中小学计算机房无盘改造方案设计初探.docx
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中小学计算机房无盘改造方案设计初探
中小学计算机网络教室
无盘改造方案初探
2015年4月9日
中小学计算机网络教室无盘改造方案初探
摘要：
本世纪初，教育部召开了中小学信息技术教育工作会议决定在中小学（包括中等职业技术学校）普及信息技术教育,以信息化带动教育的现代化，努力实现我国基础教育跨越式的发展。
然而网络教室作为信息技术教育的基础却存在着计算机安装维护复杂，软件更新困难、病毒泛滥等这样或那样的问题。
自从工作以来我就研究如何来简化网络教室管理，一次偶然的机会发现网吧的电脑竟然是无盘的，于是我对学校网络教室的无盘化进行了研究，希望能对各位同仁起到抛砖引玉的作用。
关键字：
中小学，计算机，网络教室，无盘
本世纪初，教育部召开了中小学信息技术教育工作会议，并颁发了“关于中小学普及信息技术教育的通知”、“关于在中小学实施校校通工程的通知”和新的“中小学信息技术课程指导纲要（试行）”三个重要文件，决定在中小学（包括中等职业技术学校）普及信息技术教育,以信息化带动教育的现代化，努力实现我国基础教育跨越式的发展。
信息技术教育在我国取得了史无前例的蓬勃发展。
然而网络教室作为信息技术教育的基础却存在着计算机安装维护复杂，软件更新困难、病毒泛滥等这样或那样的问题。
自从工作以来我就研究如何来简化网络教室管理，一次偶然的机会发现网吧的电脑竟然是无盘的。
我就想其实网吧和网络教室技术上是相通的，为什么不能把网吧管理维护的方式应用到学校网络教室的管理中去呢？
于是我对学校网络教室的无盘化进行了研究。
无盘工作站技术在计算机领域开始出现到目前有了将近二十年的历史。
无盘工作站技术也在激烈的市场竞争中不断改进和日趋完善，因其具有降低网络教室构建成本、系统运行稳定、安全性高等特点，更主要是方便管理和维护，不怕恶意攻击和破坏，等诸多优点使诸多网吧从有盘过渡到无盘。
杨红霞在《无盘工作站在高校网络教室应用中的优劣分析》文章中介绍了无盘的原理及其优缺点。
1、无盘工作站的工作原理
首先，我们先了解一下什么是无盘工作站。
这里的“盘”指的是硬盘，“无盘”顾名思义就是没有硬盘，无盘工作站就是一台没有硬盘的PC机，这样的机器肯定是没法独立启动运行的，所以一般是由多个无盘终端通过网线和连接设备构成一个中小型局域网，这样的网络称为无盘网络，其中，必须至少要有一台网络服务器，来支撑整个网络中每个无盘终端的正常启动运行。
根据不同的启动机制，目前比较常用无盘工作站可分为PXE、RPL和虚拟硬盘等启动类型。
无盘工作站的工作原理就是在局域网内至少有一个系统服务器，这台服务器上除了安装有它本身运行所需的操作系统外，还需要有一个工作站运行所需的操作系统，工作站的每个无盘终端没有硬盘，其它硬件同有盘PC机，但是必须使用带有BootROM启动芯片的网卡，无盘终端启动时，就是通过这个网卡上的BootROM引导芯片，以不同的形式向服务器发出启动请求，服务器收到后，根据不同的机制，向工作站发送启动信息和用户所需的相关数据供用户启动和使用。
简单一句话，无盘工作站就是把硬盘和主机分离，无盘终端只执行操作不执行存储。
2、无盘工作站在学校网络教室应用中的优点
1）节约资金
因为每个无盘终端都不用硬盘，可以节约一部分学校的采购资金。
这个特点本是无盘工作站技术发展初期的基本初衷，但是目前这个特点反而并不明显了，因为在无盘网络中必须要配置比普通服务器高的多的高配系统服务器，这样配置高速服务器的成本和节约的硬盘成本相比也相差无几了。
2）方便管理和维护
这是目前无盘工作站最显著的优点。
软件集中管理，操作系统文件和各种应用软件都放到服务器上，系统的管理和维护都在服务器上完成，软件升级只需要通过服务器配置一次，网络中的所有无盘终端就都能用上新的软件。
