虛擬機技術在計算機維護課程中的應用

韓友前

摘要：利用虛擬機技術解決《計算機組裝與維護》實驗課在物理計算機上難以進行的問題是目前常見做法，文章介紹了常見的虛擬化與虛擬機技術，重點介紹了虛擬機在《計算機組裝與維護》實驗操作中的幾種典型應用。針對許多學校在使用虛擬機實驗過程中采用優(yōu)盤或光盤啟動到WinPE環(huán)境的做法，提出了一種在虛擬機中無須使用光盤或優(yōu)盤進入WinPE環(huán)境的解決方案，實踐證明該方案使用效果良好，切實可行，減少了資源的浪費。

關鍵詞：虛擬化；虛擬機；計算機組裝與維護；預安裝環(huán)境；優(yōu)盤引導

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）04-0106-03

Abstract：Using virtual machine technology to solve the problem of computer assembly and maintenance experiment class on the physical computer is a common practice. The article introduces the common virtualization and virtual machine technology， and focuses on several typical applications of the virtual machine in the "computer assembly and maintenance" experimental operation. In view of the practice that many schools use USB flash drive or CD-ROM to boot into the WinPE environment during the virtual machine experiment， proposes a solution for entering the WinPE environment without using CD-ROM or USB flash drive in the virtual machine. The effect is good， practical， and reduces the waste of resources.

Key words： virtualization；virtual machine；computer maintenance；WinPE；usb disk boot

隨著計算機的日益普及，應用領域越來越廣泛，計算機給人們的生產和生活帶來便利的同時，其管理與維護工作也變得十分重要。為了滿足社會對計算機維護人才的需求，許多職業(yè)院校計算機專業(yè)都開設了《計算機組裝與維護》這門課程。通過本課程的學習，學生可以系統(tǒng)地掌握計算機硬件的組裝調試、硬盤的分區(qū)與格式化、操作系統(tǒng)的安裝和維護以及計算機常見故障的判斷與排除等技能。該課程具有實用性、實踐性、技術性強、知識更新快的特點，注重學生動手能力和操作技能的培養(yǎng)，實驗課占有較大比重。課程中很多實驗對計算機系統(tǒng)都具有破壞性，例如硬盤的分區(qū)與格式化、BIOS參數的設置、操作系統(tǒng)的安裝、注冊表的修改等[1]。為了不破壞計算機系統(tǒng)數據而影響機房的正常使用，許多學校上課時只注重理論知識的講解而很少讓學生上機操作。學生由于上機實驗操作較少，動手能力得不到有效鍛煉，學習效果大打折扣，無法達到預期的教學目的。為了解決《計算機組裝與維護》這門課學生上機實驗的難題，可以引入虛擬機技術。使用虛擬機，既可以讓學生放心的完成各項實驗操作，又不用擔心物理計算機系統(tǒng)被破壞的問題，可以說虛擬機是計算機維護課最理想的實驗平臺解決方案。

1 虛擬化與虛擬機技術

1.1虛擬化簡介

虛擬化（Hypervisor）一般是指通過某種方式隱藏底層的物理硬件，讓多個操作系統(tǒng)透明地共享使用底層物理硬件資源的一種技術。Hypervisor是在分層架構中提供平臺虛擬化的層，是虛擬化技術的核心[2]。它是管理虛擬機的軟件平臺，其主要作用是可以讓多個操作系統(tǒng)共享硬件資源，協(xié)調硬件資源的訪問和對虛擬機之間進行協(xié)調管理，不中斷地支持多個工作負載的遷移，因此Hypervisor又被稱為虛擬機監(jiān)視器（VMM，Virtual Machine Monitor）。

常見的X86虛擬化管理平臺主要有兩種架構形式，一種是裸金屬（裸機）型（Bare-metal hypervisors），虛擬機直接運行在物理硬件上，是一種基于內核的虛擬機，裸金屬架構模型如圖1所示。在裸金屬型虛擬化中Hypervisor可以看作一個專門為虛擬化而生的一個專業(yè)操作系統(tǒng)，它直接調用管理分配硬件資源而無須底層操作系統(tǒng)支持。常見的裸金屬架構產品有VMware ESX Server、Microsoft Hyper-V 和 Citrix Xen Server。

