CN1158617C - 一种本地无操作系统的网络计算机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于网络计算机领域，涉及一种本地无操作系统的网络计算机。包括：网络计算机主板及其相应的外部设备，所说的主板包括低功耗CPU，内存及其它辅助芯片，所说的主板还包括一个用于操作系统远程加载的远程启动芯片，当操作系统远程加载后，再利用网络文件系统、程序按需加载、分布式计算或终端技术之中的一种或多种技术访问存放在服务器上的文件、程序或数据，实现传统PC的桌面功能。本发明能大大增强NC应用的灵活性并具有很强的扩展能力，能支持丰富的桌面应用。
Description
技术领域 本发明属于网络计算机领域，特别涉及一种新模式的网络计算机。
背景技术 计算机的发展，大体上经历了三个阶段。第一个阶段是大型机阶段(二十世纪60年代和70年代)。这个阶段计算机的形态主要以大型主机(Mainframe)为主。第二个阶段是个人计算机(Personal Computer，PC)阶段(二十世纪80年代直到90年代)。这个阶段的计算机形态主要以个人计算机为主。这种计算机各自独立，能执行广泛的应用，比如文字处理，电子表单(Spreadsheet)处理等。第三个阶段是网络计算阶段(二十世纪90年代以来)。这个阶段的计算以网络为中心。计算机在形态上发生了多样性的变化，种类繁多。有代表性的有以Oracle公司为代表提出的传统的标准网络计算机(NC)，各种瘦客户机，网络终端机，机顶盒(Set-Top-Box，STB)，个人数字代理(PDA)，掌上电脑等等。这个阶段也被称为后PC时代。
随着硬件和软件技术的飞速发展，个人计算机的功能也日益强大。但是与此同时，计算机的安装、管理和维护成本也大大提高。根据Gartner提出的总体拥有成本(Total Cost ofOwnership，TCO)概念，PC使用中的购买成本只占很少一部分(1/5强)，而用户操作、维护管理和技术支持占了费用的绝大部分。因此，在二十世纪90年代早期，随着网络技术的发展，Sun提出了“网络就是计算机”的著名论断。希望能通过网络技术扩展计算机的功能并减少计算机维护和管理的开销。随着因特网技术和WWW技术的发展和广泛使用，计算机的形态也向多样化方向发展，出现了各种网络计算机，瘦客户机，这就导致了后PC时代的来临。
最早的网络计算机(Network Computer简称NC)是由Oracle公司Ellison在1995年提出的。Oracle公司在1996年5月联合其它四家公司制定了网络计算机标准1(NetworkComputer Reference Profile 1)。这是一个非常便宜的网络计算客户计算机。NC在硬件上采取了简化PC硬件的做法，并且本地没有硬盘，只有一个固化在主板上只读存储器(ROM)中的嵌入式操作系统。上面运行的软件主要是Java虚拟机和浏览器。它通过WWW方式来下载运行存放在服务器上的程序(Java Applet)。具有代表性的是Sun推出的JavaStation NC。它在硬件上与PC大致相同，但是比PC简单，无硬盘，整机功耗比较低。在软件上，这种NC在本机ROM中储存有一个嵌入式操作系统JavaOS，并能支持Java虚拟机，因特网协议。当本机启动嵌入式操作系统后，可以通过WWW/Java Applet访问存储在应用服务器上的程序和数据。
但是这种NC支持的应用非常少，比如不能支持流行的Windows应用。所以这种NC最终退出了市场。但是它所倡导的利用新技术(网络技术)减少总体拥有成本的概念仍在延伸。现在许多公司在NC基础上开发了各种瘦客户机并兼容Windows应用。