而且系统服务器一般带有一键还原技术，工作站出现问题，很短时间内就能迅速还原，由于没有硬盘，所以也不怕非法关机或人为破坏。
在学校内，我负责网络教室管理工作多年，感触颇深，对“管理和维护”有着特别深刻的认识，网络教室管理人员的主要工作就是要保证网络的正常运行，一个普通的有盘网络，例如一个多媒体网络教室，如果网络中任何一台机器出现问题，网络教室管理员都要对这台机器进行单独检测和维修，甚至需要重新格式化、分区、安装系统等。
但是可能用不了多久，系统又被学生不小心破坏了，于是又是重复繁琐的工作，麻烦不说，还要耽误工作、影响学生的正常使用。
特别是在PXE芯片出现以前，每台机器都是要分别安装系统的，而学校还不可避免的要经常安装软件或更新软件之类的工作，所以要经常耗费大量时间和人力，安全性也得不到保障。
3）启动运行速度快
无盘工作站的启动速度是有盘无法想像的。
因为现在的无盘系统服务器都采用六到八块高速磁盘阵列，加上大内存，大缓存，高速多核CPU等，使其响应速度极高，使工作站性能大幅提升。
4）系统安全性高
独一无二的超级保护功能足以让有盘PC机相形见绌，无盘工作站不仅实现了网络资源共享，更实现集中监控预防网络病毒攻击。
工作站只要重启即可自动恢复原状，所做的任何操作只能在未重启前得到保留，杜绝了病毒、误操作对系统的损坏，抗恶意攻击、防失泄密能力强，减少了病毒的传播。
而且几乎可以实现零维护，网络教室管理员也不用整天手忙脚乱地Ghost硬盘了。
3、无盘工作站在高校网络教室应用中的缺点
1）系统服务器一旦出现问题会导致整个网络瘫痪。
这个问题曾是阻碍无盘技术迅速推广的最大的障碍，现在也是在小型无盘网络中仍然存在的最严重问题。
2）无盘工作站无法实现随时存储，所以给有些课程带来很大的不便。
以上引用文章可以看到虽然我盘有诸多的优点，但缺点也很致命。
这也是我一直以来没有在学校网络教室使用无盘的原因，功夫不负有心人最后终于找到了解决的方案。
下面我以我校网络教室改造为例来详细讲述我是如何解决这些问题的。
我校网络教室详细情况介绍。
学校原有三个网络教室，每个网络教室各有50台终端。
网络教室一为无盘网络教室服务器较差勉强能用，网络教室二较新为一拖二电脑组成的网络教室，25台主机50台显示器，还有网络教室三也是我最头痛的网络教室是学校当时购买的网吧淘汰机，现在又用了几年，配置复杂故障丰富。
由于班额较大，还有教室紧张为了腾出教室，我将网络教室二和网络教室三进行合并，将网络教室三中的故障机去除，组成了一个78台计算机的大网络教室。
这样这个网络教室电脑的配置就有很多种了也为无盘的建设增加了不小的难度。
为了解决无盘工作站的缺点，针对缺点一我才用两台无盘服务器，一台作主服务器一台作副服务器设置成负载均衡加服务器热备模式。
这样完美解决了无盘服务器性能和可靠性的问题。
针对缺点二我在网上苦苦探索了几个月终于发现了锐捷无盘BSD系统，支持个性化磁盘功能来实现学生数据的随时存储。
由于教材里使用的是WindowsXP系统，所以我以锐捷无盘BSD3.1为例简单介绍一下我的解决方案。
1、建立服务器
在部署锐起BSD系统软件前，请先装好服务器系统（这里使用windowsserver2003），配置好TCP/IP协议，指定静态IP地址（必须）。
预先创建disks（磁盘镜像）、wks（工作站临时回写）和restore（还原点）三个目录（目录名称可自定义，建议将disks和wks两个目录分别放在两块不同的硬盘中，这样可以提高工作站运行的速度），确认这三个目录所在分区为NTFS格式，再给该服务器指定一个静态IP地址。
2、准备模板工作站
准备一台有盘工作站，作为模板工作站。
装好WinXP，添加必要的网络组件和TCP/IP协议，设置好静态IP地址（必须），关闭防火墙，禁用ICS服务，若安装的是WinXP系统，还必须删除【QoS数据包计划程序】；
应用软件可以暂时不安装，以后直接在锐起BSD系统工作站环境下安装应用软件。
3、安装服务端
