虛擬化技術(shù)在高職計算機(jī)實驗中的應(yīng)用

夏裕民

摘要：近年來，國家大力支持職業(yè)教育的發(fā)展，招生數(shù)量的增多導(dǎo)致高職院校教育設(shè)施嚴(yán)重不足。本文分析了高職院校當(dāng)前計算機(jī)實驗教學(xué)中存在的問題，提出了使用虛擬化技術(shù)來解決具體實驗環(huán)境中遇到的各種難題，并介紹了基于VMware Workstation技術(shù)的虛擬機(jī)在計算機(jī)操作系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)群集實驗教學(xué)的應(yīng)用，最后還簡單介紹了基于桌面虛擬化技術(shù)（VDI）的計算機(jī)實驗教學(xué)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)實驗；虛擬化技術(shù)；虛擬機(jī)；VMware Workstation

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0250-02

近幾年來，國家大力扶持職業(yè)教育的發(fā)展，越來越多的高職院校也受到了更高的關(guān)注。高職院校相比其他高等教育院校，更加注重的是對學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)，使他們畢業(yè)后能夠擁有一技之長，很快地適應(yīng)這個競爭激烈的社會，高的就業(yè)率給他們帶來了豐厚的生源，招生數(shù)目也逐年上升。學(xué)生入學(xué)率增加了，但配套的教學(xué)設(shè)備卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上學(xué)生增長的速度，各種教學(xué)設(shè)備已經(jīng)無法滿足學(xué)生正常的日常需求。計算機(jī)學(xué)科應(yīng)用廣泛，社會需求大，成為眾多學(xué)子在選擇專業(yè)時的第一選擇。同時計算機(jī)實踐性極強(qiáng)，不是一門通過口傳就可以學(xué)會的學(xué)科，它需要大量的動手實驗，親身操作，因此對計算機(jī)設(shè)備的需求極高。想要完成計算機(jī)學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)，實驗是不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。計算機(jī)實驗教學(xué)可以鞏固學(xué)生上課所學(xué)的理論知識，并且提高自己的動手能力和解決問題的能力。

一、當(dāng)前計算機(jī)實驗教學(xué)存在的一些問題

（一）硬件資源不足

學(xué)校中的計算機(jī)大多是分批采購的，現(xiàn)在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展十分迅速，這種電子類產(chǎn)品更新速度特別快，再加上學(xué)校采購數(shù)目一般較多，各種型號的不同，軟硬件配置的差異，管理上十分復(fù)雜。原有的計算機(jī)設(shè)備很難滿足現(xiàn)在實驗的需求，效率低下。由于高職院校資金不夠充分，沒有足夠的能力去大量采用先進(jìn)的設(shè)備，導(dǎo)致計算機(jī)實驗教學(xué)設(shè)備比較缺乏，不能滿足每個學(xué)生的正常實驗需求。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中，要求學(xué)生能夠獨立進(jìn)行局域網(wǎng)的組建、網(wǎng)絡(luò)IP配置、遠(yuǎn)程訪問、路由配置等實驗。這些教學(xué)內(nèi)容需要多臺計算機(jī)才能實現(xiàn)。硬件資源的匱乏直接導(dǎo)致教師在課堂上列出這些配置所需要的指令，無法讓學(xué)生親身體驗，沒有實踐過的知識也很容易被遺忘，教學(xué)效果特別差。這樣的教學(xué)模式根本不符合高職院校的教學(xué)理念，培養(yǎng)出的學(xué)生也很難達(dá)到社會的要求。

