一种由多台网络电脑组成的网络系统
本发明涉及一种计算机网络,尤其涉及一种由多台网络电脑组成的计算机网络系统。
随着计算机技术的迅猛发展,计算机的应用逐渐渗透到社会各个方面,而计算机网络给用户带来多方面的益处,特别是Internet网络的发展更促进了计算机网络的需求和普遍。特别是近年来,我国的IT产业一直保持着年平均增长30%的高速发展着,数字化技术的普及为计算机、软件、信息服务、网络、通信、家电及微电子产业提供了难得的发展机遇。以数字化技术为基础的计算机、通信和消费电子(3C)等相关产业已越来越展现出相互融合的趋势。掌上电脑、智能电话、数字化电视和各类数字化终端等信息电器异军突起,上网、VOD点播、IP电话、娱乐服务、网络会议等已成为数字化网络衍生产品具有的基本特征。为此,许多单位都在组织建立能与Internet网络连接的计算机局域网络。目前,建立在PC机和高档服务器基础上的Internat网络是比较流行的局域网络结构设计方式。为了最大限度地满足人们工作、学习、生活和娱乐的需要,PC机的功能也被大大地提高,CPU处理器快速地从386、486、586过渡到PII、PIII、PIV,同时操作系统和应用程序也在不断完善,伴随着WINDOWS系列操作系统功能逐步增强,操作系统文件容量也随之增大,大量的应用软件包也应运而生。这不得不对PC机提出了更高的要求。但是,高档的PC机成本较高,操作有一定的难度,维护复杂,普通人员使用PC机必须具备一定的计算机知识,这已成为许多人远离电脑的心理和技术障碍,而较低档的PC机又不能实现目前网络多功能的需求。此外,现有的PC体系统如Intel X86体系,由于日常大多使用的Windiws9x/me/2000,存在着系统资源占用过多和导致系统成本过高的缺陷,因此,市场一直渴望出现一种能实现PC机大部分功能而售价较低、操作简单方便、维护难度小,效率高而且可靠性和稳定性与PC机一样好的网络终端产品。在所谓的后PC时代出现了几种新型设备,包括NC、NetPC、WBT等等。
NC(Network Computer)的概念是由Oracle公司提出的,客户端的主要实现浏览器功能,提供对JAVA应用程序的访问。IBM、Oracle和Sun共同制定了网络计算机参考标准(Network Computer Reference Profile,NCRP)。根据这一标准,NC是一种使用基于Java技术的瘦客户机系统,它提供了一个混合系统,在这个混合系统中,根据不同的应用建立方式,某些应用在服务器上执行,某些应用在客户机上执行。NC针对Internet/Intranet标准而采用全新设计,开机时会下载Java小应用程序(Java Applet)供本地使用,并与装在服务器上的应用相连,存取主机上的数据。由于下载频繁,因此NC只适用于高带宽的网络环境。作为一种计算机产品,NC的设计旨在降低计算机的价格及维护开销,并可使计算机更加易于使用(对于许多NC功能,通常用户只需简单按一下按钮即可获得)。NC最终未能很好地发展下去,原因是很明显的,包括以下几个方面:
●Java本身的技术不够成熟实用,运行效率低,对硬件要求高
●JavaOS系统没有得到很好的发展完善
●支持NC的软件资源有限
●现有的NC产品与PC相比,没有很好的体现设想中的优势
●NC没有在一定时间内得到更多的软硬件厂家支持
●低价PC和Windows终端等瘦客户机设备的冲击
NetPC本质上仍是一台PC,只是没有硬盘,提出NetPC是为了在管理和维护方面进行简化。NetPC本身的硬件配置必需根据需要不断升级,这一点同PC所面临的处境是相同的,为此NetPC除了在管理方面有所改善外,对系统的总体拥有成本以及软件和重要数据的安全性方面并没有贡献。