安装光盘中MasterServer目录下的主服务器程序（如果是为副服务器安装服务端，请选择SubServer目录）。
安装完成后会在桌面上生成锐起BSD系统管理器的快捷方式。
4、配置服务端
安装完主服务端程序以后,运行桌面上【RichTechBSDManager】图标,会提示（在没有加密锁和注册文件情况）无锁注册提示，根据提示进行注册后即可打开服务器配置工具。
初次使用会提示创建相关的密码，点【确定】后打开【锐起BSD管理器】界面程序，此界面程序主要分为左、右两个管理区域，左侧是编辑区域，右侧区域用来显示锐起BSD系统工作站的相关信息。
依次点击左侧区域【系统配置】---【选项配置】选项按钮，在【IP设置】选项中勾选提供给锐起BSD系统服务器所使用的IP地址，点击【确定】并根据提示重启服务。
点击【系统配置】---【磁盘管理】选项按钮，在新打开的窗口中点击【新增】按钮。
根据实际情况输入磁盘镜像的名称和容量大小，在【映像文件】栏输入存放磁盘镜像文件的路径及文件名（也可通过点【指定】按钮选择）。
路径请选择前面创建的【disks】文件夹，磁盘名称可自定义。
Windows平台下可勾选【使用稀疏文件】（也可使用默认方式不勾选，稀疏文件可以节省磁盘空间，因为截图是linux版所以没有这个选项），后依次点【确定】---【退出】完成磁盘镜像的创建。
5、安装客户端
在有盘工作站上运行锐起BSD系统软件安装包内CLIENT目录下的SETUP.EXE，安装程序会启动锐起BSD系统软件客户端的软件安装界面。
按提示选择（建议使用默认选项）开始安装。
安装结束后，会弹出【配置系统】对话框，要求输入服务器的IP地址：
请正确输入服务器的IP地址后按【确定】按钮。
注意：
如果模板工作站未设置静态IP地址，【使用网络连接】下拉菜单就会搜索不到网络连接。
输入完毕，在工作站【开始】——【程序】菜单中会出现【锐起BSD系统客户端】程序组。
6、加入模板工作站
在【锐起BSD管理器】右侧区域的工具栏中单击【新增】按钮，在【基本信息】选项中，根据实际情况依次在【名称】、【MAC地址】、【IP地址】、【子网掩码】等栏中填入将要作为模板的工作站的相应参数（注：
【IP地址】和【子网掩码】栏填入的信息要保证能够和服务器正常通信）。
【启动网卡】栏选择【自动选择】，【硬件配置】栏选择【默认配置】，【工作站目录】栏选择前面创建的wks文件夹；在【磁盘】选项中点击【编辑磁盘】按钮，在打开的窗口中将前面创建的磁盘镜像从右边列表移到左边列表后依次点击【确定】---【应用】完成模板工作站的添加。
输入完毕后，服务端的管理程序里会自动显示出该工作站（即模板工作站）的信息.
注意:
输入的IP地址必须是模板工作站设置的IP地址。
7、设置超级用户
右键点击新增的工作站，选择【超级】选项，在打开的窗口中勾选新增的磁盘后点击【确定】。
此时工作站前面的状态图标会由暗绿色变成暗红色。
8、配置虚拟网络磁盘
重启工作站，启动完成后会提示找到新硬件并要求再次重启，根据提示将工作站重启。
然后右键点击【我的电脑】，选择【管理】，在【计算机管理】界面的左侧列表中选择【磁盘管理】，会弹出【初始化和转换向导】，使用默认选项，点击【下一步】完成虚拟网络磁盘的初始化。
注意：
在此过程中请不要将虚拟网络磁盘转换为【动态磁盘】，而应设为【基本磁盘】。
磁盘初始化完毕后，在【磁盘管理】中应该可以看到一个新的硬盘（即虚拟网络磁盘），按常规方法将其创建为主磁盘分区，格式化选择NTFS格式并分配相应的盘符后，退出【计算机管理】。
9、上传客户端系统
运行客户端的【锐起BSD系统上传工具】，软件会自动检查硬盘中的系统磁盘和虚拟网络磁盘，并确定需要上传的源盘和目标盘：
按【开始】按钮进入系统上传过程。
上传需要一段时间，请耐心等候。
注意：
【目标盘】应设为虚拟网络磁盘的第一个分区。
虽然上传程序会自动检测分区，但用户在上传前仍应确定源盘和目标盘的指定是否正确。
10、启动模板工作站