（二）實驗環(huán)境要求較高

高職院校的計算機(jī)教學(xué)模式大多是在現(xiàn)有的硬件設(shè)施上進(jìn)行實驗研究，對軟件的重視度還不夠，但計算機(jī)學(xué)科更多的是對各種軟件的操作。對計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行重裝系統(tǒng)這是每個學(xué)計算機(jī)學(xué)生應(yīng)具備的最基本的技能。在這個過程中，數(shù)據(jù)備份、格式化、磁盤分區(qū)等都是必須掌握的技能。但這項教學(xué)任務(wù)對于教師來講卻是較難完成的。上課口授與學(xué)生親自實驗操作還是有差距的，由于這項教學(xué)任務(wù)一旦操作不當(dāng)便很有可能會對計算機(jī)的硬件造成破壞性的傷害，這樣給教師和學(xué)校都帶來了不小的困擾。Windows服務(wù)器維護(hù)與管理中的RAID（redundant array of independent disks）技術(shù)實驗需要較高配置的計算機(jī)設(shè)備完成，但是由于現(xiàn)有機(jī)房高配置設(shè)備較少，而學(xué)生又太多，很難做到讓每個學(xué)生都能親身體會，于是很多高職院校的教師選擇課堂教學(xué)課件進(jìn)行演示教學(xué)。這樣的教學(xué)方法省時省力，但教學(xué)效果差，無法發(fā)現(xiàn)更多隱藏的問題。

（三）對計算機(jī)硬件設(shè)置保護(hù)

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變，各種木馬、黑客橫行，為了保護(hù)高職院?，F(xiàn)有的計算機(jī)設(shè)備和方便管理人員對機(jī)房設(shè)備的管理，很多學(xué)校都進(jìn)行了計算機(jī)設(shè)備的保護(hù)。機(jī)房的電腦參差不齊，很多軟件早已更新?lián)Q代，以前老版軟件根本不能滿足現(xiàn)有的教學(xué)需求，但由于實驗室管理軟件的限制，對計算機(jī)硬盤加了保護(hù)卡，很多學(xué)習(xí)軟件無法進(jìn)行更新，這樣給學(xué)生造成了很大困擾，無法正常進(jìn)行實踐學(xué)習(xí)。一些學(xué)校還為電腦的BIOS設(shè)置密碼，學(xué)生根本無法進(jìn)入。那學(xué)習(xí)BIOS配置時，只能看教師進(jìn)行操作，憑空分析，達(dá)不到預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。這樣的話，即使每節(jié)實驗課正常進(jìn)行，但由于設(shè)備滿足不了學(xué)生的需求，也會嚴(yán)重影響學(xué)生的上課積極性，無法培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力。

二、虛擬化技術(shù)與虛擬機(jī)

計算機(jī)技術(shù)中的虛擬化技術(shù)將計算機(jī)的各種實體資源進(jìn)行有效的管理，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲器等資源進(jìn)行封裝、抽象化、轉(zhuǎn)換，打破各種物理單元間的障礙，使各種資源運行透明，屏蔽軟硬件之間的差異。虛擬化技術(shù)可以將計算機(jī)的物理硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)相分離，實現(xiàn)資源利用率的最大化。

虛擬機(jī)是計算機(jī)虛擬化技術(shù)成功應(yīng)用的實例。虛擬機(jī)指的是物理計算機(jī)通過虛擬化技術(shù)可以同時搭載多個操作系統(tǒng)，可以模仿真實計算機(jī)進(jìn)行工作。虛擬機(jī)與現(xiàn)實中的計算機(jī)沒有太大差別，同樣可以進(jìn)行安裝系統(tǒng)、磁盤分區(qū)、數(shù)據(jù)備份等操作，并且可以把自身的多個操作系統(tǒng)集中為一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。虛擬機(jī)允許我們模擬CPU、硬盤、內(nèi)存、網(wǎng)卡等一系列的硬件設(shè)備，并且可以根據(jù)實驗的需求對他們進(jìn)行配置。由于這些操作都是在一個虛擬的軟件系統(tǒng)中進(jìn)行的，因此不會對物理計算機(jī)帶來傷害。目前應(yīng)用較為廣泛的虛擬機(jī)軟件有Microsoft公司開發(fā)的Virtual PC以及VMware公司開發(fā)的VMware Workstation以及XEN等。這些虛擬機(jī)軟件都可以在現(xiàn)有的計算機(jī)Windows系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，并且可以同時虛擬多臺計算機(jī)。PC虛擬機(jī)上安裝的多個虛擬系統(tǒng)在進(jìn)行切換時需要重新啟動計算機(jī)，并且同一時刻只允許一個操作系統(tǒng)運行，因此我們一般都采用VMware Workstation虛擬機(jī)軟件。VMware Workstation軟件可以對服務(wù)器資源進(jìn)行邏輯切分，創(chuàng)造一個統(tǒng)一的虛擬機(jī)運行環(huán)境，可以同時對多個操作系統(tǒng)進(jìn)行隔離運行，在運行時對應(yīng)用程序進(jìn)行封裝保存，在運行時可以對多個硬件平臺和操作系統(tǒng)進(jìn)行自由切換，無需關(guān)機(jī)重啟。

