虛擬機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

莊 城 山

(安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 銅陵 244000)

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虛擬機(jī)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

莊 城 山

(安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 銅陵 244000)

摘要：從高職院校網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題出發(fā)，以Windows Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程為例，深入分析了影響課程實(shí)踐教學(xué)效果的主要問題及原因，研究了虛擬機(jī)軟件VMWare的主要功能特點(diǎn)以及在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；VMWare；操作系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)

Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是目前在中小企業(yè)信息化建設(shè)中廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有安全性、可靠性、可用性和伸縮性等特點(diǎn)，不僅如此，微軟公司還針對(duì)Windows服務(wù)器產(chǎn)品家族不斷進(jìn)行了改進(jìn)與擴(kuò)展。在國(guó)內(nèi)的企業(yè)級(jí)服務(wù)器市場(chǎng)，Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)始終占有較大份額。因此Windows Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的教學(xué)自然成為高等院校網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的重要內(nèi)容。

該門課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量對(duì)該門課程的整體教學(xué)質(zhì)量有著決定性的影響。能否讓學(xué)生真正熟練掌握網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的配置和使用是該門課程教學(xué)成功與否的重要標(biāo)志。需要學(xué)生通過大量的動(dòng)手實(shí)踐方可獲得。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)尚未采用虛擬機(jī)技術(shù)教學(xué)之前，該門課的實(shí)踐教學(xué)就在連接成局域網(wǎng)絡(luò)的普通機(jī)房里進(jìn)行。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式有著更貼近真實(shí)環(huán)境的特點(diǎn)，但在實(shí)際教學(xué)過程中卻發(fā)現(xiàn)存在諸多弊端。對(duì)該門課的實(shí)踐教學(xué)效果產(chǎn)生不利影響，甚至難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)[1]。

1傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境通常就是普通機(jī)房，因?yàn)榇祟悪C(jī)房并非為實(shí)踐教學(xué)(尤其是操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué))而專門設(shè)計(jì)，在將傳統(tǒng)的機(jī)房真正用于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)存在較多問題和困難。

1.1計(jì)算機(jī)數(shù)量不足

在真實(shí)的實(shí)訓(xùn)室中計(jì)算機(jī)數(shù)量不足這個(gè)問題經(jīng)常會(huì)碰到。為此，通常將學(xué)生劃分成若干小組，以小組為單位共同完成實(shí)驗(yàn)。這樣做雖然可以在一定程度上解決因?yàn)闄C(jī)器數(shù)量不足無法完成實(shí)驗(yàn)的問題，甚至有利于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，但也會(huì)帶來新的問題。分組讓學(xué)生個(gè)人單獨(dú)完成實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)減少，對(duì)學(xué)生獨(dú)立工作能力的培養(yǎng)不利。最終影響了實(shí)踐教學(xué)的效果。

1.2計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的添加和刪除較為困難

在“Windows Server”課程的實(shí)踐教學(xué)中經(jīng)常遇到需要給計(jì)算機(jī)添加和刪除硬件設(shè)備的情況。經(jīng)常需要添加的設(shè)備有硬盤、網(wǎng)卡等，這使傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)變得較為困難。首先需要準(zhǔn)備大量的硬盤、網(wǎng)卡等設(shè)備。其次，是設(shè)備的安裝，需要打開機(jī)箱。更關(guān)鍵的是這個(gè)過程并不是教學(xué)的主要內(nèi)容，且容易出錯(cuò)，甚至設(shè)備的損壞，影響后續(xù)教學(xué)。

1.3按實(shí)驗(yàn)拓?fù)浯罱▽?shí)驗(yàn)環(huán)境較費(fèi)時(shí)費(fèi)力

在“Windows Server”課程的實(shí)踐教學(xué)中，在實(shí)驗(yàn)課的開始時(shí)首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容搭建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)過程讓實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并不豐富的學(xué)生完成常常會(huì)碰到很多困難。雖然可以讓學(xué)生從真實(shí)的操作和遇到的問題中得到鍛煉，但對(duì)維持正常的教學(xué)秩序，對(duì)于教師整體把握教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量非常不利，也有喧賓奪主之嫌。