上传结束后将模板工作站正常关机，移除硬盘，再开机并进入BIOS将网卡启动方式设置为网络启动（即从PXE启动），然后再次重启，这时模板工作站应能正常从网络启动进入操作系统。
11、加入其他工作站
点击主界面上的【选项配置】按钮或选择【管理】菜单中的【选项配置】项，进入【选项配置】对话框：
可以在【加入方式】选项中选择【手动加入工作站】，手动分配工作站信息。
也可以在【加入方式】选项中选择【自动加入工作站】，然后依次打开要加入工作站的计算机即可自动的加入工作站。
至此网络教室的电脑就应该可以使用了。
如果网络教室内有多种配置由于篇幅关系不能一一展开，请参考官方帮助文件。
一般情况下每台服务器带机量不应超过50台，如果计算机过多就会导致学生机运行卡顿速度变慢。
所以如果超过50台计算机我们就需要增加副服务器以达到负载均衡和故障冗余的目的。
实现这些功能的前提是先进行主副服务器之间的数据同步。
下面介绍一下副服务器的设置方法。
1、磁盘同步步骤
在【锐起BSD管理器】的左侧窗口依次选择【系统配置】――【选项配置】，在打开的窗口中选择【选项配置】对话框，勾选【允许副服务器从本机同步数据】后点击【确定】，根据提示重启服务后退出。
安装副服务器软件与安装主服务器软件方法相同。
安装完成后，配置好主服务器的IP地址和需要同步的磁盘镜像，一般不会再对副服务器进行操作。
在副服务器上执行锐起BSD系统软件副服务器程序，打开【副服务器设置】窗口，在对话框的【主服务器】栏输入主服务器的IP地址。
勾选【同步工作站数据信息】和【自动同步工作站映像】选项。
当主服务器中的工作站信息和磁盘镜像数据做过更改以后，副服务器会自动将更改过的数据进行同步。
点击【应用】后，根据提示重启服务。
选择【同步磁盘】对话框，单击【刷新磁盘列表】按钮，会出现主服务器中的镜像磁盘列表。
勾选需要同步到副服务器的磁盘选项，点击【应用】按钮。
根据提示重启服务后，就开始从主服务器上同步数据。
如下图所示：
说明：
在同步磁盘镜像之前，选择磁盘列表中的磁盘项，然后单击【设置磁盘映像文件】按钮，在打开的对话框中可以选择磁盘镜像的存放位置。
如果勾选【使用稀疏文件】，则同步磁盘镜像数据时，只同步镜像文件中的实体文件。
这样可加快同步的速度。
注意：
副服务器不能对工作站信息进行修改，所有操作只能在主服务器进行。
也只有从主服务器启动的工作站才能设置为超级用户，从副服务器启动的工作站不能进入超级用户状态。
2、首选服务器/备份服务器设置
在主服务器的【锐起BSD管理器】主界面中双击某一工作站，进入【服务器】对话框。
勾选能够提供锐起BSD系统工作站启动的服务器，并指定工作站启动时的首选服务器和备份服务器。
至此，多服务器同步、负载均衡功能已经实现。
之后一旦某台服务器发生故障，其余服务器将分担起故障服务器下的所有工作站。
注意：
若主副服务器配有多块网卡，只需将每台服务器的其中一块网卡添加到【系统配置】――【服务器管理】中，而不需要将所有网卡都添加进去。
3、服务器负载均衡示例
假设在一个2台服务器、70台锐起BSD工作站的网络系统中，第1~35号工作站的首选服务器设为服务器A，第36~70号工作站的首选服务器设为服务器B。
当2台服务器均正常运行时，第1~35号工作站会从服务器A启动，第36~70号工作站会从服务器B启动。
如果服务器B宕机时，则36~70号工作站会从服务器A启动。
这样不仅服务器降低了压力，也使无盘网络教室的可靠性提高一倍。
如何解决无盘工作站无法实现随时存储的问题呢？
锐起BSD系统软件给我们提供了一个非常实用的功能【个性化磁盘】。
锐起个性化磁盘是基于共享原理而实现用户个人存储的工具，每个用户在个性化磁盘服务端都有一个独立的共享文件夹，此文件夹在启动的工作站上会被映射为一个网络磁盘，从而给每个用户提供个人的存储空间。
操作步骤如下：
首先，在锐起BSD系统软件服务端中选择一个有足够空间的分区，创建一个空文件夹并命名为【MyDisk】（名称可自定义），建好该文件夹后，先确认服务器操作系统（指Windows2003）的server服务已经正常启动；