网络PC(NetPC)。网络PC是微软应对NC的一种方案。网络PC在硬件上和PC一样，也带有硬盘。但是它在本地不存储操作系统。启动后，网络PC将操作系统和应用程序从服务器上下载到本地硬盘中，然后在本地执行所有应用。它没有传统PC的灵活性和可扩展性，但是力图体现微软提出的零管理思想。这种网络PC只能运行Windows操作系统。计算在本地进行，服务器只进行管理工作。网络PC本身没有使用什么新技术。但是它提出了零管理的思想。它的可配置性和管理性是通过Windows零管理工具(Zero Administration forWindows，ZAW)来实现的。通过ZAW实用工具，网络PC在具有传统桌面应用的同时大大减少了管理和维护的复杂性。
但是由于网络PC采取将操作系统和应用程序全部下载到本地运行，所以经常会造成网络中的大量数据传输，而且不能运行大软件。同时网络PC同PC一样，本身的硬件配置也要根据需要不断升级。因此后来微软又推出了Windows终端技术来应对NC并实现减少总体拥有成本的承诺。
瘦客户机(Thin Client)。瘦客户机是从客户/服务器计算结构中派生出来的一个使用很广泛的概念。瘦客户机硬件比PC简单，功耗比较低。在本地没有硬盘，在主板上有一个大容量ROM(容量一般大于2兆)。该ROM中存放有嵌入式操作系统或X-Terminal协议代码。瘦客户机运行嵌入式操作系统或只运行终端协议，并通过终端协议访问服务器上的程序和数据。瘦客户机在本机不进行计算，应用程序运行和数据处理都是在服务器上进行，本地只负责接收和显示结果，但能支持图形界面。它是传统哑终端的一种发展，也称智能终端。由于是集中管理，这种方式能在一定程度上减少了总体拥有成本。瘦客户机被分为两大阵营：一个是基于Unix的X-terminal终端，例如Sun公司的Sun Ray 1，100，150系列；另一个是基于Window-terminal的Windows终端WBT，如惠普公司的Compaq Evo thin client T20和T30。为了扩展应用，克服传统NC应用不足的缺点，Unix终端机一般都能同时兼容Windows的应用。这是通过支持独立计算结构(Independent Computing Architecture，ICA)和远程桌面协议(Remote Desktop Protocol，RDP)来实现对Windows应用服务器的访问。也有人认为传统的NC，以及NetPC(它的硬盘只是起缓存功能)也是瘦客户机。
Windows终端机(Window-based Terminal，简称WBT)。它其实也是一种瘦客户机。它基于Windows终端技术。在微软提出零管理思想以后，Citrix提出了支持以终端方式运行Windows的WinFrame和Metaframe技术。这种技术使用ICA协议技术能支持多个用户同时使用运行在服务器上的Window NT系统。由于ICA与X-Terminal协议原理类似，因此它可以使得运行非Windows操作系统(比如DOS，Unix，Linux)的机器能够访问Windows应用程序。后来微软自己又提出了基于ITU T.120协议族的RDP协议。Windows终端机包括一个低性能CPU和本地ROM。它在本地ROM中储存有一个很小的嵌入式操作系统(如Windows CE，嵌入Linux等)。然后通过MS RDP或Citrix ICA来访问Windows 2000或Window XP(.NET)上的应用程序和数据。
无论是瘦客户机还是Windows终端机，由于本地只负责界面处理，不进行实际的计算和数据处理，所以对服务器的要求非常高。当运行需要大量计算的程序时，比如多媒体解码，其所能承受的终端数量受到很大限制。
从上面的分析可以知道，从结构上来说，现有的NC采用比PC简单的硬件，比如低功耗CPU，无硬盘。在主板上设置有大容量ROM或快闪存储器(Flash ROM)，其中存储嵌入式操作系统或终端协议代码，如图1所示。其工作原理主要是通过WWW/Applet技术，X-terminal或其它终端技术(RDP，ICA等)访问远程服务器上的应用程序和数据，本地不进行计算，只负责接收用户输入和进行图形界面显示工作。