1.4重復(fù)實(shí)驗(yàn)和錯(cuò)誤更正困難

因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)的不可逆性，如實(shí)驗(yàn) “域功能級(jí)別的提升”,實(shí)驗(yàn)重復(fù)同樣變得困難。同時(shí)在類似這樣的實(shí)驗(yàn)中一旦犯了錯(cuò)誤想要更正錯(cuò)誤，將會(huì)變得十分困難，或者為重新建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要耗費(fèi)較多的時(shí)間。這在課堂教學(xué)的有限時(shí)間內(nèi)幾乎是不可完成的任務(wù)。但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)此無能為力。

1.5實(shí)訓(xùn)室運(yùn)行綜合成本較高

因?yàn)檎n程特點(diǎn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過程需要大量的硬件設(shè)備，如光驅(qū)、硬盤、網(wǎng)卡等。這些設(shè)備需要頻繁的裝入機(jī)箱，或從機(jī)箱中取出，因此故障或損壞在所難免。另外，實(shí)驗(yàn)過程需要大量的耗材，如線纜、壓線鉗等，消耗數(shù)量也較為可觀。

1.6指導(dǎo)教師授課負(fù)擔(dān)重、管理難度大

為保證實(shí)踐教學(xué)的順利進(jìn)行，指導(dǎo)教師要考慮的因素較多。如實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，實(shí)訓(xùn)器材、光盤和配件的需求；實(shí)訓(xùn)過程的組織；器材、設(shè)備的整理還原；其他突發(fā)情況的處理等。如此大的工作量要在實(shí)踐教學(xué)中與實(shí)踐過程同時(shí)完成，對(duì)教師的組織能力和工作效率提出了很高的要求。

1.7學(xué)生課后難以自主學(xué)習(xí)

因?yàn)檎n程自身特點(diǎn)，經(jīng)常需要學(xué)生課后能夠利用時(shí)間復(fù)習(xí)練習(xí)甚至預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，但因缺乏硬件環(huán)境和資源，課后學(xué)生的自主學(xué)習(xí)無從談起。而且無論學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)情況怎樣，學(xué)生幾乎沒有機(jī)會(huì)再去重復(fù)練習(xí)以前的內(nèi)容，使課堂教學(xué)中遺留和存在的問題沒有任何彌補(bǔ)的機(jī)會(huì)，實(shí)質(zhì)上影響了實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，也在一定程度上影響了學(xué)生的自信心。

2VMWare虛擬機(jī)軟件功能特點(diǎn)及其在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

2.1VMWare虛擬機(jī)軟件功能特點(diǎn)

VMWare虛擬機(jī)雖然名為“虛擬機(jī)”，但實(shí)際上所能完成的功能一點(diǎn)也不“虛”，如圖1所示。首先在宿主機(jī)上安裝虛擬化軟件，然后在軟件中新建虛擬機(jī)并安裝操作系統(tǒng)產(chǎn)生虛擬機(jī)。虛擬機(jī)完全可以作為獨(dú)立的邏輯實(shí)體對(duì)外提供服務(wù)，第三者并不會(huì)知道給他提供服務(wù)的是一臺(tái)虛擬機(jī)。虛擬機(jī)具有高度的仿真性，他們幾乎可以像真實(shí)的計(jì)算機(jī)一樣工作，這是將虛擬機(jī)應(yīng)用于工程實(shí)踐和實(shí)踐教學(xué)的前提。[2]

圖1VMWare中的5臺(tái)虛擬機(jī)

VMware 作為世界領(lǐng)先的桌面和數(shù)據(jù)中心虛擬化提供商，提供了最可靠的最佳解決方案，旨在將目前通常缺乏靈活性的 IT 環(huán)境轉(zhuǎn)換為靈活的自動(dòng)化云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)，幫助用戶在實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約的同時(shí)獲得生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)。VMware也同樣適用于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)類課程的實(shí)踐教學(xué)，突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，使教學(xué)效果得到極大改善。[3]

2.2VMWare虛擬機(jī)主要功能在“Windows Server課程”實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

(1) 快速便捷的產(chǎn)生多臺(tái)虛擬機(jī)

如果在虛擬機(jī)環(huán)境中進(jìn)行“Windows Server課程”實(shí)踐教學(xué)則計(jì)算機(jī)數(shù)量不足的問題將迎刃而解。因?yàn)樵赩MWare虛擬機(jī)軟件中可以非常方便的產(chǎn)生若干臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，這些計(jì)算機(jī)幾乎完全具有真實(shí)計(jì)算機(jī)的功能和特點(diǎn)，這樣坐在一臺(tái)普通物理機(jī)前的學(xué)生所擁有的不再是一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)，他擁有的是一臺(tái)包含物理機(jī)及若干臺(tái)虛擬機(jī)在內(nèi)的一個(gè)局域網(wǎng)。

