利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺的可行性

章華++賴育凱

摘要：當(dāng)前，為了迎合市場實用型人才的需要，在我國的教學(xué)體系中，實踐越來越受到更高的重視。特別是計算機實踐課程，需要學(xué)生掌握相應(yīng)的操作技術(shù)。虛擬機指的是通過軟件的模擬，使計算機系統(tǒng)在相對隔離的環(huán)境中運行中具有完整的硬件系統(tǒng)功能。虛擬系統(tǒng)生成的操作系統(tǒng)是一種全新的虛擬鏡像，具有完整、真實的Windows系統(tǒng)相同的功能，并且在進(jìn)入新的系統(tǒng)后，所有的操作都不會對計算機真正的系統(tǒng)具有影響，這一系統(tǒng)的功能包括獨立安裝運行軟件、存儲數(shù)據(jù)等。與真實系統(tǒng)的主要不同在于虛擬系統(tǒng)不會降低電腦的性能，在運行程序、啟動速度等方面，虛擬系統(tǒng)更加的快捷方便，同時虛擬機能夠模擬出多種種類的操作系統(tǒng)。虛擬機的應(yīng)用可以有效地節(jié)省教育資源，同時起到更好的教學(xué)效果。該文著重對虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺的可行性進(jìn)行了研究，以促進(jìn)虛擬機的應(yīng)用，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：虛擬機技術(shù)；計算機實踐課；教學(xué)實驗平臺；可行性

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）29-0136-02

計算機技術(shù)為我們的教學(xué)實踐活動提供了很多方便，為了提升教學(xué)效果，全國多所高效都構(gòu)建了教學(xué)實驗室，但由于資金有限及我國大學(xué)生擴招等原因，這方面的教育資源一直供不應(yīng)求，實驗室的教學(xué)任務(wù)較重。同時，一些實驗室需要移除計算機還原保護卡等保護性工具，造成實驗室維護的困難。這些現(xiàn)象給教學(xué)活動的展開造成了阻礙，一些試驗無法進(jìn)行。實踐是最為有效的記憶技巧，同時在當(dāng)前教學(xué)環(huán)境下，實踐是最有效的教學(xué)方法。如不能在教學(xué)活動中提高學(xué)生的時實踐操作，往往會造成學(xué)生的高分低能。虛擬機技術(shù)是IBM公司為大型計算機系統(tǒng)的安全共享而研發(fā)的技術(shù)，這一技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)活動中可以有效地保護原有系統(tǒng)的安全性，減少了計算機維護的工作，同時可以模擬多種操作系統(tǒng)，更有利于教學(xué)的展開。

1 利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺技術(shù)的可行性

（1）虛擬機工作原理

首先從技術(shù)層面來說，以虛擬機技術(shù)構(gòu)建實踐課的實驗平臺是完全可行的。虛擬機是在某臺物理計算機上虛擬出來的獨立運行邏輯的軟件，通過虛擬機軟件創(chuàng)建，虛擬技術(shù)可以在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)上實現(xiàn)獨立運行的子系統(tǒng)，可應(yīng)用自己獨立的硬件資源。虛擬機技術(shù)可以在主系統(tǒng)上建立多種同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計算機系統(tǒng)，全部系統(tǒng)可同時運行并相互切換，不需要重新啟動系統(tǒng)。這一系統(tǒng)同樣可以相互連接構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，所以虛擬機技術(shù)能構(gòu)建起一個虛擬的實驗室環(huán)境，大部分的計算機實踐都可在虛擬機上執(zhí)行。

（2）軟件技術(shù)

當(dāng)前有多種虛擬機技術(shù)，包括Virtuozzo、Boch、Parallels OpenVZ等，多種系統(tǒng)及技術(shù)為虛擬機的運行維護提供了可靠的保障，當(dāng)前國內(nèi)和國際很多大型計算機公司都有相對成熟的技術(shù)，并具有各自的有點，所以，首先從軟件技術(shù)層面來說，利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺是完全可行的。VMware和VirtualPC是當(dāng)前主要應(yīng)用的兩大虛擬機軟件，VMware在網(wǎng)絡(luò)支持和穩(wěn)定性上具有更大的優(yōu)勢，所以應(yīng)用較多，但VirtualPC在操作性上具有更大的優(yōu)勢，較適合一般企業(yè)及普通用戶使用，鑒于高校計算機實踐課的特殊性，個人認(rèn)為類似VMware的軟件系統(tǒng)更適合于教學(xué)使用。

2 硬件技術(shù)的可行性

（1）硬件設(shè)備的可行性

從硬件系統(tǒng)上說，當(dāng)前很多虛擬機的要求并不高，如VMware的基本要求配置為CPU主頻在266MHz以上，運行內(nèi)存在128MB以上，硬盤空間有600MB以上的空間。對于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高效計算機的配置來說，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出這些要求。構(gòu)建多臺虛擬機的虛擬網(wǎng)絡(luò)除了在內(nèi)存上具有更高的要求外，在硬盤等方面并無過多的要求，所以完全可以對學(xué)校的計算機進(jìn)行局部升級，對應(yīng)多種實驗內(nèi)容可交叉開展，節(jié)省了大量的資金、設(shè)備方面的投入[1]。

（2）管理維護及操作的可行性

教學(xué)活動中，對應(yīng)計算機系統(tǒng)的管理維護一直是學(xué)校工作的重點內(nèi)容之一，如維護管理不及時，很有能造成計算機系統(tǒng)的癱瘓或設(shè)施的損害。虛擬機系統(tǒng)安裝方便快捷，同時各系統(tǒng)提供的管理工具可以允許終端用戶參與虛擬服務(wù)的重建、備份、遷移、災(zāi)難恢復(fù)等，降低了系統(tǒng)維護的成本和技術(shù)要求，所以，在運行維護上是完全可行的[2]。

