Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在高校教學(xué)中的應(yīng)用

李金鳳 王炎 張巖

摘?要：搭建Linux實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，解決高校Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏問題.結(jié)合Linux操作系統(tǒng)多任務(wù)多進(jìn)程的特點(diǎn)，創(chuàng)建多個(gè)用戶，創(chuàng)設(shè)多人同時(shí)在線實(shí)驗(yàn);利用商業(yè)化解決方案VMware vSphere對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行有選擇的復(fù)制，以達(dá)到均衡負(fù)載的目的，提高其服務(wù)性能.

關(guān)鍵詞：虛擬化;VMware vSphere;Linux

[中圖分類號(hào)]G642???[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

The Application of Linux ExperimentalPlatform in College Teaching

LI Jinfeng， WANG Yan， ZHANG Yan

（College of Computer & Information Technology， Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011， China）

Abstract：Build Linux experimental teaching platform to solve the lack of Linux experimental platform in universities. In order to create multiple users and multiple online experiments at the same time， this paper combines the multi-task with multi-process characteristics in Linux operating system. The commercial solution VMware vSphere is used to selectively replicate the Linux operating system in order to balance load and improve service performance.

Key words：virtualization; VMware vSphere; Linux

隨著計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬化已成為高校合理分配有限資源的最佳方案之一.Linux操作系統(tǒng)因其免費(fèi)開源、多用戶多進(jìn)程等優(yōu)勢(shì)應(yīng)用廣泛.

虛擬化是云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）構(gòu)建的基礎(chǔ)和核心技術(shù)[1]，是指一種在邏輯上將大型機(jī)提供的系統(tǒng)資源劃分到不同的應(yīng)用程序之間的方法，主要用來(lái)創(chuàng)建虛擬版本以代替實(shí)際版本進(jìn)行實(shí)際工作.虛擬化有以下優(yōu)勢(shì)：一是可提高服務(wù)器使用效率.多個(gè)虛擬的操作系統(tǒng)在有限的能力范圍內(nèi)一起對(duì)資源進(jìn)行處理與分配，可減少對(duì)實(shí)體計(jì)算機(jī)的需求，降低實(shí)驗(yàn)成本，降低能耗，提高服務(wù)器的使用效率.在一臺(tái)服務(wù)器上利用虛擬化運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)虛擬機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，將所有的資源進(jìn)行分治.二是減少依賴沖突.在虛擬環(huán)境上運(yùn)行操作系統(tǒng)能夠避免軟件與硬件不兼容問題，減少應(yīng)用程序的依賴沖突.相較于在實(shí)體硬件上安裝操作系統(tǒng)，虛擬環(huán)境減少了硬件驅(qū)動(dòng)的問題，更加穩(wěn)定方便.三是便于維護(hù).在虛擬機(jī)中安裝Linux操作系統(tǒng)能夠更快更方便實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份與重新部署，能夠統(tǒng)一管理與維護(hù)，降低運(yùn)維成本.本文提出一種基于VMware vSphere的虛擬化Linux操作系統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建方案，利用有限資源搭建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，合理解決高校Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)缺乏問題，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)在線實(shí)驗(yàn)，提高服務(wù)性能.

1?虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用VMware公司基于云計(jì)算推出的虛擬化解決方案vSphere，將vSphere的核心組件ESXi以裸金屬的方式直接安裝在物理服務(wù)器[2]（聯(lián)想萬(wàn)全T350）上，用另一臺(tái)客戶計(jì)算機(jī)通過Web瀏覽器登錄到該服務(wù)器的管理界面，完成服務(wù)器的相關(guān)配置.在VMware vSphere EXSi的管理頁(yè)面新建多個(gè)Linux虛擬機(jī)，并完成Linux操作系統(tǒng)的安裝與相關(guān)配置.根據(jù)需求，為需要參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分配賬戶、密碼，每個(gè)合法用戶能利用系統(tǒng)資源進(jìn)行多任務(wù)處理，這樣便實(shí)現(xiàn)了Linux操作系統(tǒng)的終端虛擬化.

VMware vSphere EXSi通過虛擬交換機(jī)，將虛擬機(jī)與物理網(wǎng)絡(luò)連接在一起.安裝在VMware vSphere EXSi中的虛擬機(jī)能夠通過虛擬交換機(jī)與物理網(wǎng)卡進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信.

每一個(gè)虛擬交換機(jī)都由安裝在物理服務(wù)器主機(jī)上的一塊或多塊物理網(wǎng)卡組成，物理服務(wù)器主機(jī)上的物理網(wǎng)卡通過網(wǎng)線與物理交換機(jī)連接.虛擬交換機(jī)通過分配虛擬網(wǎng)卡與虛擬機(jī)進(jìn)行連接建立通信，每一個(gè)虛擬網(wǎng)卡可以連接到一個(gè)虛擬機(jī).[3]網(wǎng)絡(luò)按照“物理交換機(jī)->網(wǎng)線->物理網(wǎng)卡->虛擬交換機(jī)->虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)卡”的方向通信.虛擬機(jī)之間，也通過這樣的方式通信.

