虛擬化技術(shù)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

陳雪娟

摘要：這幾年來虛擬化技術(shù)在高校教學(xué)應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)越來越顯著，本文提出針對(duì)高校中機(jī)房教學(xué)過程的集中性、IT資源使用率高導(dǎo)致?lián)p耗大、硬件升級(jí)跟不上軟件升級(jí)而無法進(jìn)行某些實(shí)驗(yàn)等問題，引入虛擬技術(shù)解決。利用虛擬技術(shù)降低IT資源的能耗和成本，提高機(jī)房教學(xué)質(zhì)量和效率，開設(shè)前沿的實(shí)驗(yàn)課程，改善教學(xué)環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

關(guān)鍵詞：高校教學(xué) 虛擬化技術(shù) IT資源

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0251-02

隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，高校的課程教學(xué)在不斷改革，很多課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法都有了根本性的變化，采用CAI教學(xué)的課程越來越多。計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)室（機(jī)房）已經(jīng)成為高等學(xué)校的教學(xué)場(chǎng)所，其中，除了計(jì)算機(jī)專業(yè)的大部分課程在機(jī)房進(jìn)行外，其他專業(yè)相關(guān)課程教學(xué)也慢慢從多媒體教室轉(zhuǎn)移到機(jī)房進(jìn)行。隨著學(xué)校不斷擴(kuò)招，大學(xué)生人數(shù)越來越多，在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中帶來了很大的難度。

1 高校機(jī)房教學(xué)中存在的主要問題

1.1 繁重的教學(xué)任務(wù)讓機(jī)房的計(jì)算機(jī)故障頻發(fā)

不管是計(jì)算機(jī)專業(yè)還是其他非計(jì)算機(jī)專業(yè)，開設(shè)跟計(jì)算機(jī)的課程越來越多，而這些課程的實(shí)訓(xùn)都會(huì)在機(jī)房進(jìn)行，每個(gè)機(jī)房幾乎天天排滿課，機(jī)房的計(jì)算機(jī)由于每天長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)常出現(xiàn)軟、硬件的故障。

1.2 硬件性能提升跟不上軟件的更新

不同課程所需的軟件不同，并且軟件的更新是非?？斓?，機(jī)房為了滿足這些課程的教學(xué)需求，必須要經(jīng)常安裝或升級(jí)軟件，有時(shí)候還要同一臺(tái)計(jì)算機(jī)安裝2個(gè)以上的操作系統(tǒng)，每個(gè)學(xué)期開始前課程安排好，機(jī)房要以此為據(jù)安裝或更新軟件，工作量很繁重。很大問題是，軟件更新周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于硬件更新周期，這樣使得低性能的機(jī)器上無法安裝或順暢運(yùn)行新軟件[1]。

1.3 計(jì)算機(jī)多的情況下管理困難

對(duì)于一些學(xué)校來說，機(jī)房管理一直是一個(gè)難題，比如我們學(xué)校，一共有60個(gè)機(jī)房每個(gè)機(jī)房60臺(tái)計(jì)算機(jī)、加上教師計(jì)算機(jī)一共有將近4000臺(tái)計(jì)算機(jī)，需要計(jì)算機(jī)管理和維護(hù)人員就達(dá)30多個(gè)人。而不同專業(yè)、不同課程對(duì)機(jī)房操作系統(tǒng)和軟件要求各不相同，教師公辦計(jì)算機(jī)的分散，這些都很很難管理的。計(jì)算機(jī)管理人員大量的工作時(shí)間都投入安裝系統(tǒng)和軟件、病毒防護(hù)和日常維護(hù)上。一旦出現(xiàn)問題，比如病毒爆發(fā)，雖然管理人員可以通過殺毒，加設(shè)防毒墻和防火墻等手段解決問題，但是有時(shí)候還要從各個(gè)節(jié)點(diǎn)排查，工作量巨大，耗時(shí)超長，成本昂貴。[2]

1.4 學(xué)校不愿投入大成本更新設(shè)備，無法開設(shè)前沿性的課程或?qū)嶒?yàn)

很多前沿領(lǐng)域的技術(shù)飛速發(fā)展，例如并行計(jì)算技術(shù)，多核編程技術(shù)，可編程數(shù)字電路，集群技術(shù)等實(shí)驗(yàn)課程目前無法在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行。這些技術(shù)的實(shí)驗(yàn)需要的相關(guān)設(shè)備目前都是比較昂貴的，學(xué)校沒有足夠的大資金購買，即使這些技術(shù)課程需求很大，短時(shí)間內(nèi)還是無法開設(shè)。

2 虛擬化技術(shù)