WBT是微软推出的一种运行基于服务器的Windows应用程序的瘦型客户机系统,该系统与Oracle倡导的NC极为相似,WBT存在的致命不足是过度依赖服务器的处理能力,因此不适合“胖”应用的场合。前述的各种体系都是基于商业计算环境而设计的,然而,在网络、数字化家电迅猛发展的今天,网络趋于无所不在,在网络环境下生存,人们的生活、办公方式以及商业计算的内容都将或者已经发生了重大的变化。商业计算除了结构化任务、知识型任务、数据录入任务外,多媒体交互任务已经融入。同时,单一的商业网络环境的概念正在淡化,商业计算环境与包含丰富多媒体交互业务的生活计算环境融合一体已成为是必然的发展。在这种情况下,基于商业计算环境而发展起来的各种计算模式以及建立在此基础之上的网络体系构架显然已经满足不了现实的需要。目前,市场迫切需要一种泛用途的新型计算模式的出现,在这种计算模式下的网络构架,应有高度的可管理性和安全性、极低的总拥有成本(TCO)、丰富的软件资源、灵活的组网方式、支持多媒体交互业务等等。近年来,无盘工作站(无盘PC)开始被广泛使用,特别是在教育、管理、娱乐等行业应用比较普遍。但是,目前无盘工作站为了尽可能降低成本,在硬件设计和操作系统结构优化等技术方面几乎没有进一步的发展,其标准硬件配置一般为386、486型机器,但这种硬件配置组成的局域网络由于采用在服务器一端进行客户机的操作操作系统映象,所以该系统对服务器系统、网络设备和线路性能要求较高,同时对于在上网浏览、VOD点播、IP电话、网络会议等方面功能在多用户(几十个用户)并发的情况下功能实现很不稳定,仍不能满足人们“稳定性好、高品质、低成本、易上手”的要求。当然,许多公司已推出多种嵌入式操作系统,其中Linux操作系统是比较受欢迎的一种,许多公司和个人已开发了许多单一功能的支持该系统的应用程序,而且技术效果较好。但是,其综合功能、使用方便性以及稳定性等方面都较之Windiws9x尚存一定差距。
本发明的发明目的是为了提供一种由无盘网络电脑组成的系统,它通过网络能分阶段根据需要动态嵌入操作系统文件,其组网成本低、操作简单、维护方便,而且有很高的运行效率、兼容性、稳定性和可靠性。
为了实现上述目的,本发明提供了一种由多台网络电脑组成的网络系统,以多台网络电脑为客户端,通过网线、集线器或交换机与网络服务器组成网络,所述网络电脑利用启动芯片(BootRom)经网线登录到所述网络服务器,所述网络电脑共享使用的操作系统文件和应用程序文件存储在所述网络服务器上;其特点在于:所述网络电脑共享的操作系统和应用程序为单机版;所述网络电脑内存可形成一个存储所述操作系统内核文件的虚拟操作系统;所述网络电脑可利用所述虚拟操作系统正常启动,执行读写文件时所需要的其他驱动程序文件和应用程序文件可通过引导从所述网络服务器以文件传输方式动态嵌入到所述网络电脑的内存中。
上述的网络系统,其特点在于:所述网络电脑所需的操作系统是存储在所述网络服务器的内存(DRAM)中,或者存储在所述网络服务器的电子盘或硬盘中。将无盘网络电脑的操作系统盘存储在服务器的内存中,可大大提高该操作系统文件的传输速度和在无盘网络电脑形成动态嵌入操作系统的速度。同时,以进一步保证网络电脑的系统稳定性、安全性和易维护性。
上述的网络系统,其特点在于:在所述服务器的内存中存在一个与所述网络虚拟操作系统相对应的操作系统盘。可充分利用服务器的处理能力,减少网络电脑读写操作系统文件对CPU资源的占用,并可减少网络电脑读写系统文件可能发生的错误。
上述的网络系统,其特点在于:所述网络为局域网络,可执行IPX/SPX、TCP/IP协议。上述的网络系统,其特点在于:所述启动芯片中存有RPL运行程序(RPLBootRom),所述服务器的支持操作系统为WindowNT/2000、Linux和NetWare,所述网络电脑的操作系统为Window9X或者Linux。将WindowNT/2000(Linux)和NetWare两个操作系统集成可充分利用两个系统的优点,在向无盘网络电脑传输操作系统文件时充分利用了NetWare系统的高稳定性和高速传输性,在实现无盘网络电脑应用功能方面又可充分利用WindowNT/2000支持的TCP/IP协议和强大的Window9X操作系统功能。此外,采用Linux系统又可充分利用国际互联网络上大量公开的免费Linux系统驱动程序和应用程序文件,从而优化操作系统管理和数据处理功能,从而大大降低网络系统软件平台的成本。
上述的网络系统,其特点在于:所述操作系统内核文件为正常启动该操作系统不可缺少的系统文件。如,正常启动Window9X和Linux的必要的系统文件。内核文件一般较小,如,Window9X一般为14-16M,支持英文的稍小,支持中文的稍大一些;而Linux仅有500K左右,不超过1M。将客户机单机版操作系统分解成内核层文件、其他操作系统文件(包括大量应用程序文件)两部分,先将该操作系统的内核文件通过指令考入网络电脑的内存中,从而使网络电脑能在BIOS驱动程序的引导下正常启动单机版式操作系统,再根据应用需要从服务器调入相应其他操作系统文件。采用利用Linux作为无盘网络电脑的操作系统,可利用Linux小内核操作系统的特点,优化无盘网络电脑内存操作系统的设置与管理。
