基于云技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課存儲(chǔ)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

姚莉娟，陳 瑋

（成都紡織高等專科學(xué)校信息中心，四川 成都 611731）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,高校采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的課程越來(lái)越多,對(duì)計(jì)算機(jī)練習(xí)的要求越來(lái)越平常,課程工程文件越來(lái)越復(fù)雜。 最近幾年,計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的機(jī)房多采用桌面云技術(shù)［1］,云技術(shù)的使用極大降低了計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室硬件維護(hù)、應(yīng)用軟件沖突配置方面的繁重工作,極大程度提升了實(shí)訓(xùn)課程的效率,優(yōu)化了學(xué)生體驗(yàn)。 但現(xiàn)在的云計(jì)算系統(tǒng)中的存儲(chǔ)系統(tǒng)并未設(shè)計(jì)獨(dú)立云盤化［2］,各個(gè)同學(xué)的項(xiàng)目文件保存于共享存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中。 因此,在同學(xué)交叉使用電腦的情況下,個(gè)人項(xiàng)目文件易被覆蓋、誤刪、甚至丟失。 加之在實(shí)訓(xùn)室和個(gè)人電腦間進(jìn)行拷貝操作也極不方便,為同學(xué)們課前、課后練習(xí)帶來(lái)了諸多不便。

為解決以上學(xué)生課前課后計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)中工程文件保存、移動(dòng)不便的問(wèn)題,結(jié)合公共計(jì)算機(jī)課實(shí)訓(xùn)中網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的需求特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于 Samba［3］和Web Service［4-5］的共享網(wǎng)盤,實(shí)現(xiàn)了工程文件在不同環(huán)境的無(wú)縫使用。

1 系統(tǒng)需求及關(guān)鍵技術(shù)

1.1 需求分析

計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課程存儲(chǔ)平臺(tái),主要用于學(xué)生云桌面系統(tǒng)在進(jìn)行實(shí)訓(xùn)課時(shí),實(shí)訓(xùn)工程文件的存放,服務(wù)器共享存儲(chǔ)空間。

(1）用戶獨(dú)立管理自身存儲(chǔ),不互相干擾。 (2）工程文件一般對(duì)存儲(chǔ)空間要求不大,但由于人數(shù)眾多,需要存儲(chǔ)空間能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)拓展。 (3）由于學(xué)生上機(jī)位置、時(shí)間不限,同時(shí)要求課前、課后進(jìn)行實(shí)訓(xùn),因此需要能夠在校內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn),校外則通過(guò)WEB 服務(wù)進(jìn)行訪問(wèn)。 (4）另外,由于使用同學(xué)大多是一年級(jí)的新生,對(duì)電腦的操作使用還不夠熟練,系統(tǒng)需要支撐在Windows 操作系統(tǒng)下的簡(jiǎn)單快速的掛載。

1.2 SAMBA 服務(wù)

Samba 是基于 NetBIOS 的 Linux 和 Windows 系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行文件共享的協(xié)議,Linux 中運(yùn)行Samba 服務(wù)器,Windows 作為客戶端對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的文件進(jìn)行訪問(wèn)。

該協(xié)議用于客戶服務(wù)器模式的開發(fā)。 Windows 用戶通過(guò)類似于IP 地址或主機(jī)名、共享目錄名的方式將共享目錄映射到本地,這樣就可以像訪問(wèn)本地目錄一樣操作網(wǎng)絡(luò)上共享的目錄和文件,對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)尤為方便。

1.3 Web Service

在Web2.0 時(shí)代,Web 已經(jīng)成為因特網(wǎng)上的主要內(nèi)容。 而Web Service 是一種分布式的計(jì)算模式,是指在因特網(wǎng)上通過(guò)定義好的,能被其他軟件或者服務(wù)調(diào)用的功能組件。 Web 服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)應(yīng)用,利用HTTP,SOAP,RESTful,XML 等規(guī)范協(xié)議,提供高效、重復(fù)利用率高以及技術(shù)耦合度低等特點(diǎn)的服務(wù),因此在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用非常廣泛。