虛擬化起源于20世紀(jì)60年代，雖然出現(xiàn)的時(shí)候，由于技術(shù)不夠一直沒有被大規(guī)模的應(yīng)用。但是現(xiàn)在已經(jīng)成為解決提高IT基礎(chǔ)設(shè)施資源利用率，降低管理成本等問題的有效方法，各種虛擬技術(shù)越來越被重視和重用。

簡單來說，虛擬化技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)模塊不在獨(dú)立的物理硬件而是在虛擬的基礎(chǔ)上運(yùn)行，根據(jù)各種各樣的需求把不多的固定資源重新分配，最大限度提高利用率，從而達(dá)到了優(yōu)化資源，簡化管理的目的的解決方案。

虛擬化（Virtualization）是一個(gè)廣義的術(shù)語，在IT信息領(lǐng)域中，虛擬化是計(jì)算資源的邏輯表示，概況了計(jì)算機(jī)資源。它隱藏了本身的物理特性，在邏輯上分離為多個(gè)虛擬資源池[3]。同時(shí)，整合多個(gè)物理資源，然后按照需求進(jìn)行分配。簡化計(jì)算機(jī)的硬件和軟件的訪問、表示和管理，將硬件設(shè)備封裝為統(tǒng)一的輸入輸出接口，更好的利用硬件資源和軟件資源是虛擬化技術(shù)的主要目標(biāo)。

3 虛擬化技術(shù)的分類

我們平時(shí)說的虛擬化技術(shù)一般指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬機(jī)，簡單的是說可以分成下面四大類：

硬件系統(tǒng)抽象層的虛擬機(jī)。對(duì)于客戶操作系統(tǒng)（上層軟件）而言，此類虛擬機(jī)可以構(gòu)造一個(gè)虛擬的、完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，處理器控制指令就是虛擬機(jī)和客戶操作系統(tǒng)的接口。

操作系統(tǒng)層的虛擬機(jī)。這類虛擬機(jī)在通過復(fù)制操作系統(tǒng)環(huán)境，建立多個(gè)虛擬運(yùn)行的操作系統(tǒng)容器。虛擬機(jī)為運(yùn)行在這些容器上的軟件提供了完整的操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)調(diào)用接口就是虛擬機(jī)和客戶操作系統(tǒng)的接口。[4]

API層虛擬機(jī)。這種虛擬機(jī)為客戶操作系統(tǒng)模擬了特定的操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，模擬了各類用戶態(tài)API實(shí)現(xiàn)了該操作系統(tǒng)。

編程語言層虛擬機(jī)。這種虛擬機(jī)通過編譯技術(shù)或解釋繼續(xù)來運(yùn)行虛擬機(jī)指令，滿足了軟件的跨平臺(tái)和通用性。

4 虛擬化的優(yōu)勢(shì)

虛擬化要比傳統(tǒng)的IT資源分配方式有以下優(yōu)勢(shì)：

4.1 虛擬化技術(shù)可以讓資源的利用率得到很大提高

為了達(dá)到資源的最大利用，虛擬化把一個(gè)硬件虛擬成多個(gè)硬件，這里的一個(gè)硬件指的不是一個(gè)個(gè)體，而是有多個(gè)個(gè)體組成的一組資源，例如可以將多個(gè)硬盤組成陣列，將多個(gè)硬盤視為計(jì)算機(jī)的硬盤部分。用戶將許多資源組成一個(gè)龐大的、計(jì)算能力十分巨大的“巨型計(jì)算機(jī)”，再將這個(gè)巨型計(jì)算機(jī)虛擬成多個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)相互獨(dú)立，但共享資源，這就是虛擬化的精髓。傳統(tǒng)的IT企業(yè)為每一項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用部署一臺(tái)單獨(dú)的服務(wù)器，服務(wù)器的規(guī)模通常是針對(duì)峰值配置，服務(wù)器規(guī)模（處理能力）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于服務(wù)器的平均負(fù)載，服務(wù)器在大部分時(shí)間處于空閑狀態(tài)，資源得不到最大利用。虛擬化技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)用空閑資源，減小服務(wù)器規(guī)模，提高資源利用率。

4.2 提供相互隔離、安全、高效的應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境

用戶可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上虛擬系統(tǒng)，在這個(gè)虛擬系統(tǒng)中模擬多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)邏輯上相互聯(lián)系但物理上相互不干擾，有時(shí)候一個(gè)子系統(tǒng)因?yàn)樵馐芄舳罎?，也不?huì)影響到其他的子系統(tǒng)，并且，每個(gè)子系統(tǒng)都有備份，很快就可以被恢復(fù)。還有，這些應(yīng)用執(zhí)行環(huán)境都比較簡單，工作效率得到很大提高，總體投資成本大大降低。

