徐偉1， 李重2

（1.紹興職業技術學院 信息工程學院，浙江 紹興 312000；2.浙江理工大學 數學科學系，浙江 杭州 310018）

摘要：高校教室計算機大多采用Windows操作系統，使用幾年後必定會因運行速度變慢而影響使用效率。為了在不增加硬件成本的前提下讓計算機能夠在長時間内保持較高的性能，從而延長計算機教室的使用期限，本文以基于UNIX/Linux的操作系統為例，結合Vmwarer Workstation虛拟化技術，在Windows和Linux兩種操作系統平台做了相關測試。實驗結果表明，Linux操作系統結合Vmware虛拟化技術能夠顯著提升計算機各方面的性能，這種技術适用于高校計算機教室。

0引言

高校的計算機教室有個通病，隻要使用三、四年後，運行速度會變得越來越慢，而且系統也會變得越來越不穩定，影響了課堂教學效果。究其原因，一是由于計算機教室一般都采用微軟的Windows操作系統，Windows操作系統以漏洞多、病毒多、木馬多著稱［1］，系統比較脆弱，而且Windows采用注冊表的方式存儲軟、硬件配置數據［2］，因此計算機使用時間越久注冊表越臃腫，速度變慢是必然的；二是由于不同專業、不同課程所需的軟件不相同，計算機教室必然要安裝各種軟件供不同課程使用，各種軟件的安裝容易造成沖突而使計算機變慢、不穩定［3］。而其實對于一門課程而言，隻需安裝其中一個或幾個軟件就可以了，完全可以避免軟件沖突。基于這些思路，要解決計算機越來越慢的問題，可以從更改操作系統和采用虛拟化技術兩方面來進行。

1操作系統分析

針對操作系統問題，嘗試采用基于UNIX操作系統來替換Windows操作系統，因為UNIX比Windows更具有優勢。

1.1UNIX比Windows系統更具創新積累性

Windows是微軟公司推出的操作系統，它誕生于1985年，最初是MSDOS之下的桌面環境，而後其逐漸發展成為個人電腦和服務器操作系統，并最終取得了個人電腦操作系統的壟斷地位。而UNIX操作系統是一個強大的多用戶、多任務操作系統，支持多種處理器架構，按照操作系統的分類，屬于分時操作系統，最早由KenThompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的貝爾實驗室開發，1991年Linus Benedict Torvalds在UNIX基礎上開發了圖形化操作系統Linux。

許多基于UNIX的操作系統是開放源碼的，如Linux、FreeBSD、OpenBSD等，開放源碼的優勢是使軟件開發者可以在前人的基礎上進行創新，其開發模式是開放和連續的，源碼經過衆多用戶的檢驗和改進。而Windows保密源碼的限制使軟件之間難以相互借鑒，而且軟件錯誤難以及時發現，造成操作系統漏洞較多，補丁更新頻繁，防火牆、防垃圾軟件、防間諜軟件占用了大量的系統資源。

1.2UNIX比Windows系統更具健壯性

随着Windows操作系統使用時間的增加，注冊表會無限膨脹，使操作系統越用越慢。Windows系統程序與應用程序不是相對獨立的，軟件崩潰容易造成系統的癱瘓、宕機，而Linux是一個單塊式的操作系統，操作系統通常在用戶進程的内存空間内進行，免去了發生系統調用時的進程切換開銷。Linux支持内核級的線程，但它将線程定義為進程的另一個“執行上下文”，從而簡化了進程/線程之間的關系和調度程序的設計［4］。Linux一般不開放ROOT遠程權限，即使系統被外界入侵，危害性也相對較小。另外在開源系統中計算機病毒無法隐身，病毒在Linux沒有寄生的土壤，免去了病毒造成的危害。

1.3UNIX比Windows系統IO性能更佳

IO性能是影響計算機速度的主要因素之一，因此IO接口處理技術也是關鍵點。在Windows平台下，IO模型是IOCP（IO Completion Port）模型［5］，而Linux采用Epoll模型［6］。兩者都是處理異步IO的高效模型，都可以通過指針攜帶應用層數據，Epoll主要具有以下三種優勢：

（1）在IOCP模型中，應用層數據可以通過單句柄數據和單IO數據與IOCP底層通信；而在Epoll裡，可以通過epoll_data裡的“void *ptr”來傳遞信息。這種指針傳遞的信息不僅能說明發生了什麼樣的事件，同時還說明了這次事件所操作的數據是哪些，擴展了IO接口處理能力。

（2）Epoll模型為内核處理大批量文件提供了多路複用IO接口，它無須遍曆整個被偵聽的描述符集，隻需遍曆那些已被内核IO事件異步喚醒并加入Ready隊列的描述符集合，可顯著提高程序在大量并發連接中隻有少量活躍的情況下的系統CPU利用率。

（3）Epoll模型除了提供select/poll的水平觸發（Level Triggered）事件外，還提供了邊緣觸發（Edge Triggered），這就使得用戶空間程序有可能緩存IO狀态，減少epoll_wait/epoll_pwait的調用，提高應用程序的IO處理效率。