上述网络系统,其特点在于:所述网络电脑为一种Intel X86系列兼容机,主板由486以上CPU、Chipset组、Bios芯片、内存、声/视频信号处理组件以及数据输入/输出接口组成,其动态存储器内存容量为32M以上,如64M、128M。对原486主板结构进行改进,使其支持大容量内存,同时将声/视频信号处理组件、数据输入/输出信号处理组件通过多层结构固化在主板上,从而可大大减少主板结构尺寸,降低系统硬件平台制造成本,为提高网络系统功能、无盘网络电脑应用功能以及优化内存操作系统读写文件方式创造了硬件条件。
上述的网络系统,其特点在于:所述操作系统文件是以压缩格式存储的。将操作系统文件和应用程序文件以压缩格式存储和传输不仅可以提高动态嵌入操作系统文件的传输文件速度,也可以大大减少内存存储容量,为优化内存操作系统生成方式创造条件。在内存中读写压缩文件时,可以边解压边读写,还可以直接读写压缩格式文件。
上述的网络系统,其特点在于:所述网线为数据线或电话线,所述网络电脑安装有RJ45或RJ11数据输入/输出接口,并通过所述主板上相应的数据输入/输出处理模块与所述Chipset芯片组的PCI总线连接。
上述的网络系统,其特点在于:所述数据输入/输出处理模块为支持Ethernet以太网和SDSL或者HomePNA协议的数据输入/输出处理芯片组。采用数据线需要重新布线,而采用电话线只需在服务器、交换机、无盘电脑上相应安装电话/数据信号滤波群组和相应数据压缩/解压芯片组,即可实现利用电话线进行组网。
上述的网络系统,其特点在于:所述网络服务器由启动服务器、文件服务器和代理服务器组成,所述启动服务器以只读方式存储所述网络电脑启动所需操作系统内核文件,所述文件服务器存储除所述操作系统内核文件以外的其他操作系统文件和应用程序文件,所述启动服务器、文件服务器和代理服务器通过Ethernet以太网方式连接。
通过对现有硬件平台的重新设计,优化无盘网络电脑操作系统结构和内存操作系统文件设置和操作系统文件调用方法,使网络硬件/软件平台技术性能更加可靠、稳定,网络和无盘网络电脑易操作性和多软件兼容性大大提高。采用该网络系统的组网方式可以大大减少硬件/软件投资成本。此外,该机不仅可以预防计算机病毒通过软盘侵入网络,还有效地防止服务器中的数据被非法拷贝,加强了网络安全性。无盘网络电脑通过服务器和交换机,采用动态嵌入式生成X86系列机操作系统,可以最大限度地利用目前市场上最为流行的操作系统和各种应用程序,不会对使用该操作系统的硬件环境提出较高的要求,而且可以使用最为流行的X86系列兼容计算机平台使硬件的制造成本大大降低,从而克服现有技术方案中存在的诸多问题。
采用本发明选择的硬件系统可以最大限度地实现本发明目的,并且可以结合市场用户的新需求,由于采用动态嵌入方式形成操作系统,可以使无盘电脑具备一般家电使用方便、免维护的特点,同时可随意开机/关机,具有自动愈合网络连接等功能。该无盘电脑已完全具备了高档PC机的特性,可以完全兼容PC机十分丰富的软件资源。由于系统及相关应用软件在内存中运行,整机性能得到充分的优化和提高,系统稳定性也大大提高,还可以避免以往操作系统与硬盘多次读写连接过程可能出现的不稳定现象。
下面结构附图进一步说明本发明的实施例。
图1是本发明所述网络系统总体应用范围示意图
图2是本发明所述动态嵌入式操作系统的层次结构示意图
图3是本发明网络服务器与网络电脑动态嵌入操作系统连接方式示意图
图4是本发明所述网络系统的具体实施方案示意图
图5是本发明所述无盘网络电脑硬件平台结构示意图
