Vmware在高职Raid—5实验教学中的应用

2023.07.25

摘要：针对Raid-5卷实验教学面临的问题，依据Raid-5的基本工作原理，采用Vmware虚拟机软件进行实验教学环境搭建和实验教学环节设计，给出了在Windows server 2003下进行Raid-5卷创建、容量计算以及容错性能验证的方法。
关键词：Raid-5；虚拟机；实验教学
1 引言
随着信息技术的发展普及，越来越多的数据信息需要存储到信息系统中。传统的单硬盘存储技术在面对不断增长的用户存储需求时，在存储容量、存储速度以及数据信息存储的安全性等方面都面临着诸多问题。Raid（Redundant Arrays of Independent Disks）是“独立磁盘构成的具有冗余能力的磁盘阵列”的英文缩写，其中Raid-5是多种Raid中的一种，相比于其他存储方式，Raid-5具有存储容量大、存取速度快、安全可靠性好等优点，因此该存储方式得到了越来越广泛的使用。在高职信息技术相关专业中，“Raid-5的配置维护”是学生必须掌握的重点内容。
2 高职Raid-5卷实验教学存在的问题
在“Raid-5卷”实际教学过程中，为了达到更好的教学训练效果，一般可以通过进行实际的“磁盘阵列配置维护实验”来加深学生对相关概念的理解和操作技能的掌握。传统的Raid-5卷实验需要在一台至少安装了3块磁盘的计算机或服务器上才能进行，而且在进行磁盘故障、数据回复等实验内容时，需要的计算机和磁盘的硬件连接以及系统BIOS等进行频繁改动，这些操作对计算机系统都会带来不同程度的损坏。这在很大程度上限制了该实验教学的开展，进而影响了该部分内容的教学训练效果。
3 Vmware虚拟机软件简介
虚拟机（Virtual Machine）是指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完整隔离环境中的完整计算机系统。Vmware虚拟机软件是美国威睿公司出产的一款性能优越的虚拟机软件，该软件能够在一台物理计算机中同时虚拟出多台计算机硬件环境，在虚拟出的每一台计算机中，可以独立的安装并运行DOS、WINDOWS、LINUX等操作系统。对于运行虚拟机的物理计算机而言，在其上面通过Vmware软件虚拟出的每一台计算机只是一系列的磁盘文件而已。在虚拟机中进行的任何软、硬件操作都只是对物理计算机中的某一个磁盘文件进行修改，不会对物理计算机带来软、硬件的损害。比如：为虚拟机增加或减少一个硬盘，对物理计算机而言，只是在磁盘上创建或删除一个后缀名为.vmdk的文件，而不需要像真实计算机那样对实际的物理磁盘进行插拔操作。
由于Vmware虚拟机软件具有以上这些特点，利用该软件进行诸如Raid-5、网络攻防等实验教学时，不至于对计算机带来实质性的损坏，并且能够极大的提高教学训练效率，以达到更好的实验教学效果。
4 Raid-5实验教学设计
（一）Raid-5卷工作原理
Raid-5是一种存储性能、数据安全、和存储成本兼顾的存储解决方案。Raid-5需要在不少于3块磁盘的计算机上才能实现（如图1所示），比如有一个包含n（n不小于3）块磁盘Raid-5卷，如要存储文件，计算机首先将文件分为多个64K大小的数据块，每n-1个数据块为一组，按照奇校验或偶校验的规则计算出每一组数据的校验码，这样，每一组数据就包含了n-1个用户数据块和1个校验数据块，共n个数据块，Raid-5将这些数据随机存储到对应的n个磁盘中。此时，如果某一个磁盘中的数据损坏或丢失，可以通过剩下的n-1个磁盘中的数据采用奇偶校验算法将损坏或丢失的数据恢复出来。Raid-5的这一设计，大大的增强了数据存储的安全性。
由于Raid-5采用了多个磁盘并行处理的方式，在同一个时刻，可以对多个磁盘进行数据读写操作，因此，Raid-5具有比传统磁盘管理方式更加高速的数据存取速率。