2虛拟化技術選擇

解決因計算機軟件安裝多而造成軟件沖突問題的方法是為每門課程分别建立獨立的虛拟機運行環境，即采用虛拟化技術。當前虛拟化技術已從純軟件逐步深入到處理器級虛拟化、操作系統級虛拟化以及存儲級虛拟化，代表技術為Intel Virtualization Technology for Directed I/O，簡寫為Intel VT-d。AMD公司采用AMD-V同樣用于x86平台。主流的虛拟化技術主要包括服務器虛拟化、應用虛拟化、桌面虛拟化。

2.1服務器虛拟化

服務器虛拟化主要分為兩種：“一虛多”和“多虛一”。“一虛多”是一台服務器虛拟成多台服務器，即将一台物理服務器分割成多個相互獨立、互不幹擾的虛拟環境［7］，這種技術比較适合計算機教室。“多虛一”就是多個獨立的物理服務器虛拟為一個邏輯服務器，使多台服務器相互協作，處理同一個業務，這種技術适合構建高性能的服務器集群。另外還有“多虛多”的概念，就是将多台物理服務器虛拟成一台邏輯服務器，然後再将其劃分為多個虛拟環境，即多個業務在多台虛拟服務器上運行，這種技術可以為桌面虛拟化技術提供後端服務。

2.2應用虛拟化

應用虛拟化的原理是基于應用/服務器計算A/S架構，采用類似虛拟終端的技術，把應用程序的人機交互邏輯（應用程序界面、鍵盤及鼠标的操作、音頻輸入輸出、讀卡器、打印輸出等）與計算邏輯隔離開來［8］。在用戶訪問一個服務器虛拟化後的應用時，用戶計算機隻需要把人機交互邏輯傳送到服務器端，服務器端為用戶開設獨立的會話空間，應用程序的計算邏輯在這個會話空間中運行，把變化後的人機交互邏輯傳送給客戶端，并且在客戶端相應設備展示出來，從而使用戶獲得如同運行本地應用程序一樣的訪問感受。

2.3桌面虛拟化

桌面虛拟化依賴于服務器虛拟化，在數據中心的服務器上進行服務器虛拟化，生成大量的獨立的桌面操作系統（虛拟機或者虛拟桌面），同時根據專有的虛拟桌面協議發送給終端設備［9］。用戶終端通過以太網登錄到虛拟主機上，隻需要記住用戶名和密碼及網關信息，即可随時随地地通過網絡訪問自己的桌面系統，從而實現單機多用戶。

綜上所述，計算機教室一般采用服務器虛拟化與桌面虛拟化技術相結合的方式。但在老舊計算機教室升級或改造時，在不增加額外設備的情況下，可以采用技術簡明、兼容性佳的VMware Workstation服務器虛拟化技術，該技術允許用戶選擇某個特定的操作系統。

3實驗驗證

實驗以Linux内核的麒麟Ubuntu Kylin與Windows為操作系統平台，采用相同版本号的VMware Workstation虛拟機平台，在相同虛拟機操作系統鏡像下，用PassMark PerformanceTest測試CPU、Graphics、Memory、Disk、開機時間等相關運行數據，并進行比較分析。

3.1實驗環境

計算機硬件平台：CPU采用英特爾Core i3-4150 @ 3.50 GHz處理器、内存采用4 GB(Crucial DDR3 1 600 MHz)、硬盤采用希捷 ST500DM002-1BD142(500 GB/7 200 r/min)、顯卡采用英特爾HD Graphics 4400闆載。操作系統分别采用中國版麒麟Linux Ubuntu Kylin 14.10和Windows 7 SP1 64位虛拟機平台：VMware Workstation 10 for Linux 、VMware Workstation 10 for Windows。虛拟機操作系統：Windows 7 SP1 32位。測試軟件：PassMark PerformanceTest 8.0。

3.2實驗過程

(1)在相同硬件平台的計算機上分别安裝Linux Ubuntu Kylin 14.10和Windows 7 SP1 64位操作系統。

(2)在Ubuntu Kylin 14.10操作系統上安裝VMware Workstation 10 for Linux虛拟機平台，在Windows 7 SP1 64位操作系統上安裝VMware Workstation 10 for Windows虛拟機平台。

（3）将事先安裝好PassMark PerformanceTest 8.0的虛拟機Windows 7 SP1 32位，分别拷入Ubuntu Kylin 14.10和Windows 7 SP1 64位操作系統。

(4)在不同操作系統環境下，運行VMware Workstation 10，并确保虛拟機的所有選項、參數都一緻。分别加載虛拟機操作系統Windows 7 SP1 32位。

(5)在兩種操作系統的虛拟機中運行PassMark PerformanceTest 8.0，并記錄數據，如表1所示。

用同樣的方法測驗了D409教室中的計算機，該教室計算機CPU采用i3-2100 @ 3.10 GHz處理器，測試數據如表2所示。

4結論

實驗數據表明,在Linux和Windows操作系統下,虛拟機性能除了内存測試數據Windows略勝外，在CPU、Graphics、Disk、開機時間等測試數據上，Linux系統更優，特别是I/O性能方面，Linux遙遙領先，導緻兩者綜合分數Linux比Windows高出近5倍。因此，在計算機性能上，基于UNIX虛拟化技術相比Windows更具有優勢。由于目前像Linux這樣的類UNIX系統的應用軟件較少，且沒有特定的技術支持廠商，不太适用于個人電腦，但這種技術适用于高校計算機教室這種場合。

參考文獻

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