然后在【锐起BSD系统管理器】左侧列表中依次点击【辅助工具】——【个性化磁盘】，打开个性化磁盘的管理器。
在打开的对话框中选择【选项】——【选项设置】菜单。
在【默认用户根目录】栏输入存储个性化磁盘数据的目录，选择前面创建的【MyDisk】文件夹，在【默认空间限制】栏选择个性化磁盘的配额空间，并在【默认磁盘盘符】栏选择个性化磁盘连接时的磁盘盘符（默认盘符为U），点击【确定】。
添加用户有两种方式：
一种是导入工作站用户（等同于工作站个性用户），另一种是自定义用户。
1、导入工作站用户方式
服务端配置
导入工作站用户是指个性化磁盘和工作站一一对应，工作站启动后将自动连接个性化磁盘。
创建方法如下：
点击【用户】菜单栏列表中的【导入工作站用户】，
选择锐起BSD系统工作站配置文件（锐起BSD系统软件服务端安装目录DlxpSrv下的wks.ini文件），程序将根据选项的默认设置自动添加用户。
客户端配置
将一台工作站设置为【超级用户】，，启动后依次选择【开始】——【程序】——【锐起BSD系统客户端】——【个性化磁盘配置】。
打开【个性盘设置】对话框，勾选【启用个性盘】选项，在【服务器IP】栏输入个性盘服务器IP地址后点击【确定】退出。
重启工作站并将其设为【普通】用户。
采用这种方式的工作站重启后将自动连接个性盘。
这样我们就建立的了个性化磁盘，因为工作站的个性盘是与工作站的名称相对应的，所以个性盘中的数据只能在对应的工作站上进行操作。
这样实现了每个工作站一个独立的存储空间。
2、自定义个性用户方式
自定义个性用户是指个性化磁盘空间和所设定的账户一一对应。
同一个账户无论在哪台工作站登录都可以访问到相同的个性盘空间。
服务端配置
创建方法如下：
单击【用户】菜单栏列表中的【新增】选项。
在打开的对话框中选择【自定义个性用户】，输入用户名称和密码，设置用户目录（一般采用默认设置），单击【确定】即可。
客户端配置
开启任意一台工作站，双击桌面上的【连接个性化磁盘】图标，打开客户端连接程序，输入服务器IP地址、用户名和密码，点击【登录】即可进入该账户所对应的个性空间。
用这种方法可以在任意一台工作站上使用自己的账户登录相应的个性盘。
我们利用个性化磁盘工具完美的实现了，无盘系统的存储问题。
另外也可以采用加入域的方式来实现，效果更好但是更加复杂，在这里就不再累述了。
有兴趣的可以自己研究一下。
存储问题解决了还有文件发送问题。
一般情况下我们用电子教室软件把需要的文件发送到学生的桌面，但是电脑一重启就没有了，怎么解决这个问题呢？
个性盘的实质就是映射网络驱动盘，我们同样可以以类似于个性盘的方式进行实现。
1、服务器端设置
在合适的位置建立【发送到学生端文件】文件夹，设置【Everyone】用户拥有读取权限，在该文件夹上点击右键选择共享文件夹。
添加【Everyone】用户读取权限。
2、客户端设置
在【我的电脑】上点右键单击【映射网络驱动器】命令，【文件夹】中输入共享的文件夹路径，选中【登陆时重新连接】即可。
在上课中需要发送给学生的文件，直接放到【发送到学生端文件】文件夹中工作站上的用户就可以查看使用了。
通过这次改造后，计算机网络教室各学生机工作稳定，充分利用了远程教育项目新配的专业服务器，软件环境自动还原，应用软件安装更新灵活、方便，避免了硬盘损坏造成的硬件后期维护投入，经过长时间的投入实际使用，师生反响非常好。
利用节省下的大量硬盘，修复了多台因硬盘损坏没有使用的教师办公用机，为学校节约了一大笔信息技术维护的开支。
总之，改造非常成功。
参考资料：
杨红霞;无盘工作站在高校网络教室应用中的优劣分析[J];电脑知识与技术;2012年09期
本文图片及部分内容引用自锐起无盘BSD系统3.1官方帮助文档。
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