虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為各大高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的重要途徑?，F(xiàn)存的老式計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由于其模擬性差、對(duì)系統(tǒng)破壞性大等原因一直被高校師生所詬病。虛擬機(jī)技術(shù)作為新興的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)革新點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用上取得了飛躍性的突破。本論文針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的不足和虛擬機(jī)技術(shù)的突破，集中闡述了虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)；虛擬機(jī)；實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.9

1 虛擬機(jī)的技術(shù)分類

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由于其模擬性差、對(duì)系統(tǒng)破壞性大等原因一直被高校師生所詬病。虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用虛擬軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)軟件和硬件的控制管理，通過(guò)共享宿主主機(jī)的CPU等硬件，進(jìn)而模擬出計(jì)算機(jī)的虛擬部分。虛擬機(jī)技術(shù)正是通過(guò)這種共享和模擬的方式建立了計(jì)算機(jī)軟件和硬件的良好運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)的有效控制。計(jì)算機(jī)虛擬機(jī)技術(shù)通過(guò)程序翻譯和仿真集成等技術(shù)能夠有效應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器和單機(jī)系統(tǒng)。

現(xiàn)存的虛擬機(jī)技術(shù)按其系統(tǒng)對(duì)不同應(yīng)用的支持方法不同，主要分為硬件抽象層、應(yīng)用程序編程接口層、操作系統(tǒng)層、編程語(yǔ)言層四種不同的虛擬機(jī)類型。

（1）基于硬件抽象層：這一層次的虛擬機(jī)技術(shù)通過(guò)軟件模擬對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)完備的硬件部分，虛擬技術(shù)和系統(tǒng)串口就是其處理器的控制指令。

（2）基于應(yīng)用程序編程接口層：所謂應(yīng)用程序編程接口（API），指的就是Application Programming Interface，API接口層的虛擬機(jī)只能應(yīng)用于單機(jī)系統(tǒng)，并不能很好兼容基于互聯(lián)網(wǎng)處理器的仿真模擬模式。因其指定的操作環(huán)境的限制，API虛擬機(jī)能夠很好適應(yīng)于特定的PC端應(yīng)用。

（3）基于操作系統(tǒng)層：這一類虛擬機(jī)模式通過(guò)構(gòu)建動(dòng)態(tài)的仿真程序，進(jìn)而模擬一個(gè)或者多個(gè)虛擬程序，形成了完整的電腦運(yùn)行環(huán)境，能夠兼容大多數(shù)應(yīng)用。

（4）基于編程語(yǔ)言層：這類虛擬機(jī)的核心技術(shù)事實(shí)上就是即時(shí)編譯，JIT技術(shù)能夠通過(guò)仿真模擬語(yǔ)言運(yùn)行環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)PC端應(yīng)用的從單一平臺(tái)到多方平臺(tái)的實(shí)質(zhì)性飛躍。

2 關(guān)于虛擬機(jī)軟件運(yùn)行測(cè)試問(wèn)題

虛擬機(jī)技術(shù)通過(guò)模擬動(dòng)態(tài)仿真軟件能夠有效兼容于windows系統(tǒng)，即能夠安裝于電腦PC端實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)計(jì)算機(jī)串口的控制模擬。正如基于windows系統(tǒng)下的眾多軟件一樣，機(jī)器本身的配置直接影響著軟件的運(yùn)行速度和工作效率，而虛擬機(jī)軟件不僅需要安裝于電腦PC端，除此之外，還需要在一臺(tái)機(jī)器上完成多臺(tái)計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程模擬控制，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的要求相對(duì)較高。下表為相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)：

由表1可以看出，樣機(jī)配置較市場(chǎng)計(jì)算機(jī)配置而言相對(duì)較低，運(yùn)行內(nèi)存不足。但能夠滿足日常軟件運(yùn)行，測(cè)試平臺(tái)有一定的說(shuō)服力。表2表明，樣機(jī)能夠基本保證兩臺(tái)虛擬機(jī)正常運(yùn)行，系統(tǒng)速度和可用物理內(nèi)存能夠滿足需求，但再增加虛擬機(jī)數(shù)目，樣機(jī)無(wú)論是可用物理內(nèi)存還是系統(tǒng)運(yùn)行速度都受到極大的影響，基本崩潰。綜上所述，要想滿足多臺(tái)虛擬機(jī)同時(shí)運(yùn)行，樣機(jī)就必須有足夠大的運(yùn)行內(nèi)存得以支撐。

3 虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 應(yīng)用軟件實(shí)驗(yàn)

