LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的局限性及解決辦法

何德仙

摘要：分析了傳統(tǒng)LINUX 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)存在的不足：系統(tǒng)環(huán)境容易受到修改及破壞、硬件設(shè)備支持不足、難以做到“教學(xué)做”一體化。討論了構(gòu)建虛擬機(jī)LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以“無(wú)限”擴(kuò)展硬件設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行破壞性修改及調(diào)試而不會(huì)影響系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)“教學(xué)做”一體化等等，有效地解決了在物理機(jī)上實(shí)驗(yàn)存在的不足。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；LINUX；Vmware；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）09-0048-03

Limitations and Solutions of LINUX Experimental Platform

HE De-xian

（Qujing Industrial and Commercial Vocational Technical Schools， Qujing 655000， China）

Abstract： Analysis of the defects in the traditional LINUX experiment platform：system environment susceptible to modification and destruction，lack of hardware support， hard to do integration of “teaching and studying and doing". Build a virtual machine LINUX experiment platform is discussed， which can be "infinite" extend hardware devices， to destructive modification and debugging system without affecting system， experimental process achieved the integration of "teaching and studying and doing" and so on， effectively solves the problems existing in physical experiment.

Key words： Virtual machine； LINUX； Vmware；Experimental platform

LINUX操作系統(tǒng)作為一種開(kāi)放、自由、免費(fèi)的軟件，它支持多用戶及多任務(wù)，支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)安全性較高，管理方便易用，在各類行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣。

作為應(yīng)用本科類院校及高職院校，常常在計(jì)算機(jī)類專業(yè)中開(kāi)設(shè)LINUX網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)或操作系統(tǒng)實(shí)踐課程，課程常以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方式來(lái)完成一系列的實(shí)驗(yàn)，因此，搭建一個(gè)良好的LINUX或操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)于教師的教學(xué)、學(xué)生的實(shí)訓(xùn)是非常重要的。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建困難、存在諸多不便因素，因此，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建方法、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案、提高教學(xué)成效，是一個(gè)重要的課題。操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建在文獻(xiàn)一中已有討論[1]，不是本文討論的重點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的局限性及存在的問(wèn)題

1.1 傳統(tǒng)LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)要求

LINUX網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般有：LINUX操作系統(tǒng)的安裝、LINUX基本指令、LINUX文件系統(tǒng)、賬戶與組管理、配置磁盤(pán)管理、網(wǎng)絡(luò)配置與服務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置與管理（其中有Samba服務(wù)器配置與管理、DHCP服務(wù)器配置與管理、DNS服務(wù)器配置與管理、Apache服務(wù)器配置與管理、FTP服務(wù)器配置與管理、SSH服務(wù)配置與管理等），甚至是嵌入式LINUX試驗(yàn)[2]。以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容幾乎都要在多用戶的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，部分實(shí)驗(yàn)對(duì)硬件設(shè)備要求比較苛刻，比如磁盤(pán)管理中的LVM系統(tǒng)搭建、RAID搭建與配置，要求硬件系統(tǒng)至少有兩塊空閑硬盤(pán)，網(wǎng)絡(luò)配置中要求有多網(wǎng)卡的條件，LINUX操作系統(tǒng)安裝要求硬件有光驅(qū)且每次都要安裝光盤(pán)…… 這些要求對(duì)于一個(gè)普通機(jī)房，是很難滿足的要求的[3]。

1.2 存在的問(wèn)題

上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)計(jì)算機(jī)機(jī)房的硬件及軟件條件要求較高，所在，傳統(tǒng)機(jī)房的實(shí)驗(yàn)環(huán)境存在下列問(wèn)題：

1.2.1教師教學(xué)平臺(tái)及多媒體教學(xué)課件不能實(shí)現(xiàn)同步

為了節(jié)約成本，目前大部分實(shí)驗(yàn)機(jī)房配置的是電子教室系統(tǒng)，很少單獨(dú)配置投影或電子白板等設(shè)備，而電子教室系統(tǒng)又主要以windows平臺(tái)的為主，LINUX平臺(tái)上的幾乎沒(méi)有。所以，在LINUX的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師很難在LINUX環(huán)境下用電子教室系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和展示多媒體課件，如切換為windows平臺(tái)，又難以實(shí)現(xiàn)LINUX環(huán)境的真實(shí)教學(xué)演示。所以，這是一個(gè)兩難的選擇，如果實(shí)驗(yàn)機(jī)上安裝兩種操作系統(tǒng)，切換起來(lái)非常麻煩，這使得傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境很難滿足現(xiàn)代教學(xué)的需求。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室管理和維護(hù)困難

