基于Virtual Box的Linux教學(xué)及實驗環(huán)境的構(gòu)建

1.引言

當(dāng)前，Linux已成為全球應(yīng)用發(fā)展增長最快的操作系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍非常豐富，如在系統(tǒng)級的數(shù)據(jù)庫、消息管理和Web應(yīng)用方面，在各種嵌入式開發(fā)方面，在桌面辦公方面等。業(yè)界許多大公司對Linux專業(yè)人才更是求賢若渴。為適應(yīng)企業(yè)對人才的需要，目前在普通高等院校的很多理工類相關(guān)專業(yè)中紛紛開設(shè)Linux課程。

教師在實際的教學(xué)中多數(shù)在Windows XP系統(tǒng)中采用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，無法方便地在兩種操作系統(tǒng)之間切換，影響了對Linux的實際操作演示，進(jìn)而影響教學(xué)效果。在實驗環(huán)節(jié)，由于條件限制，不能單獨建立專門的實驗室，只能在現(xiàn)有機(jī)房里的機(jī)器上安裝Linux。雖然可以在一臺計算機(jī)中安裝雙系統(tǒng)，但會造成機(jī)器效率降低，一些實驗也容易將原有的軟硬件設(shè)備造成影響或損壞。

為解決這些問題，采用虛擬機(jī)技術(shù)來構(gòu)建教學(xué)和實踐環(huán)境不失為一種行之有效的方法。

2.虛擬機(jī)的特點及其在Linux教學(xué)、實驗的優(yōu)勢

百度百科上對虛擬機(jī)(Virtual Machine)的定義：指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機(jī)系統(tǒng)。

其用途是，通過虛擬機(jī)軟件，可以在一臺物理計算機(jī)上模擬出一臺或多臺虛擬的計算機(jī)，這些虛擬機(jī)完全就像真正的計算機(jī)那樣進(jìn)行工作，例如你可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等等。對于你而言，它只是運行在你物理計算機(jī)上的一個應(yīng)用程序，但是對于在虛擬機(jī)中運行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺真正計算機(jī)。

通過此虛擬機(jī)技術(shù)，教師可以順利地完成教學(xué)任務(wù)，學(xué)生可以進(jìn)行相應(yīng)的實驗操作。同時虛擬機(jī)上的實驗操作不會影響物理計算機(jī)的安全。

3.虛擬軟件的選擇與新建Linux虛擬機(jī)

常用的虛擬軟件有VMWare、微軟的Virtual PC、VMLite和近幾年發(fā)展很快的Oracle VM VirtualBox。

與Vmvare和Virtual PC對比，選擇VirtualBOX的理由：

(1)安裝程序體積小。相對于VMware好幾百兆的安裝程序VirtualBox不到百兆的安裝程序（VirtualBox-4.1.22-80657-Win版本90.5M）算是比較小巧。

(2)免費，開源。這個好處太具誘惑力了，不需要像VMware一樣去網(wǎng)絡(luò)上找破解版或者序列號，省事又舒心。

(3)多平臺支持特性。VirtualBox可以在Linux、Mac或Windows主機(jī)中運行。

(4)功能簡單實用，配置簡單，備份系統(tǒng)，共享文件，虛擬化技術(shù)支持都不缺，而且有中文版本，方便不熟悉英文的用戶。

因此，小巧免費的、功能支持豐富的VirtualBox比其他兩個更適合普通的電腦玩家使用，成了虛擬機(jī)軟件的新寵。VirtualBox下載官方網(wǎng)站：https://www.virtualbox.org/。

4.Linux操作系統(tǒng)平臺的搭建

4.1 Linux虛擬機(jī)的安裝

第1步：新建虛擬電腦

為即將新建的虛擬電腦輸入一個名稱，并指定虛擬電腦上即將安裝的操作系統(tǒng)類型。例如：名稱：Linux_pc；操作系統(tǒng)：Linux；版本：Fedora

第2步：內(nèi)存設(shè)置

指定虛擬電腦可用內(nèi)存大小，單位為：MB，建議分配的內(nèi)存大小是768M。

第3步：創(chuàng)建新的虛擬硬盤

請選擇您想要用于新建虛擬磁盤的文件類型。文件類型選擇VDI(Virtual Box磁盤映像)；虛擬磁盤存儲細(xì)節(jié)，選擇默認(rèn)的動態(tài)分配；在文本框中添加完整路徑名稱：F:Linux_pc.vdi或點擊旁邊文件夾按鈕進(jìn)行選擇；選擇虛擬磁盤大小，默認(rèn)為8G。

最后，單擊“創(chuàng)建”按鈕。

4.2 在新建的虛擬機(jī)上安裝Linux操作系統(tǒng)

安裝步驟如下：

在Virtual Box管理器中出現(xiàn)了虛擬機(jī)的名稱，如Linux_pc，點擊“設(shè)置”按鈕，出現(xiàn)對話框。選擇“存儲”選項，添加新光驅(qū)到IDE控制器，單擊“選擇磁盤”，找到指定位置的Fedora安裝鏡像文件，如：Fedora-17-i686-Live-Desktop.iso(下載地址為：http://fedoraproject.org)，單擊“確定”按鈕；