(2) 豐富的虛擬機(jī)工作模式

虛擬機(jī)具有豐富的工作模式可供選擇。對(duì)于直接接入真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的虛擬機(jī)可以采用“橋接模式”，與外界物理網(wǎng)絡(luò)完全隔絕的虛擬機(jī)可以采用“主機(jī)模式”，介于兩者之間的虛擬機(jī)可以采用“NAT模式”。另外，虛擬機(jī)也可以自定義網(wǎng)絡(luò)工作模式。豐富的工作模式，使虛擬機(jī)可以方便的構(gòu)建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，巧妙的融入真實(shí)網(wǎng)絡(luò)。

VMWare提供了豐富的虛擬機(jī)工作模式。為虛擬機(jī)在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)世界中的使用帶來很大的便利性和靈活性，也是將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用到操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中最常用的模式有三種：[4]

橋接網(wǎng)絡(luò)(Bridged Networking)。橋接網(wǎng)絡(luò)是指本地物理網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)卡通過VMnet0虛擬交換機(jī)進(jìn)行橋接，物理網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)卡在拓?fù)鋱D上處于同等地位(虛擬網(wǎng)卡既不是Adepter VMnet1，也不是Adepter VMnet8)。這種工作模式下等于虛擬機(jī)被直接接入了真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)的虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上真實(shí)的計(jì)算機(jī)具有同等的邏輯地位，如圖2所示。

圖2橋接模式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

NAT模式。在NAT工作模式下，虛擬機(jī)可以通過宿主計(jì)算機(jī)與外界取得有限的聯(lián)系，在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中與宿主計(jì)算機(jī)共享同一個(gè)IP 地址，如圖3所示。

主機(jī)模式(Host-Only)。在Host-Only模式下，虛擬網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)全封閉的網(wǎng)絡(luò)，它唯一能夠訪問的就是宿主機(jī)。其實(shí)Host-Only網(wǎng)絡(luò)和NAT網(wǎng)絡(luò)很相似，不同的地方就是Host-Only網(wǎng)絡(luò)沒有NAT服務(wù)，所以虛擬網(wǎng)絡(luò)不能連接到Internet。主機(jī)和虛擬機(jī)之間的通信是通過VMware Network Adepter VMnet1虛擬網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)的，如圖4所示。

(3) 便捷的虛擬設(shè)備的添加刪除

設(shè)備的添加與刪除其實(shí)并不復(fù)雜，也不是本門課程的主要教學(xué)內(nèi)容，并且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，通常不需要反復(fù)演練，但在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過程中，這是完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)必不可少的一步。在VMWare虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，這一切將變得異常簡(jiǎn)單，只不過是一個(gè)普通的操作，而且具有完全仿真的效果。

(4) 虛擬機(jī)狀態(tài)的保存與恢復(fù)

在VMWare中提出了“快照(snapshot)”的概念，是指幾乎在瞬間就可以對(duì)虛擬機(jī)的狀態(tài)做一次保存，就像對(duì)虛擬機(jī)的狀態(tài)做了一次照相一樣保存起來。這種保存非常方便，而且可以對(duì)同一虛擬機(jī)做多次的快照。以后只要需要，就可以簡(jiǎn)單的恢復(fù)到曾經(jīng)做過的任何一個(gè)歷史上的“快照”點(diǎn)去。這是在現(xiàn)實(shí)中不會(huì)有，也不可能有的。這可以讓學(xué)生以放松的心態(tài)投入到實(shí)踐中，不用擔(dān)心會(huì)犯錯(cuò)。[5]

3虛擬化教學(xué)模式的教學(xué)效果及需注意的問題

3.1教學(xué)效果

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實(shí)踐教學(xué)通過搭建完整的實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，安裝所需要的真實(shí)的硬件設(shè)備和必須的軟件組件，以完全真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)踐技能的訓(xùn)練和培養(yǎng)。實(shí)訓(xùn)過程的真實(shí)性和貼近實(shí)戰(zhàn)程度是其他方式無法比擬的。