这种基于嵌入式操作系统和智能终端技术的NC，虽然解决了传统NC上应用不足的问题。但是这种NC对服务器的依赖性很大。比如Windows终端技术，当多台客户机器同时运行流媒体应用时，由于解码在服务器上运行，因此对服务器的要求非常高。普通服务器能同时支持的NC数目非常有限。同时，由于操作系统是固化在NC的ROM或Flash ROM中，因此升级很困难，扩展性差。
发明内容 本发明为了解决现有NC对服务器依赖过重，对多媒体应用支持不足，软件升级困难，可扩展性差的问题，提出了一种本地无操作系统的网络计算机，能大大增强NC应用的灵活性并具有很强的扩展能力，能支持丰富的桌面应用。
为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：
本发明包括：网络计算机主板及其相应的外部设备，所说的主板包括低功耗CPU，内存及其它辅助芯片，所说的主板还包括一个用于操作系统远程加载的远程启动芯片，当操作系统远程加载后，再利用网络文件系统、程序按需加载、分布式计算或终端技术之中的一种或多种技术访问存放在服务器上的文件、程序或数据，实现传统PC的桌面功能。
所说的程序按需加载是指网络计算机将桌面应用程序存放在服务器上，在运行过程中，根据需要只加载用户所请求的程序，其它程序仍然存放在服务器上。在运行由多个程序文件组成的应用时，也是根据需要只将其中的部分程序文件加载到本地执行。
本发明所说的低功耗CPU可为：主频≤800MHz的通用或嵌入式低功耗CPU。
本发明的远程启动芯片用于远程加载操作系统或其镜像。该远程启动芯片储存有实现远程启动协议的代码，该芯片可为本地的一个独立只读存储器(ROM)或快闪存储器(Flash ROM)，该代码也可直接储存在所说的辅助芯片(BIOS芯片)中构成可实现远程启动功能的扩展BIOS芯片。
本发明的远程启动芯片使用动态主机配置协议方式或其他方式进行计算机的自动或手工配置。
本发明所说的网络文件系统可包括NFS(Network File System)，网络虚拟磁盘，内存虚拟盘等；所说的分布式计算技术包括WWW，Java等；所说的终端技术包括RDP，ICA，X-Terminal等。
本发明的主要特点及效果：
本发明在硬件上比普通PC要简单得多，利用低性能、低功耗的CPU，因此本发明整机功耗低，对环境要求低，适合在恶劣环境下不间断工作。
本发明没有任何磁盘等本地存储设备，也没有容量超过2M的ROM或Flash ROM。
本发明在本机(本地)不储存有任何操作系统(包括通用PC操作系统或嵌入式操作系统)或其镜像。因此本发明可以在不对NC做任何变动的情况下实现用户选择所要使用的操作系统，大大增强了用户选择使用的灵活性，并具有很强的扩展性。
本发明所加载的操作系统或应用软件升级只涉及到远程启动代码的升级和服务器软件的升级。
本发明的使用用户无须进行任何配置，即插即用。本发明计算机所使用的操作系统和应用软件的升级，配置，维护和管理都在服务器上进行，从而真正实现了客户端即插即用和零管理。
本发明通过使用网络文件系统、程序按需加载、因特网、分布式计算等技术，实现NC和服务器的分布式计算，在充分利用本机计算能力的同时还能利用服务器的计算能力，大大降低了网络计算机对服务器计算能力的要求，克服了目前瘦客户机对服务器过分依赖的缺点。本发明CPU在本地不但负责接收用户输入和图形界面处理，还进行实际的运算，全面实现和兼容PC桌面应用功能。
本发明既具有NC的简化硬件，同时又能支持多种桌面应用，弥补了现有NC应用的不足。又由于采用服务器来进行集中管理，因此大大降低了总体拥有成本。
总之，本发明在研究现有网络计算机应用状况和网络计算机技术的基础上，提出了一种新应用模式的网络计算机。不但能在网络计算机上真正实现PC的桌面应用，而且真正做到了全面兼容不同的主流操作系统(Windows，Linux)。这样就完全克服了传统NC和瘦客户机不能真正实现桌面应用的缺陷。本发明的网络计算机本机和服务器都进行计算，这样就充分利用了网络计算机和服务器的计算功能，提高了硬件的使用效率，节省成本。同时，本发明操作系统和应用软件的升级、维护和管理都在服务器上运行，真正实现了客户端的零管理，这样就大大减少了总体拥有成本。