現(xiàn)代的學(xué)生機(jī)房，管理人員為了減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量，往往在系統(tǒng)中裝有保護(hù)系統(tǒng)，不論用戶對(duì)操作系統(tǒng)做什么操作，只要在系統(tǒng)重新啟動(dòng)后，便能還原到初始狀態(tài)。這種方式對(duì)LINUX實(shí)驗(yàn)環(huán)境是不利的，因?yàn)長(zhǎng)INUX的許多實(shí)驗(yàn)操作要求重新啟動(dòng)系統(tǒng)才能生效，在受保系統(tǒng)的系統(tǒng)中完成LINUX實(shí)驗(yàn)，許多實(shí)驗(yàn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。但是，如果不保護(hù)系統(tǒng)，學(xué)生每次對(duì)系統(tǒng)的修改，都可能使系統(tǒng)的性能受到影響，甚至?xí)茐南到y(tǒng)，不能保證系統(tǒng)是一個(gè)“干凈”的狀態(tài)，所以，要保證每次實(shí)驗(yàn)前系統(tǒng)狀態(tài)的初始化，無(wú)疑會(huì)加重實(shí)驗(yàn)管理人員的負(fù)擔(dān)。這也是一個(gè)兩難的選擇，在真實(shí)計(jì)算機(jī)上安裝系統(tǒng)無(wú)法解決這樣的問(wèn)題。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求

真實(shí)計(jì)算機(jī)上的LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)適配器的數(shù)量及型號(hào)、硬盤(pán)的數(shù)量及容量、有無(wú)光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、內(nèi)存容量等性能指標(biāo)，是固定不變的，以后也很難有變化。但在LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，有些實(shí)驗(yàn)要求硬件設(shè)備超出常規(guī)要求，如有些實(shí)驗(yàn)要求有計(jì)算機(jī)有兩塊及以上的網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡），有些實(shí)驗(yàn)要求有兩塊甚至更多塊空閑硬盤(pán)，有的實(shí)驗(yàn)要使用打印機(jī)設(shè)備等等，如果建設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要滿足各類實(shí)驗(yàn)要求，就必須投入大量資金來(lái)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這對(duì)投入預(yù)算不足的實(shí)驗(yàn)室是個(gè)難題，一般的學(xué)生機(jī)房很難滿足上述硬件配置要求，從而無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)要求。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的整理困難

LINUX實(shí)驗(yàn)中一些實(shí)驗(yàn)測(cè)試需要兩臺(tái)及兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)參與，如DHCP、DNS、Apache、FTP等服務(wù)器搭建與配置，需要用LINUX主機(jī)作為服務(wù)器，至少一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為客戶機(jī)，來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)功能的測(cè)試。在真實(shí)LINUX平臺(tái)，學(xué)生在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上顯然無(wú)法進(jìn)行這樣的測(cè)試，只有與他人合作完成，這樣增加了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，無(wú)法達(dá)到獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的目的；另外，有些實(shí)驗(yàn)需要整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子文檔，這些實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子文檔又通常是在windows平臺(tái)上用WORD來(lái)處理，在LINUX平臺(tái)上的某些實(shí)驗(yàn)結(jié)果（如截圖），如果要存放到WORD文檔，這當(dāng)然是很不方便的，雖然LINUX平臺(tái)也提供了文檔處理軟件，但通用性并不是很強(qiáng)，在文檔交換中不如WORD文檔方便通用。

針對(duì)以上的問(wèn)題或不足，利用虛擬機(jī)平臺(tái)搭建的LINUX虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以上問(wèn)題迎刃而解。

2虛擬機(jī)技術(shù)及常用VMM

2.1 虛擬機(jī)技術(shù)

虛擬機(jī)技術(shù)是通過(guò)虛擬化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)。對(duì)硬件資源的虛擬化，可以在一臺(tái)服務(wù)器（宿主機(jī)）上模擬出多個(gè)相同或不同的硬件平臺(tái)，從而能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同類型操作系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)相互隔離。

虛擬機(jī)技術(shù)最早由 IBM 提出，主要用于實(shí)現(xiàn)昂貴大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全共享，后來(lái)被移植到PC平臺(tái)。虛擬機(jī)監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虛擬機(jī)技術(shù)的核心，它是一層位于操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件之間的軟件，用來(lái)將硬件平臺(tái)分割成多個(gè)虛擬機(jī)。

目前典型的VMM有VMware公司的VMware workstation，Microsoft公司的Virtual PC和Oracle公司的VirtualBox，其中VirtualBox虛擬機(jī)的建立在文獻(xiàn)4中作過(guò)論述[4]。這三個(gè)平臺(tái)大同小異，現(xiàn)以VMware workstation為例說(shuō)明其功能及特點(diǎn)。

2.2 VMware workstation虛擬機(jī)平臺(tái)

VMware Workstation（中文名“威睿工作站”）是一款功能強(qiáng)大的桌面虛擬計(jì)算機(jī)軟件，提供用戶可在單一的桌面上同時(shí)運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)，和進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測(cè)試、部署新的應(yīng)用程序的最佳解決方案。

VMware Workstation可以讓我們?cè)谝慌_(tái)機(jī)器上同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多Windows、DOS、Linux、Mac系統(tǒng)[5]，每個(gè)操作系統(tǒng)都可以進(jìn)行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實(shí)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)，每個(gè)操作系統(tǒng)都可以虛擬出一個(gè)或多個(gè)硬件設(shè)備，如硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)適配器等。你甚至可以通過(guò)網(wǎng)卡將幾臺(tái)虛擬機(jī)用網(wǎng)卡連接為一個(gè)局域網(wǎng)，作為網(wǎng)絡(luò)配置及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器測(cè)試極其方便。