（二）实验环境搭建
依据Raid-5的工作原理，在Vmware软件下创建一台虚拟机，将虚拟机的操作系统设置为Windows server 2003 standard edition，虚拟机的名称设置为disk_server，并选择合适的存储位置，为虚拟机设置一个处理器和512MB的内存，添加一个SCSI虚拟磁盘，空间大小设置为8GB，磁盘文件名为disk1.vmdk。
disk_server虚拟机创建好后，在该虚拟机的设置界面下点击“添加”按钮打开添加硬件向导，通过添加硬件向导为虚拟机添加4块虚拟磁盘，空间大小均设置为1GB，虚拟磁盘文件名分别为disk2.vmdk、disk3.vmdk、disk4.vmdk和disk5.vmdk。磁盘添加完毕后，在虚拟机的第一块物理磁盘上安装上Windows server 2003操作系统；并将该虚拟计算机的5个磁盘全部转换为动态磁盘。至此，实验教学所需的基础环境搭建完毕。
（三）教学实验环节设计
1、Raid-5卷创建
打开disk_server虚拟计算机，登录Windows server 2003操作系统后，在操作系统磁盘管理界面下，选择磁盘1鼠标左键，打开“新建卷向导”界面，根据向导提示，将卷类型设置为“Raid-5卷”，并将磁盘1、磁盘2、磁盘3和磁盘4均加入到“已选的”磁盘中，每个磁盘中选择空间量设置为100MB，指定驱动器号为“E”，文件系统为NTFS，格式化后，Raid-5卷创建完毕。
2、对Raid-5卷容量的讨论
Raid-5卷创建完毕后，查看所创建的“E”卷，发现其容量为300MB，而创建该卷的实际磁盘空间开销四个磁盘各100MB，共计400MB，两者不一致。造成这种不一致的原因是在Raid-5卷中除了需要存储用户数据之外，还必须存储校验数据，通过简单分析，可以得知对于一个包含n个磁盘的Raid-5卷而言，用于存储用户数据的空间只占全部磁盘空间的（n-1）/n。此例中，即为（4-1）/4，因此系统显示的用户可用空间为300MB（400*3/4）。针对该问题，可以引导学生进行课堂讨论，以帮助学生加深对Raid-5卷概念和原理的理解。
3、Raid-5卷容错性验证
根据Raid-5卷的特点，为了检验Raid-5卷的容错性能，首先在所创建的“E”卷中创建一个文本文件“容错检验.txt”，然后关闭该虚拟计算机，在该虚拟计算机文件存放目录下，将disk2.vmdk、disk3.vmdk、disk4.vmdk和disk5.vmdk四个文件中的其中一个文件删除或移动到其他文件夹中，该操作所产生的效果为disk_server虚拟机的一个硬盘损坏或丢失。此时，再次打开disk_server虚拟机，进入“E”卷，打开“容错检验.txt”文件，发现文件内容完好，即验证了Raid-5的容错性能。
5 结束语
采用Vmware虚拟机进行Raid-5卷实验教学实施，可以大大提高该内容实验的效率，减小或避免该实验对设备器材的损坏，提高了实验教学效果。由于Vmware软件所创建的虚拟教学环境与真实物理计算机环境还是存在一定区别，为了避免引起学生的误解，在教学过程中，需要对学生做必要的说明，如果条件允许，完成虚拟机实验后，可以考虑在真实的环境下再做简单演示，以期达到更好的实验教学效果。
参考文献
[1]蔡平.磁盘阵列的数据安全隐患与数据修复[J].信息网络安全，2008（2）：56-59.
[2]靳海轶.Windows下基于VMWare的RAID实验[J].电脑编程技巧与维护，2010（2）：11-12.
[3]陈平仲.硬件实现RAID与软件实现RAID的比较[J].现代计算机：专业版，2005（1）：55-57.
作者简介
杨金石（1981-），男，汉族，江西人，研究生，讲师。