另一種Hypervisor類型是宿主（托管）型（Hosted hypervisors）它是運行在宿主機操作系統(tǒng)（Host OS）之上的一個應用軟件，創(chuàng)建硬件的全仿真實例，宿主型架構模型如圖2所示。宿主型Hypervisor創(chuàng)建若干個虛擬的硬件平臺，在這些虛擬的硬件平臺上可以安裝新的客戶操作系統(tǒng)（Guest OS）和應用軟件，這些虛擬的硬件對Guest OS來說和真實的物理硬件是一樣的，這樣可以做到上層的操作系統(tǒng)和底層的操作系統(tǒng)無關聯(lián)性.例如 Host OS可以是Windows系統(tǒng)，而Guest OS可以是Linux系統(tǒng)。常見的VMware Player、Virtual PC和VirtualBox都是宿主型虛擬機軟件。

裸金屬架構Hypervisor一般運行在專業(yè)服務器上，其優(yōu)點是性能高，資源開銷小，運行可靠性高，擴展性好，其缺點是造價高，配置較復雜，對硬件兼容性要求較高。

宿主型架構Hypervisor 一般安裝在個人計算機上，其優(yōu)點是安裝使用簡單方便，硬件兼容性好，使用成本低廉。缺點是性能較差，消耗硬件資源大，可擴展性不好，每個虛擬機需要單獨進行管理。因為宿主型VMM使用簡單，成本低廉，對硬件兼容性好等特點，所以在個人計算機中有著較為廣泛的應用。以下主要討論宿主型架構虛擬機在計算機維護課程中的應用。

1.2 虛擬機技術

虛擬機（Virtual Machine）是指通過特定的軟件在一臺物理計算機上創(chuàng)建的若干個具有完整硬件邏輯結構的虛擬計算機系統(tǒng)。每個虛擬出來的計算機像真實的物理計算機一樣具有自己獨立的硬件和操作系統(tǒng)[3]。虛擬軟件虛擬出的邏輯計算機只是宿主機上的幾個特定文件，虛擬機系統(tǒng)和宿主機之間可以做到完全隔離，對虛擬機的任何操作都不會破壞宿主機的數據完整性。因此虛擬機非常適合在《計算機組裝與維護》課中進行各種實驗操作，而完全不用擔心破壞宿主機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

Windows系統(tǒng)上比較流行的宿主型虛擬機軟件主要有三個：一個是微軟公司的 Virtual PC，另一個是甲骨文公司的Virtual Box和VMware公司的VMware Workstation， Virtual PC和Virtual Box為免費軟件，功能相對較少，設置和使用比較簡單，適合初學者使用。VMware Workstation功能強大，執(zhí)行效率高，兼容性好，運行穩(wěn)定，是非常流行的虛擬機軟件，下文虛擬機都以VMware Workstation為例。VMware Workstation 又分為Workstation pro和Workstation Player兩個版本，Workstation pro是收費軟件，功能最多，適合專業(yè)人員使用，而VMware Workstation Player則是免費軟件，體積小巧，性能和VMware Workstation pro不相上下，只是減少了一些不常用的附加功能，適合普通用戶使用。

2 虛擬機在計算機維護課程中的具體應用

2.1 BIOS參數設置

BIOS參數設置是計算機安裝維護中常用的操作，因為BIOS里很多選項都是直接對硬件參數進行配置，對初學者來說操作比較復雜，如果操作不當則可能對計算機造成破壞，嚴重的則會造成計算機無法啟動，所以多數情況下是不允許學生直接在物理計算機上進行BIOS參數設置的。而在虛擬機中則完全不用擔心由于BIOS設置不當而引起計算機故障的問題。在虛擬機啟動時根據屏幕底部提示按F2鍵，或者在開機前選擇菜單“虛擬機”-“電源”-“打開電源時進入固件”選項，均可進入BIOS設置界面。虛擬機中的BIOS界面設置和物理計算機非常相似，只是可設置的參數項目相對較少，在VMware虛擬機BIOS中可以設置啟動引導順序、BIOS用戶密碼、系統(tǒng)日期時間等參數。

2.2 硬盤的分區(qū)與格式化

對硬盤進行分區(qū)和格式化是計算機維護中常用的操作，是計算機維護課中一個重要的實驗項目，一塊新的硬盤只有經過分區(qū)格式化后才能進行操作系統(tǒng)的安裝和數據存儲。由于此操作會破壞計算機中的所有數據，影響機房正常教學的使用，所以一般不會讓學生直接在機房的物理計算機上進行分區(qū)操作。對硬盤進行分區(qū)和格式化完全可以在虛擬機中進行，其操作過程和真實物理計算機中完全一樣。

