VMware虛擬機技術在實訓教學中的應用與實踐

姜曉武

摘要：虛擬化技術是21世紀的一項重要技術。作為虛擬化技術的佼佼者，VMware技術在實訓教學中具有廣泛的應用前景和深遠的意義。VMware技術不僅可以提高學生實訓操作的效率，促進實訓環(huán)境的搭建和管理，提高實訓安全性，提升實訓教學質量，降低實訓教學成本，還可以培養(yǎng)學生良好的實踐能力和創(chuàng)新精神，提高學生的職業(yè)競爭力，為學生的未來發(fā)展打下堅實的基礎。

關鍵詞：虛擬化；VMware；實訓教學

一、虛擬化技術的基本原理

隨著虛擬化技術的不斷發(fā)展，VMware技術作為虛擬化技術的領先者，在高職院校實訓教學環(huán)節(jié)中得到了大量應用。在教學中，VMware技術的實現(xiàn)原理是通過在宿主操作系統(tǒng)上安裝虛擬化平臺軟件VMware Workstation，并在此平臺的基礎上創(chuàng)建多個虛擬機。虛擬機是指基于物理計算機的軟件模擬，而且每個虛擬機都可以視作一個獨立的設備，它有自己的虛擬處理器、虛擬內存、虛擬硬盤、虛擬網(wǎng)卡等硬件資源，也擁有獨立的操作系統(tǒng)以及應用程序，虛擬機與虛擬機之間也可以擁有獨立的網(wǎng)絡連接方式[1]。

下面將以Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程為例，對VMware虛擬機技術在實訓教學中的研究與應用做一個較為詳細的闡述。

二、虛擬化技術在實訓教學中的優(yōu)勢

（一）方便實驗環(huán)境的搭建和管理

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以方便實驗環(huán)境的搭建和管理。VMware技術的優(yōu)勢首先在于它可以方便地創(chuàng)建、復制和刪除虛擬機，從而實現(xiàn)快速搭建和管理實驗環(huán)境。教師可以根據(jù)不同的實驗需求，設定不同的實驗環(huán)境，比如，硬盤大小、內存大小、核心數(shù)量、網(wǎng)絡連接方式、IP地址等都可以進行精確設置，避免了實驗環(huán)境的沖突和資源浪費。而且搭建好的實驗環(huán)境，可以通過復制的方式共享給學生，學生免去了安裝和搭建環(huán)境的煩瑣前奏，可以快速地進入實驗環(huán)境，開始學習和實驗。

此外，還可以通過克隆功能，在本地復制多份相同的操作系統(tǒng)環(huán)境，來進行多臺設備之間相互協(xié)調、相互驗證的實驗實訓環(huán)境，只需要給不同的虛擬機修改一下計算機名及IP地址即可實現(xiàn)一個小型的網(wǎng)絡實驗環(huán)境。

（二）提高學生的實驗操作效率

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以提高學生的實驗操作效率。以往在進行Windows Server操作系統(tǒng)相關課程時，因為學校計算機室的計算機都是帶有還原卡的，所以無法向學生教授系統(tǒng)安裝的內容，只能通過視頻觀看，然后有條件的學生可以在自己的電腦上練習安裝。現(xiàn)在機房里都安裝了VMware，學生可以在VMware中練習安裝操作系統(tǒng)，并且不用擔心安裝失敗導致電腦無法正常開機，還可以在一臺計算機上安裝多個操作系統(tǒng)，且不受操作系統(tǒng)版本的限制。

同時，使用VMware技術可以在校內教學服務器上安裝多臺實驗虛擬機，并在其中安裝不同的實驗環(huán)境。這樣，學生既可以在教室，也可以在宿舍或者家里通過網(wǎng)絡遠程連接到虛擬機中進行實驗。每個學生都可以擁有自己的實驗環(huán)境，不會受到其他學生的干擾，多名學生可以同時進行實驗。這不僅避免了實驗室資源的浪費，還提高了實驗操作的效率[2]。

