李慧春

(吉林大学 公共计算机教学与研究中心,长春 130021)

0 引 言

高校实验室是进行实验教学、科学研究、人才培养的重要基地。如何高质量高效率地管理实验室，创新实验室管理方法，是实验技术人员必须认真研究与探索的问题[1-3]。本文在实验室内利用Docker技术快速搭建起来一个HTTP服务器，同一局域网内其他计算机通过浏览器访问这台服务器，可以下载各种格式的文件。这种浏览器与服务器(B/S)的架构模式，既有利于实验员在各台学生机上安装教学软件，也有利于教师随时随地分享教学课件给学生。相比于传统的U盘拷贝方式，具有节省时间，防止U盘病毒传播的优点。

1 研究背景

1.1 局域网内文件共享方法

局域网内传输文件是一种普遍性的需求，目前应用比较广的解决方案有以下几种[4-6]：

(1)操作系统自带的文件共享方式。把文件或驱动器设置为网络共享的，同一局域网内的其他电脑可以通过访问共享文件夹下载文件。这种方法虽然不需要额外安装软件，但是由于操作系统版本、组策略设置、Windows防火墙等问题，用户使用并不是很方便。

(2)专用的文件传输软件。专业软件如飞鸽传书、飞秋、Dukto等都做得很优秀。这些软件由于是局域网内进行文件传输的专业工具，所以具有操作简单，传输速度快的优点。缺点是传输双方需要安装同一个软件。

(3)FTP/WEB服务器模式。用户通过FTP客户端或浏览器访问服务器可以下载所需要的资源。目前应用比较多的有HFS(HTTP File Server)工具等。这种模式使用起来很方便，接收方只需要安装浏览器就可以了。本文方法属于此模式。

(4)其他工具，如QQ，BitTorrent，百度云网盘等。这类工具带有局域网传输文件的功能但并非仅限于局域网传输，大部分需要外网支持。它们功能强大，但针对性不强。

1.2 Docker技术简介

Docker是基于go语言实现的开源的容器引擎，诞生于2013年[7]。Docker容器是在操作系统层面上实现虚拟化，直接使用本地主机的操作系统。传统虚拟化方式下每个虚拟机都会有虚拟的GuestOS，需要额外的操作系统开销。相比起来，Docker容器更加轻量级。Docker具备的诸多优点使其发展前景被业内普遍看好。现在主流的Linux操作系统都已经支持Docker。在最近Linux基金会的调查中，Docker是仅次于OpenStack的最受欢迎的云计算开源项目[8]。

Docker的大部分操作都围绕着它的3大核心概念——镜像、容器和仓库而展开。Docker镜像可以包含一个基本的操作系统环境，里面仅安装了Apache应用程序，或用户需要的其他软件。容器是从镜像创建的运行实例。可以把Docker容器看作是一个简易版的Linux系统环境(包括root 用户权限、进程空间、用户空间和网络空间等)以及运行在其中的应用程序打包而成的盒子。Docker仓库类似于代码仓库，它是Docker集中存放镜像文件的场所。目前最大的公开仓库是官方提供的Docker Hub，其中存放了数量庞大的镜像供用户下载[9]。

Docker在主流的操作系统和云平台上都可以使用，包括Linux操作系统(如Ubuntu、Debian、CentOS、Redhat等)、MacOS操作系统和Windows操作系统，以及AWS等云平台。目前Linux操作系统对Docker的支持是原生的，使用体验最好。对于Windows操作系统来说，目前只有Win10专业版和企业版用户可以使用官方的Docker for Windows应用来安装Docker，其他版本需要通过虚拟机方式安装[10-11]。

1.3 HTTP协议原理

超文本传输协议(HyperText Transfer Protocol，HTTP)是用于从www服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议[12]。

HTTP url的格式如下

http://host[:port][abs_path]

其中，http表示要通过HTTP协议来定位网络资源；host表示合法的Internet主机域名或者ip地址；port指定一个端口号，为空则使用默认端口80；abs_path指定请求资源在服务器上的位置。

客户端发送一个url到服务器后，服务器会给予相应的响应信息。客户端接收服务器所返回的信息，通过浏览器显示在用户的显示屏上。

如果在以上过程中的某一步出现错误，那么产生的错误信息将返回到客户端，由显示屏输出。对于用户来说，这些过程是由HTTP自己完成的，用户只要用鼠标点击，等待信息显示就可以了。

2 基于Docker的HTTP服务器建设方案

2.1 Docker安装

由于实验室的计算机操作系统多为Windows，本文在实验室中选择作为HTTP服务器的计算机系统为Win10家庭版，因此需要通过在Docker官网下载Docker Toolbox来安装Docker[13]。安装过程结束后，Docker Toolbox自动在物理主机上安装了VirtualBox软件，该软件内运行了Linux虚拟机，也可以称为Docker主机或Docker虚拟机。在Docker虚拟机中可以创建Linux系统，称为容器。桌面上多出Docker Quickstart Terminal、Oracle VM VirtualBox和Kitematic 3个应用图标。其中Docker Quickstart Terminal可以启动Docker虚拟机。打开Oracle VM VirtualBox应用图标，会看到Docker默认创建的虚拟机default。

2.2 Docker虚拟机下挂载本地目录

主机上的任意文件夹都可以挂载到Docker虚拟机下。为了避免出现不必要的麻烦，文件夹和里面存放的文件名称最好不要出现中文。不失一般性，在主机的E盘建立一个文件夹，命名为FolderWin，在该文件夹下加入hello.txt和singer.rar文件。现在把FolderWin目录挂载到Docker的虚拟机下。进入default虚拟机的设置页面，添加共享文件夹，并且把共享文件夹在虚拟机中也命名为“FolderWin”，操作如图1所示。