附图说明
图1为已有的网络计算机结构示意图。
图2为本发明的网络计算机结构示意图。
具体实施方式 本发明提出的一种本地无操作系统的网络计算机结合五种实施方式进行详细说明。
本发明的结构如图2所示，包括：网络计算机主板及其相应的外部设备，主板包括低功耗CPU，内存及其它辅助芯片，还包括一个用于操作系统远程加载的远程启动芯片，当操作系统远程加载后，再利用网络文件系统、程序按需加载、分布式计算或终端技术之中的一种或多种技术访问存放在服务器上的文件、程序或数据，实现传统PC的桌面功能。
本发明以下五种实施例均采用如下型号的部件配置：
CPU：Cyrix Media GX(300MHz)
内存：64M SDRAM
其它主板辅助芯片：Realtek 8139C；VGA芯片；Cx5530(USB接口)；UMC8680(高速I/O)；MPEG解码芯片等。
远程加载操作系统或其镜像的远程启动芯片：该远程启动芯片储存有实现远程启动协议的代码。本实施例的远程启动芯片可为设置在主机板上的一个独立只读存储器(ROM)或快闪存储器(Flash ROM)，也可在所说的辅助芯片的BIOS芯片中直接储存远程启动协议的代码，构成可实现远程启动功能的扩展BIOS芯片。
所有实施例中的服务器可采用任何现有的服务器或普通PC机。
实施例1：利用PXE远程启动协议，远程加载嵌入式Linux。
在本实施例中，将PXE(Preboot Execution Environment)远程启动协议代码存放在网络计算机主板辅助芯片的BIOS芯片中形成扩展BIOS芯片。
服务器的操作系统为Redhat Linux 7.3。在服务器上安装和配置动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)服务，小型文件传输协议(Trivial FileTransfer Protocol，TFTP)服务以及PXE服务。并在服务器上放置相应的内核镜像和根文件系统镜像(其中包含相应的应用软件，比如RDP协议终端软件)。
当网络计算机启动后，使用动态主机配置协议获得本机的IP地址，然后使用TFTP协议来下载Linux内核镜像和根文件系统镜像。根文件系统镜像下载后放到本地的内存盘(RAMDisk)中。当操作系统起来后，可使用RDP协议远程访问Windows 2000服务器，实现传统PC的桌面功能。
实施例2 利用Etherboot远程启动协议和NFS技术，远程加载Linux，在NC上实现Linux桌面应用。
Etherboot是根据TCP/IP协议来实现对远程启动的支持的。它主要根据的协议是RFCl531(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)协议，RFC1350(The TFTP Protocol，TFTP)协议。本实施例在主板上设置一个独立ROM。该ROM中存放Etherboot远程启动协议的代码构成远程启动芯片。
本实施例中服务器采用的操作系统为Redhat Linux 7.3。在服务器上安装和配置DHCP服务，TFTP服务，NFS服务。
网络计算机启动后，使用动态主机配置协议获得本机的IP地址，然后再使用TFTP协议来下载Linux内核镜像并执行。要真正运行桌面应用，必须有一个大的根文件系统。因此在本实施例中，利用NFS服务为Linux提供根文件系统。
当Linux利用NFS加载了根文件系统后，就可以实现所有的Linux桌面应用。本实施例中使用WWW上网，利用X-Terminal技术访问远程Linux服务器，从而在利用本机的计算能力的同时，利用远程服务器的计算能力。
实施例3利用RPL远程启动协议远程引导DOS或Windows32，在NC上实现Windows 2000或XP终端功能。
在本实施例中，将RPL(Remote Program Load)远程启动协议代码存放在主板上一独立ROM中构成远程启动芯片。