三、虛擬化技術(shù)在高職計算機(jī)實驗中的應(yīng)用

（一）基于VMware Workstation虛擬機(jī)的計算機(jī)群集實驗教學(xué)

上世紀(jì)70年代以來，并行計算機(jī)開始進(jìn)入計算機(jī)實驗室，大大提升了計算機(jī)的計算速度。到2009年，我國天河一號計算機(jī)系統(tǒng)的計算速度已達(dá)千萬億次數(shù)量級，并行計算機(jī)未來發(fā)展前景廣闊，需求大量的技術(shù)人才。由于并行計算課程實驗需要價格昂貴的并行機(jī)，高職院校資金有限，因此很多院校對計算機(jī)集群實驗課程只能放棄開設(shè)。經(jīng)實驗，基于VMware Workstation的虛擬機(jī)系統(tǒng)可以模擬出虛擬的并行環(huán)境，并且得出的并行程序是真實有效的。通過安裝虛擬機(jī)軟件，在虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中創(chuàng)建模擬的并行計算機(jī)，將并行計算機(jī)進(jìn)行接口共享、集群環(huán)境配置，即可模擬真實并行計算機(jī)環(huán)境。虛擬機(jī)技術(shù)成功解決了我國高職院校中并行機(jī)數(shù)量不足的大問題，將會為我國并行計算提供大批的技術(shù)人才。

（二）基于桌面虛擬化技術(shù)（VDI）的計算機(jī)實驗教學(xué)

桌面虛擬化技術(shù)指的是將計算機(jī)桌面進(jìn)行虛擬化，由后臺中心服務(wù)器運行該計算機(jī)的操作系統(tǒng)。用戶通過登錄中心服務(wù)器，將本地客戶端與虛擬桌面進(jìn)行鏈接，通過訪問中心服務(wù)器提供的虛擬界面進(jìn)行實際操作。桌面虛擬化技術(shù)與訪問本地界面沒有任何差異。高職院校教師及學(xué)生在進(jìn)行軟件實驗課程中，可以對各種程序進(jìn)行調(diào)試，任意調(diào)用軟件，因為是在中心服務(wù)器進(jìn)行處理，虛擬桌面與本地計算機(jī)硬盤是分離的，不會造成本地計算機(jī)系統(tǒng)崩潰，更不會在程序運行中發(fā)生死機(jī)狀況。這樣的虛擬機(jī)技術(shù)管理方便，大幅降低了設(shè)備成本，工作高效，節(jié)約能源。

四、結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段的高職院校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中仍然存在不少問題。虛擬機(jī)的應(yīng)用，成功解決了高職院校硬件資源不足的問題，并且可以讓學(xué)生自主發(fā)揮，充分鍛煉了學(xué)生的動手實踐能力。在虛擬實驗環(huán)境中，學(xué)生可以任意對計算機(jī)軟硬件進(jìn)行配置，既降低了實驗成本，又加深了學(xué)生對計算機(jī)理論知識的理解，增強(qiáng)了學(xué)生的動手實踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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