在图1、2、3、4、5中,本发明的一个具体实施方案:一种由50-100台无盘网络电脑1、数据线、以太网交换机40、代理服务器10、文件服务器20和启动器30组成局域网络系统,该网络系统通过代理服务器与广域网Internet国际互联网联接。在本实施例中,服务器端的硬件环境:服务器主机可以是目前常用的各种中、高档服务器,可以是单CPU或多CPU,一般高档PC服务器也可以满足要求。网络适配器:快速以太网适配器、ATM适配器或千兆以太网适配器;内存:128-1G。文件服务器20:运行WEB服务器和数据库管理系统的服务器要求基本内存128MB;提供教学节目服务(播放服务)的文件服务器要求内存不小于128MB。存储系统:视频点播涉及到大量视频数据的存储和众多用户对视频教学节目的并发访问,因而,存储系统的存储容量和I/O性能是系统的重要考虑因素。为此在本系统中,采用多磁头的阵列磁盘存储视频教学节目。同时,为满足低成本投入的要求,本系统也可支持直接使用视频服务器的SCSI硬盘存储视频点播教学节目。服务器端的软件环境:启动服务器30采用NetWare操作系统;文件服务器20和代理服务器10均采用WindowsNT ServerV4.0 pack 4或Windows2000中文系统。WEB文件服务器:微软Internet informationservices V4.0或以上版本;数据库管理系统:微软SQL Server V6.5或以上版本,支持其它通用数据库管理系统;视频点播文件服务器软件包:IE Mediaplayer,Realplayer,MPEG4插件,其它应用插件。系统允许管理员视网络规模,用户数目、硬件性能的具体情况,选择软件安装方案,如:可将它们安装在同一台NT服务器上,或者配置它们为单独运行;同时,它支持为系统配置多个视频服务器。上述软件在视频点播系统的作用分别为:数据库系统:维护和管理教学节目数据库;WEB文件服务器:提供多媒体信息服务支持;视频服务器:提供视频服务支持;教学节目服务器:管理用户数据、视频教学节目信息,控制教学节目播放。在本发明的系统应用中,为了完成多客户机的并发启动以及效率,采用了NOVELL的RPL远程启动方式,因为NOVELL网络对文件的传输效益极高,从而解决了多用户并发启动的问题。
在图5中,客户端的硬件环境:无盘网络电脑1可配有VGA显示器或普通彩色电视机。该无盘网络电脑1为一个Intel X86系列兼容机,主板上安装有486CUP、Chipset芯片组、Bios启动芯片、内存、声/视频信号处理芯片组件,在壳体上安装有RJ45/RJ11、VGA、A/V、并口、串口、PS、键盘、USB、电源等插接口。网络适配器可以支持以太网、DSL、HomePNA数据传输协议,其中动态存储器内存容量可采用64M、128M。在本实施例中,本发明所采用的无盘电脑1采用了CYRIX MEDIAGXM处理器,该处理器可将声音、PCI控制I/O控制和图像处理集合成一体。该处理器的芯片组的读盘能力较差,在实际应用中,如果单体机运行硬盘中时需要占有很大的CPU资源,使得CPU运算工作能力减弱。考虑到在本发明的网络体系中无盘电脑1读取数据是通过网络进行的,其所依靠的是服务器强大的工作能力,数据的传输并不占用CPU的多大资源,故用户端CPU的运算能力能集中使用,由此显得比同等级别的单体计算机的运算能力、执行程序以及启动程序的能力大大提高。
在图1中,主干交换机40为确保高质量视频数据传送,必须在传输通道上分配或保留足够的网络资源。本发明中,交换式以太网是一种最基本的网络选择。交换式以太网使用以太网交换机进行数据包交换和传输,可以提高网络性能。主干交换机可选用快速以太网交换机、或千兆以太网交换机,具体方案视视频节目点播业务规模确定。此外,本发明的另一实施中,也可接入其他支持以太网协议的交换机(X-thernet Switch),接入交换机用于提供用户接入的功能,X-thernet接入可以使用现存电话线路接入,同时提供10/100Mbps以太网接口。
在图2中,本发明对客户端所用操作系统进行了处理,将操作系统文件分为内核操作系统文件和非内核操作系统文件两部分,其中内核操作系统文件是正常启动该操作系统不可缺少的必要文件,非内核操作系统文件包括一部驱动应用程序的支持文件和根据功能需要捆绑在一起的应用程序文件。以Windows9X的小内核版本,即能完成从实模式到图形界面的基本文件。以Windows95为例约有14-16M,Windows98约有18M,Linus系统的内核约500K左右再加上运行库约16M。在本发明中,操作系统的内核文件被写入在启动服务器30的Flash内存中,并以只读方式存储。其他非内核操作系统文件被存储在文件服务器20中。