在服务器上安装RPL启动服务和MetaFrame终端服务。由于Windows 2000服务器本身不支持远程启动，本实施例将Windows NT 4所带的远程启动服务安装到Windows 2000服务器上。
本实施例的网络计算机启动后，利用RPL协议下载并执行DOS或Windows32镜像。此后，再利用MetaFrame客户端与服务器进行连接，从而实现Windows 2000的终端功能。
实施例4利用PXE远程启动协议远程引导Windows 98，并利用网络虚拟盘技术，在NC上实现Windows桌面应用。
在本实施例中，将PXE远程启动协议代码存放在主板上一独立ROM中构成远程启动芯片。
服务器上安装Windows 2000 Server。并在服务器上安装DHCP服务，PXE服务。本实施例中，在服务器上安装Intel PXE-PDK为NC提供基于PXE的远程启动服务(包括文件传输服务)。
首先建立一样本NC，该NC具有硬盘接口并设置一个硬盘。按照常规方法在该NC上安装Windows 98系统和相关软件。此后，按照Litenet软件的要求进行设置并通过Litenet软件将样本NC的Windows 98安装上传到服务器并制作相应的启动镜像。
网络计算机启动后，利用PXE协议下载操作系统启动镜像并执行(此时为一个DOS环境)，然后再利用Net use命令将Windows 2000 server的共享映射为相应的网络虚拟磁盘，为Windows 98提供文件存储服务。
实施例5利用“一种网络环境下的计算机远程启动方法”，在NC上实现动态加载多种操作系统，从而支持更丰富的桌面应用。
本实施例中所采用的支持多操作系统启动的远程启动协议是“一种网络环境下的计算机远程启动方法”(本申请人的申请专利，专利申请号为：01142033.2)。
本实施例在NC主板上设置一独立ROM，该ROM中存放远程启动协议代码构成远程启动芯片。
服务器上安装Linux Redhat 7.3。在服务器上安装DHCP服务，为NC提供自动配置服务。在服务器上安装并配置远程启动服务，为NC提供菜单选择、镜像下载服务等(参见专利01142033.2)。并在服务器上安装和配置支持Linux运行的NFS服务以及支持Windows运行的Samba服务。这两个服务为Linux和Windows的运行提供网络文件系统支持。
网络计算机启动后，首先从服务器上下载并执行一个脚本解释环境以及相应脚本，然后根据用户要求下载相应的操作系统镜像并执行。此后，再利用网络文件系统(NFS，Samba)为操作系统提供文件服务。为了实现应用的优化，使用程序按需加载技术来实现NC应用优化，从而全面支持丰富的桌面应用。
Claims (4)
1、一种本地无操作系统的网络计算机，包括网络计算机主板及其相应的外部设备，所说的主板包括低功耗CPU，内存及其它辅助芯片；其特征在于，所说的主板还包括一个储存有实现远程启动代码用于操作系统和应用程序远程加载的远程启动芯片，当远程启动代码远程加载操作系统后，再利用程序按需加载，实现传统PC的桌面功能；所说的程序按需加载，是指将应用程序存放在服务器上，在运行过程中，根据需要只加载用户所请求的程序，其它程序仍然存放在服务器上；在运行由多个程序文件组成的应用时，是根据需要只将其中的部分程序文件加载到本地执行。
2、如权利要求1所说的本地无操作系统的网络计算机，其特征在于，所说的低功耗CPU为：主频≤800MHz的通用或嵌入式低功耗CPU。
3、如权利要求1所说的本地无操作系统的网络计算机，其特征在于，所说的远程启动芯片为设置在该主板上的一个独立只读存储器或快闪存储器。
4、如权利要求1所说的本地无操作系统的网络计算机，其特征在于，所说的辅助芯片包括BIOS芯片，所说的远程启动芯片为将实现远程启动协议的代码直接储存在所说的BIOS芯片中构成可实现远程启动功能的扩展BIOS芯片。
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