4.3 采用虛擬化技術(shù)后，虛擬化系統(tǒng)能夠方便的管理和升級(jí)資源[5]

以前的計(jì)算機(jī)服務(wù)器是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的硬件個(gè)體，每次都要消耗企業(yè)大量的人力和物力對(duì)每個(gè)資源進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)。虛擬化技術(shù)將這些硬件資源整合在一起方便管理，如果需要升級(jí)，只要添加升級(jí)動(dòng)作即可，不需要像傳統(tǒng)的企業(yè)一樣要進(jìn)行規(guī)劃容量、定制服務(wù)器還有安裝硬件等工作，使得工作效率有很大的提高。

5 虛擬化技術(shù)在高校學(xué)中的應(yīng)用

前面我們分析了現(xiàn)在高校中機(jī)房教學(xué)存在的問題，分析了不足?，F(xiàn)在從幾個(gè)方面分析研究利用虛擬化技術(shù)解決這些問題。

5.1 利用虛擬化技術(shù)提高機(jī)房實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量、降低機(jī)器購買和維護(hù)成本

在學(xué)校不肯增加實(shí)訓(xùn)設(shè)備預(yù)算情況下，我們要想辦法讓機(jī)房實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率得到大提高，使得機(jī)房硬件能更快更大極限安裝需要的軟件，解決成本、資源和時(shí)間的壓力。而使用VMware虛擬化技術(shù)可以創(chuàng)建一個(gè)虛擬安裝windows操作系統(tǒng)的PC環(huán)境，這個(gè)環(huán)境適合用于所有的Windows應(yīng)用程序，提高了現(xiàn)在的硬件資源的使用率，減少硬件需求，降低投資成本，改善教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)效果。[6]

5.2 利用虛擬技術(shù)便捷管理計(jì)算機(jī)

為了更好的管理和使用計(jì)算機(jī)，我們可以用虛擬技術(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)中心的桌面系統(tǒng)，學(xué)生和教師可以通過客戶端登錄此系統(tǒng)，就可以進(jìn)入計(jì)算機(jī)，像平時(shí)一樣操作，可以免去計(jì)算機(jī)管理人員的大量工作，因?yàn)橛脩舻牟僮鞫荚从跀?shù)據(jù)中心，一旦出現(xiàn)問題，也很快被發(fā)現(xiàn)，得到及時(shí)解決。

5.3 利用虛擬化技術(shù)開設(shè)具有創(chuàng)新實(shí)踐特點(diǎn)的虛擬化實(shí)驗(yàn)課程

目前還有部分課程（比如集群技術(shù)、可編程數(shù)字電路、并行計(jì)算技術(shù)等）的實(shí)驗(yàn)還無法在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行。利用VMware虛擬化技術(shù)將現(xiàn)在的IT資源創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)，這個(gè)虛擬機(jī)就像真的“計(jì)算機(jī)”一樣可以運(yùn)行安裝在上面的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，功能齊全。這樣我們就可以將無法在真實(shí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的課程實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)移到這個(gè)虛擬機(jī)上進(jìn)行。隨著虛擬技術(shù)的成熟、這些實(shí)驗(yàn)會(huì)從無到有、從困難到容易、最后都會(huì)自由開設(shè)的轉(zhuǎn)變。最后能開設(shè)一些有創(chuàng)新實(shí)踐特點(diǎn)、符合高校教學(xué)特點(diǎn)的虛擬化實(shí)驗(yàn)課程。

6 結(jié)語

虛擬化技術(shù)現(xiàn)在經(jīng)歷了50多年的歷史，處于蓬勃發(fā)展階段，未來還有很大的發(fā)展空間。虛擬化技術(shù)對(duì)高校教學(xué)具有重大意義，它彌補(bǔ)很多實(shí)踐操作的不足。根據(jù)學(xué)校提供的教學(xué)大綱，按照一定的步驟和方法設(shè)計(jì)合理的實(shí)現(xiàn)虛擬化教學(xué)實(shí)踐訓(xùn)練的虛擬訓(xùn)練平臺(tái)系統(tǒng)。虛擬訓(xùn)練平臺(tái)可以多次使用，靈活多變，系統(tǒng)穩(wěn)定，升級(jí)方便，對(duì)于高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)有很重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇虞磊，薛方.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)與管理[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）：68-72.

[2]沈堯林.桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應(yīng)用.時(shí)代教育，2010.08.083.

[3]王慶波，金涬，何樂等.虛擬化與云計(jì)算.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]白國靖.虛擬化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中的應(yīng)用研究.電子世界，2011.09.

[5]王建紅，趙麗紅.淺論虛擬化及其應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2007，（07）.

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