學(xué)生通過遠(yuǎn)程登錄連接到虛擬終端，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.學(xué)生通過客戶機(jī)上的SSH客戶端即可遠(yuǎn)程連接到VMware vSphere EXSi上的虛擬Linux操作系統(tǒng)終端，并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作.SSH（Secure Shell）安全外殼協(xié)議是專為遠(yuǎn)程登陸會(huì)話服務(wù)提供的安全協(xié)議，因其安全可靠和可移植性強(qiáng)被廣泛運(yùn)用于各種操作系統(tǒng)中.不同用戶同時(shí)登陸虛擬機(jī)，進(jìn)行各種不同的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)現(xiàn)了多用戶多任務(wù)的進(jìn)程.

2?虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以極大地降低服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、硬件維護(hù)、操作系統(tǒng)維護(hù)、應(yīng)用軟件維護(hù)所需要投入的人力、物力和財(cái)力.虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以在降低能耗，減少散熱的基礎(chǔ)上，極大地提高服務(wù)器的利用率，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本.虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可減少多次重復(fù)配置開發(fā)環(huán)境和服務(wù)環(huán)境帶來(lái)的麻煩，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了便捷.虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為教師提供了良好的授課環(huán)境，保證實(shí)驗(yàn)課程順利進(jìn)行，有利于教學(xué)水平的提高.虛擬化Linux實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也為學(xué)生提供了良好的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作環(huán)境.虛擬技術(shù)使計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)更加簡(jiǎn)單、靈活，既提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，又能夠減輕實(shí)驗(yàn)管理員的設(shè)備維修、維護(hù)的工作量.[4]

Linux操作系統(tǒng)在在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在以下幾個(gè)問題：一是大多數(shù)高校為了方便實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)維護(hù)，已經(jīng)在計(jì)算機(jī)安裝了還原卡，第二節(jié)課再去上課時(shí)，計(jì)算機(jī)里任何操作都已被還原，學(xué)生還需要再次進(jìn)行Linux操作系統(tǒng)的下載與安裝，這樣重復(fù)的操作，浪費(fèi)了大量寶貴的教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使得學(xué)生漸漸失去了對(duì)Linux操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)的熱情.二是Linux操作系統(tǒng)安裝繁瑣，且在互聯(lián)網(wǎng)上下載Linux操作系統(tǒng)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，加之Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)安裝沒有圖形界面，只能進(jìn)行命令行操作的，更是增加了安裝難度.三是 Linux操作系統(tǒng)教學(xué)過程中的突發(fā)問題較多.Linux操作系統(tǒng)因其可擴(kuò)展性強(qiáng)，功能多，不可確定性也大大增加.在實(shí)際的教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的錯(cuò)誤操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，不能及時(shí)得到解決，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，嚴(yán)重影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度.

課程體系的構(gòu)建是人才培養(yǎng)的核心內(nèi)容.[5]相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)而言，基于VMware vSphere的虛擬化Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器集群的虛擬化，能夠在給學(xué)生帶來(lái)真實(shí)的操作環(huán)境的同時(shí)，方便教師的統(tǒng)一管理.利用負(fù)載均衡技術(shù)充分發(fā)揮虛擬化的優(yōu)勢(shì)，提高資源利用率的同時(shí)，具有成本低、方便維護(hù)、擴(kuò)展性強(qiáng)、管理效率高、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效減輕管理人員的工作負(fù)擔(dān)，提高實(shí)驗(yàn)室的開放程度，更好地適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的進(jìn)程.[6]

參考文獻(xiàn)

[1]董寶陽(yáng). 面向云計(jì)算的校園網(wǎng)虛擬化技術(shù)研究與應(yīng)用[D].鄭州： 鄭州大學(xué)， 2015： 2.

[2]王春海.VMware Workstation與ESX Server典型應(yīng)用指南[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011：97-103.

[3]況衛(wèi)國(guó). 基于虛擬化技術(shù)的高校軟件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南昌：南昌大學(xué)，2014.

[4]周鵬.虛擬技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建中的應(yīng)用[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（4）：16-17.

[5]李裕琢，曹燕紅.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下復(fù)合型法務(wù)會(huì)計(jì)人才培養(yǎng)路徑[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2019（1）：73-76.

[6]宋友良. 基于虛擬化技術(shù)的開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)[D].大連：大連海事大學(xué)，2017：54-55.

編輯：吳楠