從應(yīng)用操作上說，一臺物理計算機能同時搭載多臺虛擬機及不同種類的操作系統(tǒng)，形成構(gòu)造復(fù)雜的局域網(wǎng)絡(luò)，在切換操作也只是對不同窗口的操作。利用虛擬機自身的suspend功能可保留操作現(xiàn)場，大型的實驗可分多次完成，方便學(xué)生的操作。所以，利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課的教學(xué)實驗平臺是完全可行的。

3 實驗平臺的搭建

VMware是由IBM公司研制，可以構(gòu)建異構(gòu)的操作環(huán)境，與計算機實踐課的授課要求相契合，所以構(gòu)造計算機實踐課的實驗平臺可選用VMware系統(tǒng)。

VMware系統(tǒng)對于計算機的要求并不高，但為了保持系統(tǒng)的流暢性，最好采用雙核的CPU，內(nèi)存容量在512MG～1GB之間，硬盤空間1GB就可以。如構(gòu)建多臺虛擬機并行的實驗環(huán)境可相應(yīng)調(diào)整內(nèi)存[3]。安裝運行VMware系統(tǒng)，打開軟件，通過安裝向?qū)?，新建虛擬計算機，設(shè)置獨立的硬盤配置、顯卡、驅(qū)動、網(wǎng)卡等。在創(chuàng)建過程中，用戶可選擇客戶機中的多種操作系統(tǒng)類型，如Windows、Linux、Novell、Sun Solaris等，根據(jù)教學(xué)需要可選擇不同的操作系統(tǒng)?；蛘呖筛鶕?jù)宿主機的配置系統(tǒng)自動生成與配置相適應(yīng)的配置。通過VM-Setting可對系統(tǒng)的運行參數(shù)進(jìn)行修改，包括調(diào)整客戶機硬盤、內(nèi)存大小、添加或刪除硬盤等。在存儲方面，可直接復(fù)制客戶機的系統(tǒng)文件，通過FILE-OPEN軟件進(jìn)行加載。

在安裝完成后，可自動創(chuàng)建10個虛擬設(shè)備，可具有以太網(wǎng)交換機的作用。客戶機能對任意的虛擬以太網(wǎng)交換機接口進(jìn)行連接[4]。VMware系統(tǒng)自身提供三種虛擬網(wǎng)絡(luò)連接形式，分別是Bridged、NAT及Host-Only三種模式。Bridged模式可與VMnet0接口連接，通過Bridged連接，用戶可通過網(wǎng)橋直接與外部物理網(wǎng)路相連接，客戶機與宿主機處于同一網(wǎng)段內(nèi)，使用不同的IP地址；NAT模式可與VMnet8相連接，采用Network Address Translation技術(shù)，客戶機可通過宿主機間接連接玩不網(wǎng)絡(luò)，使用同一IP地址；Host-Only模式與 VMnet1相連接，客戶機遇外界隔離，不可連接外部網(wǎng)絡(luò)。

4 計算機實踐課教學(xué)實驗平臺的運用

在進(jìn)行實驗之前，教師可把VMware系統(tǒng)安裝在教師及學(xué)生的計算機中，然后安裝還原卡或軟件，避免了大量的維護工作。利用這一軟件，學(xué)生科學(xué)習(xí)硬盤分區(qū)、操作系統(tǒng)安裝、格式化操作等多種操作項目。如多操作系統(tǒng)安裝實驗，教師可任選一臺宿主機，利用Alcohol軟件在我的電腦中生成虛擬光驅(qū)，制作操作系統(tǒng)安裝光盤的鏡像文件，存入“操作系統(tǒng)鏡像”文件夾中。以本臺計算機作為發(fā)射平臺，采用硬盤管理系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)復(fù)制，快速生成計算機實驗平臺[5]。學(xué)生啟動試驗機的VMware系統(tǒng)，并創(chuàng)建虛擬機，在虛擬光驅(qū)上載入操作鏡像系統(tǒng)。在虛擬機中雙擊光驅(qū)設(shè)備，按照安裝向?qū)У奶崾具M(jìn)行虛擬硬盤的分許格式化，安裝操作系統(tǒng)。如需生成操作系統(tǒng)的多臺虛擬機，可在VMware系統(tǒng)中克隆，如需在計算機中創(chuàng)建不同的操作系統(tǒng)，可在我的電腦中選擇卸載鏡像，并再次載入不同的操作系統(tǒng)鏡像。

也可通過VMware系統(tǒng)建立局域網(wǎng)，進(jìn)行不同類型的網(wǎng)絡(luò)實驗。如組建對等網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行分級網(wǎng)絡(luò)實驗等。

5 結(jié)語

本文深入的解析了虛擬機技術(shù)，從軟件技術(shù)、硬件設(shè)施等方面分析了利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實踐課教學(xué)實驗平臺的可行性。表明在教學(xué)過程中虛擬機是完全可行的。同時以VMware系統(tǒng)為例講述了怎樣應(yīng)用虛擬機技術(shù)進(jìn)行教學(xué)活動。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 王亮亮，芮雪，楊琴.基于Linux的高校信息技術(shù)教學(xué)平臺可行性研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2012（7）：200-203.

[4] 劉坤.利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)環(huán)境研究[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2010（10）：68-69，75.

[5] 董理君，宋軍，王茂才.信息安全專業(yè)實驗教學(xué)中的若干問題研究[J].計算機教育，2010（22）：142-144，150.