基于云存儲的多媒體教室管理系統設計與實現

【摘要】高校多媒體教室在使用和管理上存在使用不便、維護困難、數據存儲冗余等問題。為解決上述問題，將云存儲運用到高校教學資源的整合中，設計了高校多媒體教室虛擬化管理云平臺。該平臺具有多媒體教室初期建設投入少、簡化管理任務、實現資源利用的極大化和易于資源訪問等諸多優點。教師在任何有網絡的地方都可以訪問自己的私有空間，最大限制地避免了病毒的傳播。實驗和分析表明了該平臺的可行性和有效性。

【關鍵詞】云存儲;云平臺;虛擬化;校園網;多媒體教室

1.引言

目前，在高校以計算機技術為核心的輔助教學已得到廣泛使用。在高校多媒體教室控制中，目前一般采用兩種模式：單機控制和網絡集中控制[1]。但是，由于教室計算機大多采用胖客戶機模式，這樣就會帶來使用和管理方面上的數據冗雜、維護困難和使用不便等問題。

在多媒體教室授課的老師需要在教室計算機上存儲數據，安裝所需軟件，而且老師每換一次教室，都得重復進行數據的存儲和相應軟件的安裝。最終可能使得許多教室的計算機都有同一位老師的重復數據和軟件，而針對全校每一位老師使用到的任何一專業軟件及通用軟件，都要在每一臺教師機上安裝，以防止課表調整后又要重新裝軟件。教師上課要隨身攜帶U盤、光盤等存儲設備，并需計算機保證對其應用的軟硬件全面支持。同時，為了加強系統防護，都采用了硬盤保護卡，這就要求針對某一批次的同型號配置的計算機，先制作樣機，再通過硬盤對拷或網絡發包進行復制，這會造成大量的數據冗余，一旦遇到某計算機中病毒或系統被破壞，就必須重新恢復或硬盤對拷，不僅會影響教學，還會給技術人員增加大量的維護工作[2-3]。

2.云存儲及結構模型

2.1 云存儲概念

隨著云計算的飛速發展，云存儲的概念就應運而生了，其是在云計算基礎上進行的一個延伸[5]。云存儲是一個虛擬化的技術，其依賴于網絡而存在，客戶可以通過網絡將自己的資源上傳至云里并保存，同時只要有網絡的存在，用戶就可以對其進行訪問。云存儲將服務器、存儲設備如U盤等視為一個數據源，并支持多種工作模式，可以根據需求自動合理地分配資源[4]。首先，云存儲將龐大的數據進行拆分細化，然后將細化后的小數據模塊交給計算機集群系統，由該系統對小數據模塊進行分布式存儲。云存儲的核心是實現存儲設備和應用軟件的完美結合，從而實現對存儲設備的自由訪問。

2.2 結構模型

云存儲是一個相對復雜的系統，其組成部分包括網絡設備、存儲設備、服務器、應用軟件、公用訪問接口、接入網和客戶端程序等。其中，存儲設備在系統中的每一個部分都扮演著重要的角色，存儲設備中的數據和業務訪問都是通過一應用軟件來實現的。系統的結構是由訪問層、應用接口層、基礎管理層和存儲層組成，其自上而下進行排列。

3.云多媒體教室虛擬化管理平臺設計

3.1 平臺設計思想

云多媒體教室虛擬化管理平臺是應用云存儲和虛擬盤存儲技術[10]，主要解決操作系統的啟動和終端用戶數據的存儲問題，具有便于維護管理和低成本的優勢。基于該平臺，老師可以在自己課程的需求下，存儲數據信息和安裝相關軟件，解決了在每個教室都重復安裝軟件的問題。更不需要每次上課都帶U盤來拷貝課件，通過云存儲系統提供的服務，教師不用考慮自己在哪個校區，哪間教室上課，他們可以通過網絡訪問到自己的資源和教學環境。因此，解決了因為軟件安裝出現錯誤或病毒感染而耽誤授課的問題。終端的操作系統通過PXE服務啟動，本地可以有盤，也可無盤，本地操作系統采用軟還原模式啟動，解決了因用戶操作的數據而影響系統運行的問題。在該平臺上，在工作站上操作一次，所有客戶機都可使用，無論是安裝系統還是軟件。維護人員可根據教學需求，隨時進行軟件安裝或更新，大大方便了系統與應用軟件的維護。

3.2 關鍵技術

平臺軟件結構設計如圖3所示。管理服務器業務邏輯是整個系統的核心，PXE啟動引導和數據回寫服務是系統的兩個引擎。

1）PXE啟動引導

PXE啟動引導部分主要用于客戶機加電啟動時，網卡初始化完成后，通過網絡從服務器端下載操作系統并啟動。PXE啟動服務模塊負責客戶端的開機引導，主要由客戶機加電、初始化網卡后與服務器端的DHCP服務和TFTP服務組成。服務器的DHCP服務主要負責工作站IP地址的分配、回收等管理操作，并向客戶端提供相關信息。TFTP服務可以向工作站發送一個文件，用于引導工作站的開機操作，然后通過網絡下載操作系統并啟動的過程。

2）數據回寫服務

終端運行所需要的數據全部存儲在服務器端，通過網絡采用TCP/IP協議來獲得。針對木地有盤或無盤，數據實時回寫在本地或服務器。在軟件設計上采用靠近硬件的思路，一般來說本地存儲比網絡存儲效率更高。在本地存儲中設計了不回寫、實時回寫和事后回寫等三種數據回寫服務器的策略。

