虛擬機(jī)在Linux網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：《Linux網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)》是高職學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文從虛擬機(jī)VMware的角度出發(fā)，借助虛擬系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)教學(xué)面臨的問題，對(duì)本課程的教學(xué)模式與實(shí)驗(yàn)方法等方面進(jìn)行了新的研究和探索。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；VMware；Linux；虛擬系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP316

1 虛擬機(jī)介紹

虛擬機(jī)（Virtual Machine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬機(jī)軟件的作用就是使用戶可以在一臺(tái)物理機(jī)上模擬出一臺(tái)或多臺(tái)虛擬系統(tǒng)（Windows、Dos、Linux等），這些虛擬系統(tǒng)就像真正的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作，而且用戶可以在虛擬機(jī)中實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，例如：安裝應(yīng)用程序、磁盤分區(qū)、磁盤格式化、服務(wù)器配置與管理等。而所有這些操作對(duì)真實(shí)的計(jì)算機(jī)沒有任何影響，這意味著用戶不用擔(dān)心在管理系統(tǒng)或嘗試多操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰等問題的發(fā)生。

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware、VirtualBox、VirtualPC等。它們都能夠在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)，用于安裝多個(gè)操作系統(tǒng)。VMware是一個(gè)知名的虛擬機(jī)軟件，通過它用戶可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行2個(gè)或多個(gè)操作系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了多個(gè)操作系統(tǒng)“同時(shí)”運(yùn)行。即多個(gè)操作系統(tǒng)在主系統(tǒng)平臺(tái)上，就像標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序那樣可以運(yùn)行切換。而且對(duì)每個(gè)操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬分區(qū)、配置而不影響真實(shí)硬盤的數(shù)據(jù)，甚至可以通過網(wǎng)卡將幾臺(tái)虛擬機(jī)連接成為一個(gè)局域網(wǎng)，及其方便。因此，比較適合用戶學(xué)習(xí)和測試使用。如圖1所示。

2 Linux課程教學(xué)及面臨的問題

Linux課程旨在把課堂教的、實(shí)訓(xùn)學(xué)的和企業(yè)做的融為一體，把課程內(nèi)容、工作過程和崗位能力融為一體，以學(xué)習(xí)組建Linux系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能掌握Linux網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)系統(tǒng)的基本管理與應(yīng)用、服務(wù)器的配置與應(yīng)用為教學(xué)目標(biāo)。充分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。然而這些在傳統(tǒng)的Linux教學(xué)中并不容易實(shí)現(xiàn)。原因如下：（1）Linux系統(tǒng)機(jī)房是由學(xué)院機(jī)房管理員進(jìn)行統(tǒng)一安裝，為了避免學(xué)生機(jī)器感染病毒，或者因?yàn)閷W(xué)生的誤操作對(duì)系統(tǒng)造成損害，學(xué)院通過安裝硬盤保護(hù)卡來實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)，并且也未安裝光驅(qū)。所以學(xué)生無法完成Linux系統(tǒng)的安裝實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也無法完成系統(tǒng)管理實(shí)驗(yàn)。（2）Linux系統(tǒng)機(jī)房一旦安裝好，無法讓學(xué)生完成磁盤管理等實(shí)驗(yàn)。比如：基本磁盤管理實(shí)驗(yàn)，如果讓學(xué)生對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)和格式化，就會(huì)破壞原來的系統(tǒng)，刪除原有的數(shù)據(jù)，從而影響學(xué)院教學(xué)工作的正常運(yùn)行。動(dòng)態(tài)磁盤管理實(shí)驗(yàn)，又會(huì)因?yàn)閷W(xué)生機(jī)的硬盤通常只有一個(gè)，無法完成企業(yè)級(jí)磁盤陣列的實(shí)驗(yàn)。（3）學(xué)生機(jī)每次只能打開一個(gè)操作系統(tǒng)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的配置時(shí)，學(xué)生沒有比較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，無法當(dāng)場與windows客戶端系統(tǒng)之間進(jìn)行很好的網(wǎng)絡(luò)通信等。無法同時(shí)運(yùn)行2臺(tái)以上的Linux服務(wù)器以及客戶終端，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果無法及時(shí)得到驗(yàn)證，所以無法模擬企業(yè)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。以上問題即影響到教師的教學(xué)演示，也影響到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效果，對(duì)于學(xué)生更好的掌握企業(yè)級(jí)Linux操作系統(tǒng)的技能造成了一定的難度。近幾年來，隨著虛擬機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，這個(gè)問題得到了很好的解決。

3 虛擬機(jī)VMware在Linux課程教學(xué)中的應(yīng)用

采用最新的VMware虛擬化技術(shù)，學(xué)院建成了高度仿真企業(yè)項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境的虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境。每臺(tái)學(xué)生計(jì)算機(jī)均可同時(shí)模擬2臺(tái)以上的服務(wù)器以及客戶終端，逼真模擬了企業(yè)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。Linux操作系統(tǒng)教學(xué)可以讓學(xué)生完成“Linux網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的安裝與配置、Linux基本管理、文件系統(tǒng)管理、配置和管理磁盤、備份與還原數(shù)據(jù)、DHCP服務(wù)、DNS服務(wù)、Web管理、FTP管理、郵件管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理、防火墻的配置與管理”等12個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)。舉例如下：