3利用VMware Workstation平臺(tái)搭建的LINUX虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)

3.1 擴(kuò)充“無(wú)限”的硬件設(shè)備

在LINUX虛擬機(jī)環(huán)境里，計(jì)算機(jī)的許多硬件是可以定制或添加的，如內(nèi)存、CPU數(shù)量、硬盤(pán)數(shù)量及類型、網(wǎng)絡(luò)適配器及類型以及CD/DVD驅(qū)動(dòng)器等等，如圖1所示。用戶可以通過(guò)硬件添加向?qū)砑右粋€(gè)或多個(gè)容量不同的硬盤(pán)，也可以添加不同的CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、打印機(jī)、通用SCSI設(shè)備等等。這些硬件的生成，只有內(nèi)存容量和CPU受當(dāng)前物理計(jì)算機(jī)的限制，而其他設(shè)備幾乎不受限制——即使硬盤(pán)數(shù)量及容量受當(dāng)前物理硬盤(pán)容量限制，對(duì)目前大容量硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，這種限制顯然是微不足道的。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)前計(jì)算機(jī)物理硬盤(pán)為1TB，為虛擬機(jī)申請(qǐng)10%的容量作為虛擬硬盤(pán)，也達(dá)到100GB，如在教學(xué)中作為虛擬硬盤(pán)使用，可虛擬出至少5個(gè)20GB的硬盤(pán)，如圖2所示。這樣虛擬出來(lái)的硬盤(pán)，用戶完成RAID系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、LVM系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，是在物理計(jì)算機(jī)上無(wú)法比擬的。

3.2具有“金剛不壞之身”虛擬機(jī)

實(shí)驗(yàn)機(jī)房首先安裝WINDOWS系統(tǒng)，WINDOWS系統(tǒng)上安裝VMware workstation虛擬機(jī)平臺(tái)，在此平臺(tái)上再安裝上LINUX系統(tǒng)，最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行還原保護(hù)。如果實(shí)驗(yàn)用這樣的策略來(lái)處理，即滿足用戶靈活地對(duì)LINUX系統(tǒng)進(jìn)行組件安裝、修改配置、重新啟動(dòng)已達(dá)到生效的目的，又可保證LINUX虛擬機(jī)有“金剛不壞之身”，即不論用戶對(duì)虛擬采取何種措施，如修改配置、安裝程序、刪除文件，甚至是刪除分區(qū)、格式化硬盤(pán)等等——這些行為對(duì)物理計(jì)算機(jī)有嚴(yán)重的影響，一般是是禁止的。用戶如需要上述操作生效，只需要重新啟動(dòng)LINUX虛擬機(jī)便可；如果發(fā)現(xiàn)上述操作對(duì)系統(tǒng)造了致命的損害，只需要重新啟動(dòng)宿主機(jī)操作系統(tǒng)，以上的行為通通失效，這對(duì)于保護(hù)虛擬機(jī)系統(tǒng)，但又不限制用戶對(duì)虛擬機(jī)的操作，是非常有意義的。

3.3 有利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)試與整理

在LINUX操作系統(tǒng)上要完成一些實(shí)驗(yàn)，往往要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安裝、配置、重新啟動(dòng)等一活動(dòng)。在物理機(jī)上完成上述活動(dòng)，如果機(jī)房安裝了還原系統(tǒng)，在重新啟動(dòng)系統(tǒng)后，配置會(huì)還原失效；但在虛擬上完成，重啟虛擬機(jī)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行還原，可保留用戶對(duì)系統(tǒng)的修改，得到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的整理也是非常方便的，如果要邊做實(shí)驗(yàn)邊整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告，或者要存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)截圖，在虛擬機(jī)環(huán)境下非常容易實(shí)現(xiàn)。在宿主機(jī)上建立實(shí)驗(yàn)報(bào)告文件，在虛擬機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，期間可通過(guò)窗口的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)不同界面的轉(zhuǎn)換，屏幕信息、數(shù)據(jù)或屏幕截圖也很容易通過(guò)WINDOWS系統(tǒng)或第三方軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就可整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告，非常方便哪些實(shí)踐性比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合作者教學(xué)工作實(shí)際，分析了LINUX實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的問(wèn)題和困難，在實(shí)驗(yàn)物理機(jī)上完成LINUX的實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)房的硬件要求非常高，需投入大量資金購(gòu)買(mǎi)不同設(shè)備；對(duì)機(jī)房的軟件維護(hù)也需投入大量人力物力進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能做到“教學(xué)做”一體化過(guò)程。提出了在VMware Workstation平臺(tái)上的LINUX虛擬機(jī)完成一系列的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可解決上述資金投入量大、設(shè)備與軟件系統(tǒng)維護(hù)工作量大的不足，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程做到“教學(xué)做”一體化，即教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)可同時(shí)開(kāi)展，極大地方便了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、提高了實(shí)驗(yàn)效率，是LINUX實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的極好選擇。

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