基于云存储的多媒体教室管理系统设计与实现

【摘要】高校多媒体教室在使用和管理上存在使用不便、维护困难、数据存储冗余等问题。为解决上述问题，将云存储运用到高校教学资源的整合中，设计了高校多媒体教室虚拟化管理云平台。该平台具有多媒体教室初期建设投入少、简化管理任务、实现资源利用的极大化和易于资源访问等诸多优点。教师在任何有网络的地方都可以访问自己的私有空间，最大限制地避免了病毒的传播。实验和分析表明了该平台的可行性和有效性。

【关键词】云存储;云平台;虚拟化;校园网;多媒体教室

1.引言

目前，在高校以计算机技术为核心的辅助教学已得到广泛使用。在高校多媒体教室控制中，目前一般采用两种模式：单机控制和网络集中控制[1]。但是，由于教室计算机大多采用胖客户机模式，这样就会带来使用和管理方面上的数据冗杂、维护困难和使用不便等问题。

在多媒体教室授课的老师需要在教室计算机上存储数据，安装所需软件，而且老师每换一次教室，都得重复进行数据的存储和相应软件的安装。最终可能使得许多教室的计算机都有同一位老师的重复数据和软件，而针对全校每一位老师使用到的任何一专业软件及通用软件，都要在每一台教师机上安装，以防止课表调整后又要重新装软件。教师上课要随身携带U盘、光盘等存储设备，并需计算机保证对其应用的软硬件全面支持。同时，为了加强系统防护，都采用了硬盘保护卡，这就要求针对某一批次的同型号配置的计算机，先制作样机，再通过硬盘对拷或网络发包进行复制，这会造成大量的数据冗余，一旦遇到某计算机中病毒或系统被破坏，就必须重新恢复或硬盘对拷，不仅会影响教学，还会给技术人员增加大量的维护工作[2-3]。

2.云存储及结构模型

2.1 云存储概念

随着云计算的飞速发展，云存储的概念就应运而生了，其是在云计算基础上进行的一个延伸[5]。云存储是一个虚拟化的技术，其依赖于网络而存在，客户可以通过网络将自己的资源上传至云里并保存，同时只要有网络的存在，用户就可以对其进行访问。云存储将服务器、存储设备如U盘等视为一个数据源，并支持多种工作模式，可以根据需求自动合理地分配资源[4]。首先，云存储将庞大的数据进行拆分细化，然后将细化后的小数据模块交给计算机集群系统，由该系统对小数据模块进行分布式存储。云存储的核心是实现存储设备和应用软件的完美结合，从而实现对存储设备的自由访问。

2.2 结构模型

云存储是一个相对复杂的系统，其组成部分包括网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等。其中，存储设备在系统中的每一个部分都扮演着重要的角色，存储设备中的数据和业务访问都是通过一应用软件来实现的。系统的结构是由访问层、应用接口层、基础管理层和存储层组成，其自上而下进行排列。

3.云多媒体教室虚拟化管理平台设计

3.1 平台设计思想

云多媒体教室虚拟化管理平台是应用云存储和虚拟盘存储技术[10]，主要解决操作系统的启动和终端用户数据的存储问题，具有便于维护管理和低成本的优势。基于该平台，老师可以在自己课程的需求下，存储数据信息和安装相关软件，解决了在每个教室都重复安装软件的问题。更不需要每次上课都带U盘来拷贝课件，通过云存储系统提供的服务，教师不用考虑自己在哪个校区，哪间教室上课，他们可以通过网络访问到自己的资源和教学环境。因此，解决了因为软件安装出现错误或病毒感染而耽误授课的问题。终端的操作系统通过PXE服务启动，本地可以有盘，也可无盘，本地操作系统采用软还原模式启动，解决了因用户操作的数据而影响系统运行的问题。在该平台上，在工作站上操作一次，所有客户机都可使用，无论是安装系统还是软件。维护人员可根据教学需求，随时进行软件安装或更新，大大方便了系统与应用软件的维护。

3.2 关键技术

平台软件结构设计如图3所示。管理服务器业务逻辑是整个系统的核心，PXE启动引导和数据回写服务是系统的两个引擎。

1）PXE启动引导

PXE启动引导部分主要用于客户机加电启动时，网卡初始化完成后，通过网络从服务器端下载操作系统并启动。PXE启动服务模块负责客户端的开机引导，主要由客户机加电、初始化网卡后与服务器端的DHCP服务和TFTP服务组成。服务器的DHCP服务主要负责工作站IP地址的分配、回收等管理操作，并向客户端提供相关信息。TFTP服务可以向工作站发送一个文件，用于引导工作站的开机操作，然后通过网络下载操作系统并启动的过程。

2）数据回写服务

终端运行所需要的数据全部存储在服务器端，通过网络采用TCP/IP协议来获得。针对木地有盘或无盘，数据实时回写在本地或服务器。在软件设计上采用靠近硬件的思路，一般来说本地存储比网络存储效率更高。在本地存储中设计了不回写、实时回写和事后回写等三种数据回写服务器的策略。

