸不良，如果是傳出“嘟—嘟”的聲音，可能是顯卡與主板的接口松了，解決方法是打開機箱把顯卡或者硬盤保護卡從主板插槽中拔出，再重新插入主板插槽里，注意要讓卡與主板插槽間的接口緊密結合[10]。

2.藍屏故障。有的學生機在開機時進入Windows系統后顯示器出現藍屏，計算機無法正常響應出現的屏幕返回信息。故障原因可能比較多，比如Windows因系統設置故障、軟件故障、計算機硬件故障、驅動程序故障、網絡故障等各種類型的故障產生了嚴重的錯誤，引起Windows無法繼續維持正常運行，Windows出于避免用戶數據丟失及損壞計算機的考慮，將自動停止運行并顯示“藍屏”錯誤信息。解決方法是可以進入安全模式進行檢測，如果安全通過則系統沒有問題。大部分原因是驅動程序和系統文件沖突造成的，將驅動軟件卸載后重裝就可以解決[11]。

3.網絡故障。有的學生上機后無法聯網，學生無法共享他人資源。造成的原因有以下幾種：網線的接頭松動或網卡與主板的接口不緊密，解決方法是插緊網線接口或把網卡重新拔插一次；計算機開機時顯示網絡重名導致網絡不暢，可能是通過網絡克隆系統沒有對被克隆的機器進行機器重命名的設置，可以進入管理員模式重新配置后重新啟動計算機解決。

六、機房環境的保養方法

生物信息學教學機房最重要的設備就是計算機，對計算機的精心保養無疑是教學環節中一項重要工作。首先保障教學機房處于干燥通風且防止陽光照射的環境，保障機房沒有灰塵污染。若計算機的主板上的插卡與主板的接觸處布滿灰塵，容易接觸不良導致黑屏故障，嚴重時開機燒壞板卡。若機箱電源內部布滿灰塵，開機時內部器件容易發生短路而燒毀電源。為保證教學機房不受灰塵損壞，一般需做到一個月清潔一次計算機的外殼、鍵盤等外部設備和桌面，一個學期清除一次機箱內部的灰塵。解決方法是用吹風機的冷風吹去積灰機箱內的灰塵，再用毛刷輕輕撣去吹不掉的積灰。其次要保障機房環境的溫度和濕度在合理的范圍內，如果溫度過高，機器長時間使用導致內部溫度更高從而導致內部器件運行不穩導致死機，同樣機房內的濕度過高或過低也會導致內部器件受潮而腐蝕，從而導致短路硬件受損計算機無法使用。因此機房內配有專用空調來保障機房的內溫度和濕度，并要注意及時通風散熱。

總之，生物信息學教學機房是伴隨著新興的生物信息學專業而建的專業教學實驗室，還需要我們在實踐中不斷地探索、思考，不斷地總結。只有這樣，生物信息學機房教輔人員才能在教學機房的管理與維護中不斷地提高能力，更好地為生物信息學教學服務。

參考文獻：

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作者簡介：劉艷，女，碩士，實驗員，助理工程師。

通訊作者：錢潔，女，博士，實驗教學中心副主任，高級工程師。