Windows 系統(tǒng)一直以來(lái)依靠 NetBIOS 來(lái)發(fā)現(xiàn)其他機(jī)器。 由于SMBv1 出現(xiàn)了安全問(wèn)題,因而Windows 系統(tǒng)中默認(rèn)禁用了SMBv1,但是可以采用Web Service Discovery 來(lái)發(fā)現(xiàn) Samba 服務(wù)。

本項(xiàng)目一方面用Web Service 來(lái)對(duì)用戶管理界面進(jìn)行設(shè)計(jì),一方面利用其來(lái)發(fā)現(xiàn)Samba 服務(wù)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及功能模塊

2.1 系統(tǒng)構(gòu)架

基于SAMBA 和Web 服務(wù)的共享網(wǎng)盤系統(tǒng)構(gòu)架,如圖1 所示。

圖1 中可見(jiàn)實(shí)訓(xùn)課存儲(chǔ)平臺(tái)由以下2 個(gè)模塊構(gòu)成:Samba 后臺(tái)服務(wù)和云服務(wù)器端。 云服務(wù)器端包括中間件、Samba 接口、提供給用戶的Web 服務(wù)。

圖1 基于SAMBA 和WEB 服務(wù)的共享網(wǎng)盤系統(tǒng)構(gòu)架

整個(gè)平臺(tái)部署在CentOS 系統(tǒng)中,文件系統(tǒng)整體采用邏輯卷管理(LVM）,其構(gòu)架在物理卷之上,通過(guò)物理磁盤的增加任意調(diào)整邏輯卷的存儲(chǔ)空間大小。 通過(guò)部署定期檢測(cè)策略,可以在存儲(chǔ)空間達(dá)到門限時(shí)提前發(fā)出提醒。

系統(tǒng)部署SAMBA 后臺(tái)服務(wù)程序,提供共享存儲(chǔ)服務(wù)。

2.2 云服務(wù)器端

云服務(wù)器端采用 Node.js 承載,Node.js 采用JavaScript 開發(fā),語(yǔ)法非常簡(jiǎn)單,模塊眾多,是利用快速邏輯的一種簡(jiǎn)單應(yīng)用。 由于采用高效的V8 解釋引擎,能夠很好保證其作為服務(wù)器的運(yùn)行效率。

JavaScript 開發(fā)的中間件幫助對(duì)Samba 訪問(wèn)的集中實(shí)現(xiàn),該中間件面向用戶主要提供用戶目錄管理,包括對(duì)管理員提供主要用戶創(chuàng)建、目錄建立的日常管理功能。

Node.js 部署了Web 服務(wù)對(duì)外向網(wǎng)絡(luò),向用戶提供文件管理、Web 文件查看、刪除等功能服務(wù)。 學(xué)生的計(jì)算機(jī)可以通過(guò)瀏覽器瀏覽文件,下載文件進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)。 更通常的做法是通過(guò)下載自動(dòng)配置腳本,將遠(yuǎn)程目錄映射到本地進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)。

出于安全考慮,Node.js 針對(duì)管理工作提供了本地服務(wù)端口,管理界面只能在本地登錄,工作只能在服務(wù)器本地執(zhí)行。 完成對(duì)用戶數(shù)量的增減進(jìn)行批量操作、目錄的建立等,該功能通過(guò)直接調(diào)用實(shí)現(xiàn)的Samba 接口來(lái)完成管理功能。

2.3 Samba 接口

由于Samba 的Web 管理工具已經(jīng)與新版差距比較大,因此利用Samba 的管理工具命令集開發(fā)了Samba接口。 該接口是由Shell 腳本實(shí)現(xiàn)的一系列調(diào)用Samba的Shell 管理工具來(lái)完成特定功能的函數(shù)集組成。

Samba 接口功能劃分,如圖2 所示。

圖2 基于腳本的Samba 接口功能模塊

基于Shell 腳本的管理函數(shù)集合,被部署在管理工具集中,通過(guò)對(duì)Node.js 的執(zhí)行權(quán)限的提升,以及引入Node.js 的Shell 腳本執(zhí)行模塊完成執(zhí)行操作。