然后在default虚拟机上点击右键，选择“显示”，进入虚拟机，输入以下命令：

cd /mnt

mkdir FolderVM

mount -t vboxsf FolderWin /mnt/FolderVM

图1 主机与虚拟机共享文件夹设置

这段命令表示：首先进入虚拟机根目录下的mnt文件夹，新建FolderVM文件目录。将物理机上FolderWin目录挂载到虚拟机上，文件系统类型为vboxsf。挂载后查看FolderVM的子目录。如图2所示，可以看到主机E:FolderWin文件夹下的文件已经可以显示出来了。此时在主机的FolderWin文件夹下再加入其它文件，在default虚拟机的/mnt/FolderVM目录下运行“ls”命令也是可以看到的。这样就达到了教师随时随地在FolderWin目录下放入文件供学生下载的目的。

图2 主机文件夹挂载到Docker虚拟机

2.3 创建Dockerfile，运行http-server

Dockerfile是构建镜像的基本方式，它通过一系列的指令来告诉Docker怎样创建和配置容器[14]。本文使用http-server程序来建立服务器。http-server是一个简单的、无需任何配置的命令行服务器，用户可以通过HTTP协议查看服务器所指定工作目录下的文件[15]。

(1)进入default虚拟机，创建一个目录，假定命名为myHTTPServer。在该目录下，用touch命令创建一个文件，命名为Dockerfile，没有扩展名。需要注意的是default虚拟机默认的工作目录是/root，它仅仅挂载在内存中，关闭系统后数据会丢失。所以最好切换到其他目录下再创建myHTTPServer目录。

(2)打开Dockerfile，在该文件中输入如下内容：

FROM ubuntu:latest

MAINTAINER abcdeabcde@example.com

RUN apt-get update

RUN apt-get install -y nodejs

RUN apt-get install -y npm

RUN npm install -g http-server

WORKDIR /usr/apps/myProjects/

CMD [“http-server”,“-s”]

这几句命令的意思是：以ubuntu:latest为基础镜像新建一个镜像。接下来是创建者的姓名和邮箱，也可以不写。然后更新apt-get工具，并使用它来安装nodejs和npm。这里使用npm工具来安装http-server。工作目录设置为/usr/apps/myProjects/。最后使用http-server命令来运行http-server。Dockerfile文件写好后保存退出即可。

(3)在myHTTPServer目录下执行如下命令：

docker build -t “spring:http-server” .

这个命令使用当前目录下的Dockerfile文件创建了一个spring:http-server的镜像，其中spring是本文示例仓库的名字，可以任意指定，http-server是镜像的标签。

(4)在Docker终端的命令行工具下，执行如下命令：

docker run -d -v /mnt/FolderVM:/usr/apps/myProjects/-p 8080:8080 “spring:http-server”

这段命令表示：启动spring:http-server程序，创建容器。通过“-d”参数，把启动的程序设置到后台运行。通过参数“-v”，把虚拟机的/mnt/FolderVM目录挂载到容器的/usr/apps/myProjects/目录，实现二者之间的数据交换。由于前面已经把主机的E:FolderWin与/mnt/FolderVM 做了对应，所以这里间接实现了主机文件夹和容器工作目录的对应。最后实现了容器的8080端口与虚拟机的8080端口的映射。命令中的前一个8080是虚拟机的端口号，后一个8080是容器的端口号。容器的端口号必须是8080，因为它是http-server对外提供服务的指定端口。

(5)为确认程序spring:http-server是否运行，可以通过执行命令“docker ps”进行查看。

2.4 设置端口转发

由于Docker的底层使用了Linux容器技术(LXC)，其实它只能运行在Linux上，而在Windows系统下要运行Docker，实际上是在虚拟机下运行的。在2.3小节中实现了容器的8080端口与虚拟机的8080端口之间的映射，还需要在VirtualBox的设置中，为NAT网络模式增加端口转发规则，把虚拟机的8080端口与主机的8080端口进行映射，如图3所示。

图3 端口转发设置

查看作为服务器的物理主机的ip，学生机在浏览器输入网址http://ip:8080,就可以访问服务器文件夹FolderWin并下载所需资料了(实验所用服务器的ip为192.168.31.14)。

3 性能测试

为了验证本文方法的性能，在实验室机房进行了文件分发性能测试。测试机房安装有40台学生机，1台教师机。学生机与教师机的配置均为：cpu型号i5-6500，4GB内存，1TB硬盘，Win10家庭版64位操作系统。所有计算机连接在2台24口H3C千兆交换机上，型号为S1224R。所有交换机连接在1台H3C路由器上，型号为S5120。

把教师机配置为本文方法的服务器。在学生机上使用IE浏览器访问服务器下载文件。为了测试多点同时下载时服务器的抗压性能，测试文件选用2.40GB的大文件。学生机下载前打开IE浏览器自带的抓包工具，下载完成后，记录下载文件所用的时间。统计结果如表1所示。

由表1可以看出，从教师机下载文件时的速度会随着学生机结点数的增多而变慢。这与局域网中计算机的网卡速率，网络环境有关系。另外，服务器在多点下载时能够稳定运行，没有出现崩溃现象。

表1 不同学生机结点下载文件花费时间表

4 结 语

本文研究并实现了一种基于Docker的实验室文件共享方法。我校由于Docker的引入，只需要简单的几步操作就可以快速搭建起来一个HTTP服务器，为实验室内其他学生机提供所需的下载文件。虽然现在能够实现局域网内文件共享的方法很多，但是本文另辟蹊径，具有一定的参考意义。未来将继续研究实验室管理的新方法。