基于保护卡的机房自主维护系统的设计

摘要:随着计算机机房规模和功能的扩展,计算机机房设备的维护和管理难度越来越大。本文根据机房维护和管理的实际,对机房自主维护系统的功能进行了分析和设计,结合硬盘保护卡的功能,提出了由单系统多频道、虚拟系统、差异拷贝、资产监管、系统保护、课堂行为管理、远程管理和计费扩展等模块组成的机房自主维护系统方案。

关键词:保护卡;机房;自主维护

计算机机房是学校计算机教学和实验的场所,承担着学生上机实验、机房开放、各种计算机培训和科研实验等任务。计算机机房的维护非常烦琐,因为人员流动大,教学任务类型多,对计算机软件的要求不断变化,机房管理人员经常要重新安装系统、查杀病毒等,维护时不得不花费大量时间和精力[1]。虽然计算机硬盘保护卡已在教育行业、网吧等大型计算机机房得到了广泛应用,但随着计算机的普及程度越来越高,对机房的维护要求也越来越高,机房的统一布署与自主维护的难点一直没有解决[2]。各类大型计算机机房都需要一个经济、安全可靠、灵活性强、便于使用的计算机机房自主维护系统。

笔者与武汉噢易科技有限公司联合开发并完成了噢易Free卡电脑教室自主维护系统,在硬盘保护卡的基础上,利用差异拷贝、单系统多频道、多账户管理、资产监管和虚拟系统等多项技术,开发了统一部署与自主维护相结合的机房自主维护系统。系统的各项功能和性能都经过了严格的测试,已于2008年10月通过湖北省软件测评中心的软件测试,2009年5月通过湖北省科技厅组织的鉴定。

噢易Free卡电脑教室自主维护系统为电脑教室中的课程设计、毕业设计等集中性教学环节软件安装和维护提供了完整的解决方案,与联想、方正等国内著名PC机生产厂家结成合作联盟,得到国内外教育届的普遍认可,取得了良好的经济效益和社会效益。

1设计思想

本软件系统采用分层设计的思想,根据系统运行的时间分为四层次,即底层功能程序、INT13保护程序、磁盘过滤驱动程序和上层功能程序,层次关系如图1所示。下层为上层提供服务,并隐藏下层的实现细节。与四个层次相对应,从整体运行逻辑出发,根据本软件系统发挥功能的不同时段,划分为四个场景,如图1所示。

底层功能程序:对应于场景一,负责完成系统启动以前本系统应完成的底层功能。

INT13保护程序:对应于场景二,负责在磁盘过滤驱动未加载时实现磁盘数据保护。

磁盘过滤驱动程序:对应于场景三,在磁盘驱动加载完成后,负责对磁盘数据的保护。

上层功能程序:对应于场景四,完成本系统上层的功能,包括单系统多频道、虚拟系统、差异拷贝、资产监管、系统保护、课堂行为管理、远程管理和计费扩展功能。

为了使系统的功能能够更好地扩展,在界面逻辑与业务逻辑之间建立一个中间层,使系统扩充业务逻辑时无需更改界面逻辑,同时统一了上下层调用通用模块的接口,提高了系统的可维护性。

2系统功能模块的分析与设计

机房自主维护系统的上层功能模块包括单系统多频道、虚拟系统、差异拷贝、资产监管、系统保护、课堂行为管理、远程管理和计费扩展等,如图2所示。

2.1单系统多频道

为了提高机房的利用率,一个机房的计算机往往用于多个课程的上机练习,比如在一台Windows XP操作系统计算机中安装Microsoft SQL 2000、Visual C++6.0、Photoshop CS2和CoolEdit2.0软件,分别用于数据库课程、程序设计课程、图像处理课程和音频处理课程的实践教学任务。传统的做法是将他们一并安装在一个操作系统中,这一方面可能导致计算机启动速度慢和软件之间的冲突;另一方面学生上机时可以使用多种软件,增加了教师的管理难度。