3）集中管理平台

在集中管理平台上用户可以进行系统启动基木参数的设置，获取客户机在线状态和网络实时流量，执行针对客户机的远程重启、远程关机、远程运行等操作，也可以对操作系统镜像进行有效管理。

界面上通过不同颜色反映了数据服务器启动、跨网段及超级工作站等状况。

a.多系统启动

云存储平台优先设置为网络虚拟启动，只有当网络出现故障时，为了保证系统的正常运行，系统可以切换为从本地硬盘启动，避免了教学事故的发生。网络启动支持Windows XP，Windows2003及Win7等。这里要求教室机BIOS设置支持远程唤醒功能，且CMOS中设置为网络启动优先选项。

b.数据服务器设置

数据服务器及工作站软件安装之前，要将本机的QS协议删除、防火墙等关闭，以防止过滤掉DHCP包导致操作出错。客户端与服务器如果不在同一个VLAN，要在交换机上做DHCP中继。对要使用的数据服务器，在服务器基木参数选项卡中设置默认的工作目錄。其中映像文件目录和还原文件主要是读的操作，一般放同一磁盘分区下，临时文件主要是写的操作，该目录放另一分区。随后在磁盘管理选项卡中，添加一个5-15G大小的无盘启动盘。

c.镜像文件上传

数据服务器建立完成后，要对工作站参数进行设置，工作站无盘第一次启动时都会按这个工作站默认参数启动。使用一台服务器上设定IP段中的一台工作站，有盘启动此工作站把FLCLIENT文件包拷贝到硬盘，执行后安装相应服务文件，配置启动配置网卡型号，关闭计算机。在服务器端，设置这台工作站的默认设置中IO服务器为当前数据服务器的具体IP地址，然后设置这台工作站为超级工作站。此时有盘启动这台超级工作站，执行FLCLIENT客户端程序，选择系统上传，上传完毕后关闭此工作相应的SERVER端关闭此工作站的超站功能。然后所有的工作站选择网络启动，就可以实现无盘启动了。如果以后要安装程序，重复此过程，在其上进行所需软件的安装后，再上传系统镜像，所有工作站再次启动的就会是新安装程序文件后的镜像。

d.穿透还原技术

云存储平台获取管理员同步命令的时候，会自动将虚拟系统与本地系统的差异数据穿透进入本地硬盘系统里。所谓穿透，通俗地说就是用无盘系统更新有盘系统。

e.服务端多机热备

云虚拟化管理平台具有多服务器热备功能。在此，服务器可以是云中的任何一个节点，通过云存储，可以把学校所有多媒体教室纳入到云多媒体教室虚拟化管理平台中。多服务器热备是结合多台I/O服务器来使用的，当一台I/O服务器停机后，客户机会自动切换I/O服务器以实现热备，从而避免了当一台I/O服务器出现故障时，影响到整个I/O的服务。

3.3 性能分析

该平台与原有多媒体教室集中控制系统可以实现无缝集成。在原来多媒体集控中，一般是总控机发出指令，讲台电控锁开启，讲台内中控机依次给计算机、投影机、电动幕、无线功放供电，这些设备相继开启[11-12]。和该平台集成后，计算机启动后自动从无盘启动，通过网络访问云服务器，读取镜像文件，从而启动系统。由于总控机发送指令通过的是专门网线，与计算机本身不是同一根网线，因此二者不存在冲突和争用带宽问题。

4.结论

目前，云平台已在多所高校得以应用。平台运行效率高，客户机不需逐台单独维护，通过服务器统一设置即可。有盘、无盘兼容，用户随时可通过帐号访问到云存储中的私有文件，系统不必安装杀毒软件，应用软还原技术分别对有盘的PC进行有效病毒防护。对安全性来说，是主动安全防御、事前防御，不用安装硬还原卡，基木的操作系统文件被安全保护，不会因为客户端的操作而修改。本地系统可全新还原，实现彻底防护，不影响机器的运行效率，程序应用一段时间后始终保持流畅。整个系统保存于云服务中，方便管理，安全性高，具有个人网络磁盘，数据加密保存，更安全。

在高校教学资源中引入云存储的概念具有一定的创新性，同时也必将成为一种趋势。云存储可以实现资源的合理分配与自由访问，存储成本也较低，在未来高校资源建设中也必将扮演着越来越重要的作用。

参考文献

[1]徐笑宇，黄磊.虚拟化技术在高校信息化建设中的探讨[J].北京师范大学学报（自然科学版），2011，34（4）：818-822.

[2]宋雨，易璐，王凤霞.基于云存储的重复数据删除架构的研究与设计[J].计算机应用，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虚拟网络性能比较[J].软件导刊，2009，8（5）：133-134.

基金项目：四川省教育厅2014年度一般项目（项目编号：14ZB0315）。

作者簡介： 吴晓燕（1981—），女，四川达州人，硕士，讲师，主要研究方向：计算机网络技术。