回到管理器界面，單擊“啟動”按鈕；

選擇“Install to Hard Drive”即安裝到硬盤上；

選擇系統(tǒng)適合的鍵盤，例如：U.S.English；

選擇“Basic Storage Devices”；

選擇“Yes,discard any data”放棄任何數(shù)據(jù)，給電腦命名Hostname:，例如：MyLinux；

選擇在你的時區(qū)離你最近的城市，例如：Harbin，Asia(Heilingjiang(except Mohe),Jilin)；

給Root用戶設(shè)置密碼Root Password；

接下來就是等待拷貝到hard drive，顯示信息“Copying live image to hard drive”。

安裝完畢，單擊“Root”按鈕進(jìn)行重啟，然后按F12選擇從“硬盤”啟動就可以了。

最后幾步完成安裝就可以了，包括：創(chuàng)建用戶、輸入用戶名及密碼，設(shè)置日期和時間，最后完成了。

4.3 VirtualBox虛擬機(jī)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

Linux操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，如文件和目錄、常用操作命令、Shell編程等，在單機(jī)環(huán)境下即可完成。針對服務(wù)器配置與管理，需要配置網(wǎng)絡(luò)。

VirtualBox提供了四種網(wǎng)絡(luò)接入模式：

(1)NAT(NAT，Network Address Translation)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式

VirtualBox虛擬出一個路由器，為虛擬機(jī)中的網(wǎng)卡分配參數(shù)，如：

IP地址 10.0.2.15 子網(wǎng)掩碼255.255.255.0

廣播地址 10.0.2.255 默認(rèn)網(wǎng)關(guān)10.0.2.2

DNS服務(wù)器與主機(jī)中的相同；DHCP服務(wù)器10.0.2.2

其中10.0.2.2分配給主機(jī)，也就是用主機(jī)作網(wǎng)關(guān)，利用主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)訪問Internet。虛擬機(jī)通過10.0.2.2能訪問主機(jī)中搭建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，但是主機(jī)不能訪問虛擬機(jī)中搭建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（需要用端口轉(zhuǎn)接才能訪問）。同時，使用NAT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的各個虛擬機(jī)之間也不能相互訪問，因為它們的IP地址都是10.0.2.15。即使設(shè)置在NAT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)卡為手動指定地址。

(2)Bridged Adapter橋接模式

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的虛擬網(wǎng)卡與主機(jī)中的網(wǎng)卡屬于同一個等級，就像真實存在的網(wǎng)卡接入了你主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)中一樣。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中虛擬網(wǎng)卡獲得的參數(shù)由主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分配，虛擬機(jī)與主機(jī)之間是否能夠通過網(wǎng)絡(luò)相互訪問也由主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境決定，當(dāng)然，同時設(shè)置了Bridged networking網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)互訪也由主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境決定。

(3)Internal內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)模式

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為設(shè)置了Internal networking網(wǎng)路環(huán)境的各個虛擬網(wǎng)卡提供了一個與主機(jī)隔絕的虛擬局域網(wǎng)。在Internal networking中的網(wǎng)卡不能自動獲得任何參數(shù)，除非手動設(shè)置或者在Internal networking網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的另一臺虛擬機(jī)中架設(shè)DHCP服務(wù)器。在Internal networking中，各個設(shè)置為Internal networking網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬機(jī)之間可以任意訪問（虛擬機(jī)防火墻允許條件下），但不能訪問主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)甚至Internet。

(4)Host-only Adapter主機(jī)模式

默認(rèn)情況下Host-only networking網(wǎng)絡(luò)環(huán)境利用VirtualBox虛擬出的DHCP服務(wù)器，為在Host-only networking中的虛擬網(wǎng)卡分配參數(shù)：

IP地址 192.168.56.101 --- 254子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0

廣播地址 192.168.56.255

默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 無

DNS服務(wù)器 無

DHCP服務(wù)器 192.168.56.100

其中192.168.56.1分配給主機(jī)，主機(jī)能ping通各個Host-only networking下的虛擬機(jī)，但虛擬機(jī)不能ping通主機(jī)。在Host-only networking網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，主機(jī)網(wǎng)卡與各個Host-only networking虛擬網(wǎng)卡構(gòu)成一個局域網(wǎng)，主機(jī)能訪問各個虛擬機(jī)（虛擬機(jī)防火墻允許條件下），各個虛擬機(jī)之間也能相互訪問，但各個虛擬機(jī)都不能訪問Internet。

5.結(jié)語

通過實踐證明，利用VirtualBox虛擬技術(shù)能夠很好地完成Linux操作系統(tǒng)教學(xué)任務(wù)，操作方便，簡單可行。學(xué)生在此環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)和實踐操作，提高了學(xué)習(xí)興趣和動手能力，從而達(dá)到良好的實踐教學(xué)效果。

[1]蕭益民.用虛擬機(jī)創(chuàng)建Linux操作系統(tǒng)教學(xué)環(huán)境[J].科技信息,2011(17):151.

[2]鄒芳強(qiáng),陶俊才.Linux下虛擬多網(wǎng)卡測試平臺的實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2009,5(25):7284-7286.

[3]徐祇祥.Linux網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2009(11):24-31.

[4]陳新,王洪信,張楠,陳娜.Linux網(wǎng)絡(luò)配置[J].網(wǎng)絡(luò)與信息,2010(07).

[5]馬霞歌.虛擬機(jī)技術(shù)在Linux課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建電腦,2009(3):102-103.