一个频道是指在一个真实操作系统基础之上安装的一种软件应用环境。从机房实际情况出发,机房管理人员可以在单个操作系统基础上快速创建多个频道,各频道之间相互独立,互不影响,且都能保护和还原。每个频道可以按需安装不同软件,搭建专门的软件教学环境,实现相互独立的一机多用功能。此外,频道可以由管理员自由设定显示或隐藏,设置进入频道时是否验证密码,方便管理和使用。这样各频道满足不同课程的教学需求,从根本上避免单个操作系统安装多种软件后相互冲突以及计算机启动速度慢的现象,另一方面无需安装多个操作系统,大大降低了管理员的劳动强度,同时也尽量让学生在一次实验课上做与课程相关的练习。

2.2虚拟系统

一个机房除了满足课程教学的需要以外,很多时候还要承担集中性实践教学环节的教学任务,比如毕业设计,每个学生对计算机操作系统和开发软件平台的要求是不一样的,具有很强的个性化。传统做法是在计算机实验室分出一部分计算机,专门用于这些集中性实践教学环节的教学,学生根据设计的需要安装操作系统和开发软件平台,这就必然导致计算机利用率低下和机房管理的困难。

虚拟系统允许使用者在受保护的真实操作系统上快速创建多个虚拟操作系统,得到授权的学生可以创建虚拟系统,并设置密码,只有管理员和虚拟系统创建者可以进入或删除该虚拟系统,不同的学生在同一台电脑上能创建不同的虚拟系统,每个虚拟系统相互独立共存,互不影响虚拟系统功能,也不影响机房的统一管理和维护;未授权学生仍然使用统一的真实系统环境。管理员拥有最大权限,可以监督和管理所有虚拟系统。虚拟系统里的数据变化可以被永久保留,但是不会影响到真实系统的还原和保护。这样得到授权的学生等于拥有了一台个性化很强的计算机,一方面为学生提供了开放、自由的学习环境,激发了学生的学习兴趣,提高了学习效率;另一方面依然能够实现机房真实系统的保护和统一管理。

2.3差异拷贝

一个拥有几十台、几百台乃至上千台计算机的机房或者计算中心,在管理维护上的工作量是非常庞大的,一般的硬盘保护卡具有网络拷贝与增量拷贝的功能,给机房的维护带来了极大便利,但不够灵活、快捷,实际使用中也有各种各样的问题。

在计算机网络环境下,不论各接收端有无操作系统、数据是否一致,均可实现接收端与发射端数据完美统一,即为差异拷贝。管理人员可以选择全盘、单个操作系统、单个分区或自定义分区组合等多种拷贝模式,并仅仅拷贝各接收端与发射端有差异的数据,轻松实现机房软件环境完美统一。差异拷贝包括全盘数据快速统一、单个分区数据快速统一、不同系统分区自由组合差异拷贝、统一安装/卸载软件、软件升级及安装各种补丁、更改和优化系统及软件设置、查杀病毒并升级病毒库、拷贝单个文档、科研/培训/考试环境临时部署和单台计算机的硬盘复制等。

此外,差异拷贝还可以提供如下人性化功能:

(1)IP地址占位:当机房个别电脑出现硬件故障或网络故障,导致不能使用或连线,在给计算机分配IP地址时,为故障机预留IP地址。

(2) 多系统自动分配不同IP地址:批量为同一机器的多个操作系统分配统一的IP地址和计算机名,也为不同操作系统自动分配不同网段的IP地址和计算机名。

(3) 断点续传:在进行差异拷贝时,由于某些意外导致个别接收端断线,发射端智能识别并向断线接收端发送断点后的数据,无需拷贝断点前已经接收过的数据。

(4) 跨网段:支持,实现多台电脑跨网段同时进行差异拷贝。

(5) 分组对拷:支持网内分组对拷,不同分组互不影响。

(6)故障定位:在差异拷贝过程中,实时检查网络连线中每一台电脑的运行状况,在发射端动态显示速度最慢的机器,准确找到故障点并及时采取措施。