3.1 虛擬機(jī)系統(tǒng)的安裝（以RedHatEnterprise5為例）。將RedHatEnterprise5的光盤制作成為光盤鏡像，學(xué)生機(jī)在安裝系統(tǒng)的過程中可以不需要安裝光盤。啟動(dòng)虛擬機(jī)，點(diǎn)擊“新建虛擬機(jī)”，選擇“RedHatEnterprise5”，選擇合適的虛擬處理器、內(nèi)存分配、虛擬硬盤等，注意選擇使用光盤鏡像來安裝Linux。點(diǎn)擊“編輯虛擬機(jī)設(shè)置”，在“硬件”標(biāo)簽頁中點(diǎn)擊“CD-ROM1（IDE1：0）”，勾選右側(cè)的“使用ISO映象”，點(diǎn)擊“瀏覽”選擇ISO文件后確定，此時(shí)的光盤鏡像即可替代光驅(qū)的作用。然后可以安裝虛擬機(jī)Linux。安裝好的系統(tǒng)即以一個(gè)文件的形式存放在物理機(jī)Windows系統(tǒng)中。

3.2 虛擬機(jī)系統(tǒng)的快照功能。將RedHatEnterprise5的很多實(shí)驗(yàn)，比如基本磁盤管理、動(dòng)態(tài)磁盤管理、系統(tǒng)的密碼恢復(fù)、系統(tǒng)引導(dǎo)程序的回復(fù)等很多實(shí)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)具有很大的危險(xiǎn)性，學(xué)生的誤操作可能會(huì)帶來系統(tǒng)的崩潰，快照和回復(fù)可以對(duì)系統(tǒng)因?yàn)椴僮魇д`進(jìn)行恢復(fù)和還原。當(dāng)虛擬機(jī)系統(tǒng)處于關(guān)閉或暫停時(shí)能進(jìn)行快照功能。該功能將將保留快照時(shí)刻的虛擬機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，而不會(huì)客戶操作系統(tǒng)的運(yùn)行。如果學(xué)生因?yàn)椴僮魇д`，想恢復(fù)到快照時(shí)刻的狀態(tài)，可以啟動(dòng)還原快照，從而還原系統(tǒng)到初始的狀態(tài)。

3.3 文件管理、磁盤管理和網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)驗(yàn)。虛擬機(jī)的優(yōu)點(diǎn)還在于可以虛擬設(shè)備，在動(dòng)態(tài)磁盤的管理實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生機(jī)需要多個(gè)磁盤，完成RAID0、RAID1、RAID5實(shí)驗(yàn)。此時(shí)我們可以使用系統(tǒng)的虛擬設(shè)備功能。在關(guān)閉系統(tǒng)的情況下，為系統(tǒng)添加多個(gè)虛擬磁盤，完成磁盤陣列的實(shí)驗(yàn)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)原有的數(shù)據(jù)造成任何的損害。也可以完成虛擬磁盤的格式化和權(quán)限管理的實(shí)驗(yàn)，避免了對(duì)物理機(jī)系統(tǒng)的影響。在Linux路由器及Linux代理上網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生機(jī)需要多個(gè)網(wǎng)卡，在關(guān)閉系統(tǒng)的情況下，為系統(tǒng)添加多個(gè)虛擬網(wǎng)卡，充當(dāng)不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，為每一塊網(wǎng)卡配置相應(yīng)的IP地址，從而構(gòu)建一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)，一臺(tái)學(xué)生機(jī)即可完成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)。

3.4 服務(wù)器實(shí)驗(yàn)。DHCP服務(wù)、DNS服務(wù)等實(shí)驗(yàn)需要多個(gè)角色，每一臺(tái)服務(wù)器配置完成后均需要客戶機(jī)來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)完成的情況。使用VMware每臺(tái)學(xué)生機(jī)均可同時(shí)模擬Linux服務(wù)器以及客戶終端，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的完成情況均可以完成自我測試。例如：DHCP中繼代理實(shí)驗(yàn)，需要三個(gè)虛擬機(jī)系統(tǒng)：LINUX服務(wù)器、dhcprelay中繼代理服務(wù)器、Windows客戶機(jī)。我們?yōu)镈HCP中繼代理服務(wù)器虛擬兩塊，網(wǎng)卡分別為：eth0、eth1，DHCP服務(wù)器的網(wǎng)卡連接eth0網(wǎng)絡(luò)，Windows客戶機(jī)的網(wǎng)卡連接eth1網(wǎng)絡(luò)。通過為服務(wù)器配置DHCP超級(jí)作用域，為中繼代理服務(wù)器配置dhcprelay，最后測試出Windows客戶機(jī)跨網(wǎng)段獲得了IP地址，從而驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)。

4 總結(jié)

現(xiàn)代化職業(yè)教育應(yīng)該注重提高學(xué)生的能力，尤其是面向?qū)嶋H工作崗位的能力。基于虛擬機(jī)的Linux網(wǎng)路操作系統(tǒng)的教學(xué)注意根據(jù)高職學(xué)生特點(diǎn)，和企業(yè)的實(shí)際情況掛鉤，模擬了企業(yè)的真實(shí)環(huán)境。既培養(yǎng)學(xué)生完成了教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也借助虛擬系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的很多弊端，本課程的教學(xué)探索對(duì)我校其它專業(yè)課程的教學(xué)也有很好的指導(dǎo)意義。

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作者簡介：高源（1980-），男，湖北武漢人，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程與智能樓宇技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

作者單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，武漢 430074