虛擬機(jī)技術(shù)主要是通過(guò)仿真模擬軟件構(gòu)建計(jì)算機(jī)硬件的方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)的安裝、配置，硬盤格式化等操作對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件都要較大的損傷。虛擬機(jī)技術(shù)能夠?qū)⑸鲜霾僮髟谔摂M的軟件和硬件中進(jìn)行。從根本上減少了對(duì)計(jì)算機(jī)的損害。

3.2 網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)

3.2.1 基于Bridged的網(wǎng)絡(luò)配置：這種網(wǎng)絡(luò)配置能夠通過(guò)設(shè)置電腦PC固定IP地址的方式，主機(jī)和其他計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的雙向訪問(wèn)狀態(tài)，并且還能在基于主機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的有效訪問(wèn)。

3.2.2 基于NAT的網(wǎng)絡(luò)配置：NAT的網(wǎng)絡(luò)配置模式同樣能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器之間的訪問(wèn)，但客戶機(jī)之間不能實(shí)現(xiàn)信息共享。即主機(jī)需要在虛擬機(jī)軟件的基礎(chǔ)上，同時(shí)運(yùn)行管理多個(gè)虛擬客戶機(jī)，構(gòu)建信心群和局域網(wǎng)絡(luò)。

3.3 虛擬機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)安全

因?yàn)樘摂M機(jī)技術(shù)是通過(guò)仿真程序模擬出來(lái)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件，其操作也是基于虛擬的程序完成的。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的故障處理修復(fù)、病毒掃描等教學(xué)任務(wù)需要在虛擬機(jī)中通過(guò)程序仿真模擬，然后安裝在客戶機(jī)上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)故障和木馬程序的測(cè)試和教學(xué)。

3.4 計(jì)算機(jī)維護(hù)和機(jī)房管理工作

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)作為各大高校計(jì)算機(jī)教學(xué)中的重要途徑，科學(xué)的設(shè)備維護(hù)是虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的重要保障。虛擬機(jī)技術(shù)不僅在操作上方便快捷，在機(jī)房維護(hù)和設(shè)備管理方面也極為便利。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)操作對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件軟件均有一定的損失，設(shè)備和機(jī)房維護(hù)工作量極大，但虛擬機(jī)技術(shù)是基于仿真模擬軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)操作，對(duì)機(jī)器本身的損傷幾乎為零。

在機(jī)房課程管理方面，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)程序需要按照課程的實(shí)際情況安裝不同的系統(tǒng)和應(yīng)用程序，極為麻煩，虛擬機(jī)技術(shù)能夠在同一的服務(wù)器上進(jìn)行整體的程序安裝，直接模擬出相應(yīng)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。除此之外，虛擬機(jī)技術(shù)在操作安全上也有極大的保障，因?yàn)槭翘摂M的軟件和硬件，完全不用擔(dān)心對(duì)機(jī)體的損失，即便失誤操作，也能夠在服務(wù)器上重新下載管理相關(guān)程序和文件。

4 虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際意義

創(chuàng)新性地將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)教學(xué)中，能夠有效通過(guò)仿真模擬軟件消除一直以來(lái)被師生所詬病的對(duì)計(jì)算機(jī)硬件好軟件的損傷問(wèn)題。虛擬機(jī)技術(shù)從根本上改變了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)，將實(shí)際的機(jī)器操作轉(zhuǎn)換為虛擬軟件模擬，極大的提高了機(jī)器的利用率和運(yùn)行速度。通過(guò)仿真模擬軟件的方法還能構(gòu)建更多的實(shí)驗(yàn)?zāi)M環(huán)境，使得之前機(jī)器無(wú)法承受的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)成為可能。

除此之外，虛擬機(jī)技術(shù)還能夠?yàn)閷W(xué)生提供更多的操作實(shí)踐機(jī)會(huì)，親自體會(huì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)中的程序調(diào)試，測(cè)試平臺(tái)的搭建管理工作，提高廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率。對(duì)于老師來(lái)說(shuō)，有了完善的硬件作保障，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的范圍有了從單一平臺(tái)到多平臺(tái)的實(shí)質(zhì)性跨越。而對(duì)于機(jī)房維護(hù)和管理人員來(lái)說(shuō)，極大地減少了工作量，同時(shí)也從根本上減輕了設(shè)備的維護(hù)更新費(fèi)用。

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作者簡(jiǎn)介：張志慧（1979.04-），女，呼倫貝爾人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

作者單位：呼倫貝爾學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021008