频道技术在高校计算机实验室建设中的应用

邵 林，辜 媛

（武汉纺织大学 传媒学院，湖北 武汉430073）

随着持续多年的投入与建设，目前国内高校以计算机为应用平台的各类实验室从满足基本教学，逐步发展到常规教学与平台开放并举，这对计算机的设备性能和日常管理维护工作提出了更高要求。近年来在实验室建设和改造中，解决上述问题的思路目前主要集中在云技术和无盘网络技术。然而，它们在实际应用中仍存在一些不足或局限性［1］。本文介绍一种基于还原卡的延伸技术——频道技术，通过对其工作原理、应用优势等方面的分析，就高校计算机实验室建设改造提出一个差异化的思路。

1 频道技术工作原理

频道技术，是一种可以在较短时间内基于已有单个真实操作系统或频道创建出众多与真实系统或频道相同操作系统环境的技术。

频道技术借鉴了虚拟机当中的快照原理，其本质上是一种基于底层硬件和驱动的虚拟化技术。当基础操作系统环境搭建完成后，根据实际应用需要，短时间内通过快照技术生成若干个频道。从用户的角度看，这些频道的系统环境跟基础操作系统是相同的。每个频道对应一个应用环境，仅按写时分配原则存储该频道下新增应用软件数据和用户数据。但从逻辑上看，进入该频道的用户可以读取包含基础操作系统在内的全量数据。频道内，用户对基础操作系统的修改，并非直接修改其对应分区的原始数据，而是采用了指针重映射技术，即当涉及修改基础操作系统原始数据时，系统实际上直接将新数据写入频道内的新分配空间，并将分配表的数据指针指向新分配区域，从而实现了频道与基础操作系统的隔离。简单而言，每个频道仅存储自身相对于基础操作系统数据的差异部分和增量部分，从而大大提高了磁盘空间利用率。

频道技术对系统的还原与保护，是基于底层硬件和驱动来实现的。它在操作系统启动之前获得机器的控制权，使得用户对硬盘的操作实际上并非对原有数据进行修改，而是在虚拟空间中操作，从而实现对系统数据的保护。在相应规则下，用户可以选择是否将虚拟空间中的数据真实写入原有数据区域。

2 频道技术应用优势

2.1 与常规软、硬件技术比较

为解决多教学环境和不同开放应用环境下的多操作系统平台和应用软件配置需求，从软件技术方面来看，主要采用虚拟机技术，主流常用的软件有Vmware，VirtualBox，Virtual pc等。它们都能以较少的硬件资源消耗而在原有系统上虚拟出多个计算机，但仍然存在以下不足：一是规模效益差，不能有效解决实验室数十上百台计算机统一部署和集中管理的问题；二是运行效率低，特别是在宿主操作系统上同时运行多个虚拟机的情况下，运行效率会明显降低；三是对系统的保护能力差，几乎不具备系统还原保护功能。

从硬件技术方面看，主要就是硬盘还原卡（保护卡），目前其广泛应用在高校计算机实验室、图书馆等教学及公共服务场合。它支持多操作系统功能，通过磁盘分区能够在一台电脑上安装多个操作系统，多重引导，并且互相隔离，互不影响。基于还原卡的网络拷贝功能，可以进行操作系统和应用软件的快速部署，此外，延伸的远程管理功能，可以在局域网内对全部计算机进行网络控制、程序限制、端口控制、屏幕监控等集中管理。但其主要问题是新增系统应用环境灵活性差；其次，磁盘空间利用率低，需要为特定应用环境单独分配磁盘空间，易导致系统重复安装，磁盘空间浪费大，缺乏硬件资源共享机制。

而简单地看，频道技术可以说是虚拟机技术和硬盘还原卡二者的整合，它通过融合彼此的优势，有针对性地解决了上述双方在功能上的不足之处。

2.2 与云技术比较

从解决多教学环境和不同应用环境的快速部署、集中管理等问题的可行性上看，频道技术与云技术均能以较低的硬件资源消耗来有效实现。但两者的实现路径有差异，前者重在以单机为基础进行资源划分和数据管理，而后者将资源迁向服务器端，在服务器端集中数据管理、资源调配等，让客户端精简化，并支持包括单机以外的智能手机、平板电脑等。此外，两种技术应用模式在成本、稳定性等方面也有差异（见表1）［1］。

总体而言，两种应用模式不同的技术特点，决定了各自发挥优势的不同应用场合。然而，当前国内高校建成的以计算机为主要设备的实验室，普遍采用“传统PC机或高性能工作站+百兆局域网”的模式。面对如此大的存量空间，要解决技术性能提升和管理水平提高的问题，频道模式的成本优势显得尤为突出。即便在进行新建实验室方案规划时，频道模式也有其特定的优势应用场合，例如图形图像处理、影视编辑制作、三维建模设计与制作等等。这些教学应用需求对单机性能，特别是显卡性能要求很高，是云桌面模式目前难以低成本有效解决的。而云桌面模式更适合对客户端多样性有较高要求的应用场合，例如图书馆、电子阅览室、移动办公等等。当然，随着显卡虚拟化技术提升，云桌面部署模式从VDI模式向VOI模式的优化转变，以及云桌面软、硬件成本下降等等，云技术应用将会成为未来的主要发展趋势［2］。

表1 频道技术与云技术比较

2.3 与无盘网络技术比较

无盘网络技术架构下，所有用户端计算机均不安装硬盘，通过访问并加载局域网内服务器端的操作系统和应用软件镜像到本地系统来进行工作。它的主要优势是减轻了系统维护人员的负担，使得对局域网内每一台计算机的维护，转变为对个别或少数服务器的维护。但这种模式下，系统运行的流畅度和稳定性很大程度依赖于服务器和局域网的性能。在用户端与服务器之间需要频繁、大规模数据交换的应用场景下，例如视频编辑、图形渲染等设计类课程，无盘网络负载过重会严重影响其它应用系统的运行，甚至影响无盘系统自身正常运行。在无盘系统中，用户端的运算处理能力本质上并没有提高，而且缺乏用户自主构建应用环境的灵活性。此外，从实验室改造的角度来看，由于有盘系统已经存在，无盘化改造的硬件经济效益是不存在的，而其在服务器购置和网络性能提升方面的成本支出会成为较大负担［3-4］。

由于频道技术应用是基于还原卡功能的延伸扩展，它本身继承了还原卡的所有优点，无论是从日常管理维护的便捷性、应用的稳定性考虑，还是从自主应用环境搭建的灵活性，以及改造成本等方面考虑，较之无盘网络技术都有相对优势。再者，无盘网络技术的改造、配置相对复杂，对于早已熟悉了还原卡使用模式的广大高校实验技术人员而言，频道技术更容易熟练掌握应用。

3 结语

频道技术作为基于还原卡的延伸技术，其工作原理和应用特点还不为广大高校实验室工作者所熟悉和了解，它在解决计算机类实验室日常教学与管理中所面临核心问题上的有效性往往被忽视，或者说是被云技术或无盘网络技术所掩盖，有待进一步发掘和利用。