3）集中管理平臺

在集中管理平臺上用戶可以進行系統啟動基木參數的設置，獲取客戶機在線狀態和網絡實時流量，執行針對客戶機的遠程重啟、遠程關機、遠程運行等操作，也可以對操作系統鏡像進行有效管理。

界面上通過不同顏色反映了數據服務器啟動、跨網段及超級工作站等狀況。

a.多系統啟動

云存儲平臺優先設置為網絡虛擬啟動，只有當網絡出現故障時，為了保證系統的正常運行，系統可以切換為從本地硬盤啟動，避免了教學事故的發生。網絡啟動支持Windows XP，Windows2003及Win7等。這里要求教室機BIOS設置支持遠程喚醒功能，且CMOS中設置為網絡啟動優先選項。

b.數據服務器設置

數據服務器及工作站軟件安裝之前，要將本機的QS協議刪除、防火墻等關閉，以防止過濾掉DHCP包導致操作出錯。客戶端與服務器如果不在同一個VLAN，要在交換機上做DHCP中繼。對要使用的數據服務器，在服務器基木參數選項卡中設置默認的工作目錄。其中映像文件目錄和還原文件主要是讀的操作，一般放同一磁盤分區下，臨時文件主要是寫的操作，該目錄放另一分區。隨后在磁盤管理選項卡中，添加一個5-15G大小的無盤啟動盤。

c.鏡像文件上傳

數據服務器建立完成后，要對工作站參數進行設置，工作站無盤第一次啟動時都會按這個工作站默認參數啟動。使用一臺服務器上設定IP段中的一臺工作站，有盤啟動此工作站把FLCLIENT文件包拷貝到硬盤，執行后安裝相應服務文件，配置啟動配置網卡型號，關閉計算機。在服務器端，設置這臺工作站的默認設置中IO服務器為當前數據服務器的具體IP地址，然后設置這臺工作站為超級工作站。此時有盤啟動這臺超級工作站，執行FLCLIENT客戶端程序，選擇系統上傳，上傳完畢后關閉此工作相應的SERVER端關閉此工作站的超站功能。然后所有的工作站選擇網絡啟動，就可以實現無盤啟動了。如果以后要安裝程序，重復此過程，在其上進行所需軟件的安裝后，再上傳系統鏡像，所有工作站再次啟動的就會是新安裝程序文件后的鏡像。

d.穿透還原技術

云存儲平臺獲取管理員同步命令的時候，會自動將虛擬系統與本地系統的差異數據穿透進入本地硬盤系統里。所謂穿透，通俗地說就是用無盤系統更新有盤系統。

e.服務端多機熱備

云虛擬化管理平臺具有多服務器熱備功能。在此，服務器可以是云中的任何一個節點，通過云存儲，可以把學校所有多媒體教室納入到云多媒體教室虛擬化管理平臺中。多服務器熱備是結合多臺I/O服務器來使用的，當一臺I/O服務器停機后，客戶機會自動切換I/O服務器以實現熱備，從而避免了當一臺I/O服務器出現故障時，影響到整個I/O的服務。

3.3 性能分析

該平臺與原有多媒體教室集中控制系統可以實現無縫集成。在原來多媒體集控中，一般是總控機發出指令，講臺電控鎖開啟，講臺內中控機依次給計算機、投影機、電動幕、無線功放供電，這些設備相繼開啟[11-12]。和該平臺集成后，計算機啟動后自動從無盤啟動，通過網絡訪問云服務器，讀取鏡像文件，從而啟動系統。由于總控機發送指令通過的是專門網線，與計算機本身不是同一根網線，因此二者不存在沖突和爭用帶寬問題。

4.結論

目前，云平臺已在多所高校得以應用。平臺運行效率高，客戶機不需逐臺單獨維護，通過服務器統一設置即可。有盤、無盤兼容，用戶隨時可通過帳號訪問到云存儲中的私有文件，系統不必安裝殺毒軟件，應用軟還原技術分別對有盤的PC進行有效病毒防護。對安全性來說，是主動安全防御、事前防御，不用安裝硬還原卡，基木的操作系統文件被安全保護，不會因為客戶端的操作而修改。本地系統可全新還原，實現徹底防護，不影響機器的運行效率，程序應用一段時間后始終保持流暢。整個系統保存于云服務中，方便管理，安全性高，具有個人網絡磁盤，數據加密保存，更安全。

在高校教學資源中引入云存儲的概念具有一定的創新性，同時也必將成為一種趨勢。云存儲可以實現資源的合理分配與自由訪問，存儲成本也較低，在未來高校資源建設中也必將扮演著越來越重要的作用。

參考文獻

[1]徐笑宇，黃磊.虛擬化技術在高校信息化建設中的探討[J].北京師范大學學報（自然科學版），2011，34（4）：818-822.

[2]宋雨，易璐，王鳳霞.基于云存儲的重復數據刪除架構的研究與設計[J].計算機應用，2013，22（1）：208-211.

[3]Murtazaev，Aziz;Sangyoon Oh.Sercon：Server Consolidation Al gorithm using Live Migration of Virtual Machines for Green Co-mputing[J].IETE Technical Review，2011，28（3）：212-231.

[4]江迎春.VMware和Xen虛擬網絡性能比較[J].軟件導刊，2009，8（5）：133-134.

基金項目：四川省教育廳2014年度一般項目（項目編號：14ZB0315）。

作者簡介： 吳曉燕（1981—），女，四川達州人，碩士，講師，主要研究方向：計算機網絡技術。