在計算機維護實踐中對硬盤進行分區(qū)格式化、操作系統(tǒng)安裝以及系統(tǒng)備份還原等維護操作一般都是在WinPE（Windows預安裝環(huán)境，Windows Preinstallation Environment） 環(huán)境下進行的，而要進入WinPE環(huán)境則需要使用可啟動光盤或U盤進行引導。由于目前計算機已經很少配置光驅了，所以現在基本都是用優(yōu)盤來引導進入WinPE環(huán)境的。如果實驗時在虛擬機中使用優(yōu)盤來引導進入WinPE環(huán)境，則需要購買大量優(yōu)盤，而且有些優(yōu)盤多次使用后會變得不穩(wěn)定。用優(yōu)盤啟動盤制作工具生成光盤鏡像來引導啟動可以很好地解決這個問題，并且通過這種光盤鏡像引導啟動的WinPE桌面環(huán)境和使用優(yōu)盤引導啟動的環(huán)境完全一致，以后學生在真實的計算機上用優(yōu)盤啟動時就能很快熟悉WinPE環(huán)境了。用優(yōu)盤啟動盤制作工具生成光盤鏡像來引導啟動虛擬機到WinPE環(huán)境主要操作步驟如下：

1） 在物理計算機上下載并安裝任意一種優(yōu)盤啟動盤制作工具，這里以“U深度UEFI版”為例。

2） 在軟件主界面上方“模式選擇”里點擊 “ISO模式”，點擊“生成ISO”并保存在硬盤中。如圖3所示：

3） 打開虛擬機，在硬件設置里設置光驅CD/DVD使用ISO映像文件為上一步生成的USD.ISO光盤鏡像文件，在虛擬機BIOS里設置CD-ROM Drive為第一啟動順序。

4） 開啟虛擬機后通過光盤鏡像引導系統(tǒng)啟動到WinPE環(huán)境，進入WinPE環(huán)境后，就可以使用DiskGenius分區(qū)工具或傲梅分區(qū)助手進行分區(qū)練習了。對于剛接觸分區(qū)的初學者，不建議使用快速分區(qū)功能，這樣不利于分區(qū)步驟的理解和掌握。用這種方法啟動虛擬機到WinPE環(huán)境，不但不需要購買光盤或優(yōu)盤，而且操作界面和使用啟動光盤或優(yōu)盤引導的WinPE環(huán)境界面完全一樣。

2.3 操作系統(tǒng)安裝

一臺計算機只有安裝操作系統(tǒng)才能正常運行，操作系統(tǒng)安裝也是計算機維護人員必須掌握的一項基本技能。Windows操作系統(tǒng)安裝分為原版系統(tǒng)安裝和GHOST系統(tǒng)安裝，初學者最好從原版系統(tǒng)安裝開始練習。首先在宿主機上下載原版操作系統(tǒng)光盤鏡像文件，設置虛擬機光驅為使用ISO文件，瀏覽并選擇ISO文件為下載好的系統(tǒng)光盤鏡像文件，然后再設置光盤為第一啟動設備，啟動虛擬機就可以像真實計算機一樣進行系統(tǒng)安裝了。

2.4 系統(tǒng)的備份與還原

由于Windows系統(tǒng)容易受到病毒攻擊或使用久了變得不穩(wěn)定，因此通常在剛裝好系統(tǒng)和常用軟件時對系統(tǒng)進行備份操作。Windows系統(tǒng)中備份軟件有好多，常見的有GHOST（通用硬件導向系統(tǒng)轉移，General Hardware Oriented System Transfer），易數一鍵還原、傲梅輕松備份以及Windows操作系統(tǒng)自帶的備份還原工具等，其中GHOST是最常用也是最經典的系統(tǒng)備份還原軟件，多數一鍵還原軟件都是基于GHOST軟件開發(fā)的。GHOST軟件需要在WinPE或DOS環(huán)境下運行，若要在虛擬機中進行手動GHSOT操作練習，同樣可以使用優(yōu)盤啟動盤制作工具生成的USD.ISO光盤鏡像文件引導到WinPE環(huán)境下進行。

3 結束語

利用虛擬機可以方便地完成《計算機組裝與維護》課程中的各種實驗項目，其使用體驗和真實計算機一樣，并且對宿主機系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性沒有任何不良影響。在虛擬機中利用優(yōu)盤啟動盤制作工具生成光盤鏡像來引導進入WinPE環(huán)境和使用優(yōu)盤啟動的環(huán)境完全一致，節(jié)約了資源，提高了學生的學習興趣和培養(yǎng)了學生的實際動手能力，值得推廣應用。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：王力】