基于VMWARE虛擬機的動態磁盤實驗教學設計

楊金石

摘 要：針對當前高職院校《網絡操作系統》實驗教學的要求和特點，提出運用VMWARE虛擬機進行模擬仿真實驗教學設計，解決當前實驗室相關設備器材短缺的問題。介紹了動態磁盤的分類，重點論述了基于VMWARE的動態磁盤實驗教學設計過程。

關鍵詞：VMWARE；動態磁盤；實驗教學；教學設計

1 引言

在windows系列操作系統中，可以采用基本磁盤和動態磁盤兩種方式來使用磁盤，基本磁盤受26個英文字母的限制，磁盤分區數量非常有限，另外，在基本磁盤上只能建立4個主分區；作為磁盤使用的另一種方式，動態磁盤不受26個字母的限制，他的命名采用“卷”來實現。相比于基本磁盤，動態磁盤的優點主要體現在可以將磁盤容量擴展到非臨近的磁盤空間中，磁盤訪問速率能得到不同程度的提升，磁盤可以具有糾錯能力等。由于動態磁盤具有很大基本磁盤不具備的優點，在很多相對高端的應用中，都采用動態磁盤來取代原來的基本磁盤。

在高職計算機相關專業的《網絡操作系統》課中，對動態磁盤的管理維護是一個重點內容。傳統教學條件下，要實現對動態磁盤管理維護實驗必須要在具有磁盤陣列的計算機才能進行，如果要對不同動態磁盤效果進行驗證，還需要頻繁對磁盤陣列進行安裝和拆卸，這種方式不僅實驗效率不高，而且還很容易引起磁盤陣列故障；加之用于實驗的磁盤陣列數量不夠，管理維護經費不足等因素，學生實驗時間和設備器材均難以得到充分保障，一定程度上的影響了該部分實驗效果。

VMWARE是一款虛擬機軟件，該軟件能在windows環境下通過軟件方式虛擬出多個不同配置的計算機硬件平臺，用戶可以在模擬出的不同硬件平臺上安裝不同的操作系統以及其他軟件。VMWARE軟件虛擬出的計算機在操作使用上與真實的物理計算機并不存在太大差異，而且，用戶在虛擬機中的所有操作對于真實計算機來說只是對其中的一個文件數據的修改，而不會對真實計算機帶來任何損壞。利用該軟件的這一特點，可以在一臺配置較低的計算機中模擬出一臺符合教學實驗要求的高性能計算機來進行具體的實驗操作。

2 動態磁盤概述

動態磁盤是微軟公司從windows 2000操作系統起引入的一個概念，動態磁盤可以提供一些基本磁盤不具備的功能，例如創建可跨越多個磁盤的卷和創建具有容錯能力的卷等。所有動態磁盤上的卷都是動態卷。動態卷有五種類型：簡單卷、跨區卷、帶區卷、鏡像卷和RAID-5卷。

1、簡單卷

簡單卷是獨立的動態磁盤中的一個卷，與基本磁盤分區相似，但是簡單卷沒有空間和數量上的限制，而且可以對卷空間進行擴展。

2、跨區卷

跨區卷是包含多個磁盤上的空間的卷，向跨區卷中存儲數據的順序是存滿第一塊磁盤后在逐漸向后面磁盤進行存儲。跨區卷能夠有效利用資源，但不能提高磁盤訪問速率和性能。

3、帶區卷

帶區卷是包含多個磁盤上的空間的卷，向跨區卷中存儲數據時，數據被分割成64KB的數據塊，然后向陣列中的每一塊磁盤同時寫入不同的數據塊，這個過程可以顯著提高磁盤的效率和性能。該類型卷無法進行卷擴展。

4、鏡像卷

鏡像卷可以解釋為簡單卷的一個同步備份卷。需要兩塊磁盤，一塊磁盤用于存儲運行中的數據，另一塊磁盤用于存儲完全相同的副本。當一塊磁盤讀寫失敗時，另一塊磁盤可以立即啟用，從而避免了數據丟失。該類型卷提供了容錯性，但是磁盤資源利用率僅有50%。