2.4 Windows 端自動(dòng)配置腳本

進(jìn)行Samba 客戶端的訪問(wèn)需要用到大量的Windows 管理員命令,才能在控制終端完成操作。 即使是熟練的使用者都難以流暢地使用,更何況該系統(tǒng)面向的主要是一年級(jí)的新生。 為了簡(jiǎn)化初學(xué)者使用,文章設(shè)計(jì)了Windows 端自動(dòng)配置腳本。

Windows 腳本是系統(tǒng)提供了一種腳本環(huán)境,在這個(gè)環(huán)境中,預(yù)定義了一些對(duì)象,包括管理員命令。 通過(guò)這些對(duì)象可以訪問(wèn)其范圍內(nèi)的方法和屬性,通常也通過(guò)使用一種解釋執(zhí)行的語(yǔ)言來(lái)操作。

服務(wù)器端配置有自動(dòng)配置腳本模板,當(dāng)用戶登錄到Web 界面時(shí),在下載配置腳本時(shí),服務(wù)器就會(huì)自動(dòng)生成,訪問(wèn)必須有的目錄等內(nèi)容。 用戶下載該文件后,在本地以管理員運(yùn)行的方式執(zhí)行該腳本,快速進(jìn)行共享目錄的掛載和移除。

3 系統(tǒng)部署及測(cè)試

在學(xué)校環(huán)境中對(duì)該計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課存儲(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行了初步部署和試運(yùn)行,采用的服務(wù)器是Intel 至強(qiáng)E5-1603 ,主頻2.8 GHz,內(nèi)存16 GB,SATA 磁盤空間1T,沒(méi)有采用SSD 緩存,Intel 網(wǎng)卡通過(guò)千兆電口連接到48口千兆交換機(jī)。 系統(tǒng)采用CentOS 8 x86＿64。 系統(tǒng)在初始化時(shí),預(yù)置了120 個(gè)用戶。

首先進(jìn)行了遠(yuǎn)程目錄的讀寫性能測(cè)試,通過(guò)將文件拷貝到共享目錄和將拷貝文件到本地進(jìn)行測(cè)試。 為了計(jì)算速度方便記錄,采用了約1G 的大文件,測(cè)試得到平均讀寫速度為20 MB/s 左右,可以看出讀寫主要受限于磁盤緩存等,滿足實(shí)訓(xùn)工程中的一般要求。

另外文章對(duì)并發(fā)情況下的遠(yuǎn)程目錄讀寫進(jìn)行了測(cè)試,同時(shí)啟動(dòng)50 個(gè)用戶進(jìn)行讀寫測(cè)試,采用64 MB 左右的文件進(jìn)行,測(cè)得用戶端平均速度約為1.8 MB/s。滿足一般實(shí)訓(xùn)要求。

由于日常的實(shí)訓(xùn)課程包含的文件都不大,例如計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、工程制圖、網(wǎng)頁(yè)制作等,但是這些實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)文件數(shù)目非常多。 針對(duì)并發(fā)、文件數(shù)目多的情況下對(duì)遠(yuǎn)程目錄讀寫進(jìn)行了測(cè)試,同樣同時(shí)啟動(dòng)50 個(gè)用戶進(jìn)行讀寫測(cè)試,采用64 MB 左右的文件夾包含100 個(gè)左右的文件。 進(jìn)行測(cè)試,測(cè)得用戶端平均速度約為2.0 MB/s,差別不大,可滿足一般實(shí)訓(xùn)要求。

需要注意的是用戶端平均運(yùn)行速度在校園網(wǎng)環(huán)境下性能有所下降,并發(fā)數(shù)減少,基本能夠滿足校內(nèi)宿舍和教室訪問(wèn)的需求,如果采用高緩存或者是SSD 的服務(wù)器部署能一定程度提高性能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究公共計(jì)算機(jī)課實(shí)訓(xùn)中工程文件網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的需求特點(diǎn),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Samba 的共享網(wǎng)盤系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)工程文件在不同環(huán)境的方便無(wú)縫使用。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試表明,該方案可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)文件的存儲(chǔ)需求,速度能夠滿足日常需要,簡(jiǎn)單易用,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 下一步還將繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)“云”、分布式等方式探索高并發(fā)能力的方案。