为了更好地提高网络电脑1读写操作系统文件的速度,本发明将操作系统文件均放置在服务器和网络电脑的内存中,通过服务器与网络最脑内存之间的文件快速传输实现操作系统的动态生成。同样,对操作系统文件采用压缩/解压方式存储/读取和文件传输也能加快网络电脑1读写操作系统文件的速度。由于内核文件通过压缩使文件量进一步缩小,也可使网络电脑的内存操作系统设置与管理进一步优化。由于操作系统内核文件是以只读方式存储在服务器的内存中,如果网络电脑1发生操作错误、传输错误或内存处理错误等,只要重新启动网络电脑1,网络电脑1就会通过远距启动芯片,重新将启动服务器20中的操作系统内核文件考入本机内存生成新的操作系统内核文件,重新启动该操作系统盘就可十分方便地清除已发生的一切错误。
本发明在无盘网络电脑内存操作系统生成方式上,还有另一种专用于windows系统的实施方案:由于WINDOWS系统采用的是虚拟内存管理机制,单机的虚拟内存是在本机的硬盘,使读写工作过程大量占用本机的CPU资源。在本发明的网络体系中,采用了网络虚拟内存技术,网络电脑1只是发出指令以及接收数据进行运算,而虚拟内存的读盘/写盘全过程可以通过服务器的内存来分担。故此,网络电脑1显得比单体机效率更高。在本实施例中,本发明采用的WINDOWS的虚拟内存除了利用Himem.sys,Emm386.exe,devicehigh.loadhigh和memmaker.exe等命令对内存进行优化外,在386增强模式中,也利用了虚拟内存管理机制,即使用交换文件来模拟额外的物理内存,从而提高WINDOWS的性能。
网络电脑1为了提高效率和稳定性,采用了在网络服务器上虚拟磁盘,有效提供了在大量数据反复读写操作盘占用CPU资源的问题,将这些工作由功能强大的服务器端代替,当大量多用户并发工作时,则可利用服务器的大容量内存中提供虚拟内存缓冲。当然,在网络电脑1的内存中虚拟系统操作盘也是类似的一种实施方案。此外,把系统重要的动态链接库文件,设定在对网络电脑1有利的查找途径和位置。部份重要的动态链接库,可采用保护模式,新的应用软件安装后不能更改,从而减少DLL文件冲突的可能,本发明在启动服务器20上存储的操作系统内核文件就是以只读方式存储的。
WINDOWS虽然突破了DOS的常规640K常规内存的极限,但WINDOWS在内存管理上也存在其本身的不足,一是它允许程序占用前1MB的内存,而该区实际上是为一些特殊的需求留用的资源,如果该区域被占用,当这些特殊的需求出现时,WINDOWS往往发现资源已被用尽了;二是WINDOWS还要保持、跟踪大量的自身需要以及正在运行当中的WINDOWS应用程序的用户界面信息,这样,在系统资源局部堆栈中就难有足够的空间来容纳有可能想要运行的所有运行程序的相关信息。三是偶尔可能出现耗尽内存的情况,WINDOWS保持7层系统资源局部堆栈,每层都有单独的16位指针寻址,即每层堆栈不超过64K,每一栈中都包含有对WINDOWS系统正常运行致关重要的信息,当其中任何一个堆栈的自由空间少于30%,系统的运行速度就会明显降低,同时,系统变得很不稳定。各方面显迟钝无力。频繁地出现内存溢出现象。实际上此时可能还有数以兆计的系统内存没有被使用。如果某个应用程序或驱动程序不正确,使用了其中的一个资源栈,而导致栈被充满时,WINDOWS就会崩溃,即出同保护性错误GPF(GENERAL PROTEATION FAILURE),当系统中增加一个新的应用程序,一个带驱动程序的硬件或是重新对系统进行配置时,最容易出现GPF,其中显示驱动程序可能是GPF的可能根源之一。由于本发明在采用了内存虚拟磁盘方式,使硬盘出现的错误、交叉连接的文件以及丢失簇故障的可能性大为降低,也在一定程度上减少了GPF的出现。
本发明所示的无盘电脑网络系统具有如下优点:集中式的网络管理,系统管理维护方便;降低了软件使用成本;本机运算能力的强力提升;提高了系统的稳定性;系统操作简单;有效降低总拥有成本(TCO);系统的可扩展性强;具有个人电脑完整的功能;系统升级方便;系统对网络的连接质量要求低,适合各种网络环境;支持服务器群组,整个系统具有灵活的扩展性;负载平衡功能提高网络体系运行效率;多媒体交互业务的实现;软件资源丰富,开发工具众多,开发容易;安全加密使网络传输更安全可靠;客户端没有存储设备,强大的终端服务器管理功能有效防止关键数据丢失。