但這種理論上最優(yōu)的教學(xué)模式在實(shí)際執(zhí)行時(shí)遇到了較大的困難和挑戰(zhàn)，甚至影響到教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為此不得不尋求新的模式和方法改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的效果。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)專業(yè)相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)提供了新的方法和手段。如表1所示為在虛擬化模式下如何解決相關(guān)的問題或困難。

表1　虛擬機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程”實(shí)踐教學(xué)中主要問題的解決措施

可見虛擬化的實(shí)踐教學(xué)模式不但能夠勝任實(shí)踐教學(xué)的需要，而且能夠創(chuàng)造性的解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的諸多困難和問題。虛擬化下的“Windows Server課程”實(shí)踐教學(xué)為高職操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐教學(xué)提供了新的方法，開辟了新的路徑。

3.2需注意的問題

需要較高配置的計(jì)算機(jī)。虛擬化環(huán)境下的實(shí)踐教學(xué)是通過在普通計(jì)算機(jī)上安裝虛擬機(jī)軟件，在虛擬機(jī)化軟件中安裝和配置虛擬的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生。一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)上到底可以同時(shí)運(yùn)行多少臺(tái)虛擬機(jī)，以及虛擬機(jī)運(yùn)行速度的快慢，主要取決于虛擬機(jī)的宿主計(jì)算機(jī)配置和性能的強(qiáng)弱?，F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)性能普遍較高，對(duì)于一般虛擬機(jī)的運(yùn)行困難不大。有的稍舊一些的計(jì)算機(jī)只要適當(dāng)增大計(jì)算機(jī)內(nèi)存，也基本可以滿足運(yùn)行虛擬機(jī)的需要。

需要掌握虛擬化軟件的配置和使用。使用虛擬機(jī)來進(jìn)行相關(guān)課程的教學(xué)，需要大家對(duì)虛擬機(jī)的使用方法有一定的了解。不同的虛擬機(jī)軟件有不同的使用方法。虛擬機(jī)軟件不同于一般的軟件，它的配置和使用需要對(duì)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有一定了解。

虛擬環(huán)境中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡(jiǎn)化。虛擬環(huán)境中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡(jiǎn)化。其核心是安裝有操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)，在操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)這個(gè)層次上來說，虛擬計(jì)算機(jī)具有高度的仿真性。但當(dāng)以虛擬機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)建虛擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)并不包括構(gòu)建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)所

必須的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝和通信介質(zhì)的連接。這些主要根據(jù)虛擬機(jī)工作模式的不同隱含在其中。所以說虛擬網(wǎng)絡(luò)是對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡(jiǎn)化。

無法滿足構(gòu)建大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的需要。大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)往往需要較多計(jì)算機(jī)，具有復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前的虛擬機(jī)技術(shù)在構(gòu)建大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)面前還十分薄弱，其核心是虛擬化的軟件環(huán)境缺乏對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持。

虛擬環(huán)境下的實(shí)踐教學(xué)遠(yuǎn)非完美，它只是突出的解決了傳統(tǒng)教學(xué)中的主要矛盾。在虛擬化技術(shù)還在不斷發(fā)展的今天，虛擬環(huán)境下的實(shí)踐教學(xué)仍然不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)。它也存在著自身的問題和缺點(diǎn)。有時(shí)優(yōu)點(diǎn)恰恰又成了缺點(diǎn)。如何揚(yáng)長(zhǎng)避短、虛實(shí)結(jié)合是我們?cè)趹?yīng)用虛擬化技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)所必須研究和關(guān)注的問題。

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Application of Virtual Machine Technology in the Network Operating System Course Teaching

ZHUANG Cheng-shan

(Department of Information Engineering, Anhui industry and professional technology college, Tongling 24400, China)

Abstract:Based on the existing problems of traditional operating system course of the network technology specialty in higher vocational college, and taking the course of Windows Server network operating system as an example, the major problems and the reasons which affecting the teaching effect of the course of practice are analyzed in detail. Furthermore, the main function and feature of the virtual machine software VMWare and its application in teaching are studied.

Key words:virtual machine, VMWare,operating system, practice teaching

文章編號(hào)：1007-4260(2015)02-0121-04

中圖分類號(hào)：TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：莊城山，男，安徽銅陵人，安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系高級(jí)工程師、講師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、虛擬化技術(shù)。

收稿日期：2014-11-19