5、RAID-5卷

RAID-5卷是指帶有奇偶校驗功能的帶區卷，該類型卷提供了容錯性。該類型卷至少需要3塊磁盤，當陣列中任何一塊磁盤讀寫失敗時，都可以由其他磁盤中的信息運算得出，使用該卷時，磁盤資源利用率為（n-1）/n（n為磁盤個數）。

3 基于VMWARE的動態磁盤實驗過程設計

在此針對上述5中動態卷進行實驗方案設計。重點對鏡像卷和RAID-5卷的配置以及特性演示進行討論。

1、創建虛擬機實驗環境

在VMWARE軟件中創建一臺虛擬機，選擇要安裝的操作系統為windows server 2003，設置虛擬計算機的內存為256M，硬盤空間為8G，再為虛擬機添加3個硬盤，空間均為3G，此時該虛擬計算機具有4個磁盤，能夠滿足動態磁盤所需的磁盤陣列配置需求。完成必要的硬件配置后，在虛擬機中安裝上windows server 2003操作系統，操作系統安裝完后，基本實驗環境就搭設完畢。

2、將基本磁盤升級為動態磁盤

安裝完成windows server 2003操作系統后，可使用操作系統磁盤管理工具中的升級向導將基本磁盤轉換為動態磁盤。升級后，磁盤上包含的將是卷，而不是磁盤分區。還可以為每個卷指定一個驅動器字母或者掛接點。磁盤升級前的基本磁盤分區將轉換為動態磁盤的一個簡單卷。

3、創建各種不同的動態磁盤

在磁盤升級為動態磁盤后，可以在操作系統的磁盤管理工具中通過向導來創建簡單卷、跨區卷、帶區卷、鏡像卷以及RAID-5卷。需要注意的是在創建不同卷時，相關參數必須符合給類型卷的特點要求，簡單卷的空間設置不能超過所在磁盤剩余空間的總和；跨區卷必須在2個以上的磁盤中創建，創建帶區卷、鏡像卷和RAID-5卷時，各個磁盤空間大小要保持一致。

4、動態磁盤特性演示驗證

不同的動態磁盤具有不同的技術特性，可以通過實驗對相關特性進行演示。

（1）跨區卷與帶區卷的訪問速率對比

按照動態卷的相關原理，帶區卷比跨區卷更高的數據訪問速率，可以通過同時向這兩個卷復制一個大數據文件的方式，通過觀察兩個拷貝進程所用時間的方式來驗證這一特性。

（2）鏡像卷和RAID-5卷的容錯性能驗證

鏡像卷和RAID-5卷均具有一定的數據容錯能力，為了驗證鏡像卷的容錯能力，在VMWAER實驗環境下，在鏡像卷中放置一個數據文件。此時關閉虛擬機，將鏡像卷所在的兩個磁盤中的任意一個從虛擬機中刪除（通過這種方式來模擬實際應用中鏡像卷中一個物理磁盤受到損壞的情形），然后再次打開虛擬計算機，進入磁盤管理工具，將發現比原來少了一個磁盤，但是打開原來的鏡像卷，存儲在該卷中的文件還在，并且內容沒有發生任何改變，這就很好的驗證了鏡像卷具有容錯能力的特點。

用類似的方法對RAID-5卷的容錯能力進行驗證，將發現在只刪除RAID-5卷所在磁盤中任意一個磁盤的情況下（通過這種方式來模擬實際應用中RAID-5卷中的一個物理磁盤受到損壞的情形），存儲在該卷中的數據將不會發生錯誤。

4 結束語

動態磁盤管理維護是高職院校計算機相關專業學生必須掌握的一項基本技能，傳統的教學實驗環境下，學生對該部分內容的實驗設備和實驗時間均較難得到保障，影響了教學實驗效果，通過引入VMWARE虛擬機軟件平臺，經過實驗教學過程設計，可以較好的解決傳統實驗教學中存在的設備器材不足的問題，滿足了該部分實驗教學需求，提高了教學效果。

參考文獻

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