另外，學生可以在自己的電腦上安裝VMware Workstation單機版軟件，然后在虛擬機內安裝服務器操作系統(tǒng)以及設置相關的實驗環(huán)境。這樣，學生在下課后可以繼續(xù)完成課堂上未完成的實驗，或者進行更深入的實驗拓展，不再受到實訓場地的制約，極大地提高了學生的實驗操作效率和學習成果的生成。

（三）提高實驗的安全性

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以提高實驗的安全性。在VMware技術中，每個虛擬機都是獨立的設備，相互之間不會受到彼此的影響，學生可以在虛擬機中進行各種實驗操作，不會影響到其他虛擬機的正常使用。同時，實驗結束后可以隨時刪除虛擬機，確保實驗的安全性和保密性。

在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程中經(jīng)常會遇到在配置一些服務或者功能設置的時候，一個失誤導致整個服務不可用，而且很難查找到問題所在。這種情況，在以往的實驗環(huán)境下，可能不得不重新安裝操作系統(tǒng)才能解決，但是在VMware中，可以利用快照技術進行實驗結果的保存。做完一個關鍵節(jié)點的實驗操作后，可以點擊快照功能來增加一個節(jié)點，以防后續(xù)的一些操作影響到前面的操作。當真的遇到操作失誤的時候，可以通過還原快照的功能快速地回到上一個保存節(jié)點，這樣可以大幅提高實驗的安全性和穩(wěn)定性。如圖1所示。

（四）增強學生的實踐能力

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以增強學生的實踐能力。以往教學中，學生在按照實驗要求對Windows Server操作系統(tǒng)進行配置后，很難原樣恢復到初始狀態(tài)。如果學生想進行第二次實驗，就必須重新安裝操作系統(tǒng)。而使用VMware技術，學生可以利用快照功能，隨時還原到任何一個實驗節(jié)點，然后在虛擬機中進行多次反復實驗和嘗試，不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題。通過對實驗的不斷探索和發(fā)現(xiàn)，學生可以更好地理解實驗原理和方法，從而培養(yǎng)出良好的實踐能力和創(chuàng)新精神。同時，教師可以根據(jù)學生的實驗情況，及時調整實驗內容和方案，引導學生進行深入思考和探究，讓學生積極參與到實驗教學中，提高團隊合作和溝通能力。這可以使學生更好地理解和掌握實驗內容，提升實驗教學質量，形成良性循環(huán)。

（五）降低實驗教學成本

采用VMware技術進行實驗教學，可以大幅降低實驗教學成本。傳統(tǒng)的實驗教學需要消耗大量的實驗室資源。例如，需要采購價格昂貴的物理服務器，并且需要為物理服務器搭建專用的服務器機房，采購配套的網(wǎng)絡設備和空調等，在使用過程中還需要采購相關配件進行維護。關鍵是這些硬件資產(chǎn)在使用6—8年后就會面臨性能急劇降低，而且在市場上也很難買到相關配件進行升級換代，只能面臨報廢。而采用VMware技術可以在一臺計算機上完成多個實驗環(huán)境的搭建，從而大大降低了實驗教學成本[3]。

例如，在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程中，使用VMwre15版本，可以經(jīng)歷3代Windows Server版本的更新，從Server2012到2019都可以正常安裝和教學使用。另外，在虛擬機中增加硬件，只需要在虛擬機設置中添加虛擬硬件即可，無需采購實際硬件，這種方式使得實驗更加靈活。例如，當需要搭建RAID1時，只需添加2塊硬盤；搭建RAID5時，需要至少3塊硬盤，此時再添加一塊硬盤即可。在做VPN服務配置的時候，只需在設置里額外添加一張網(wǎng)卡，即可實現(xiàn)服務器擁有2個不同的IP地址，模擬內網(wǎng)和外網(wǎng)環(huán)境。

通過這種方式，學校可以節(jié)省大量的實驗室維護和更新費用，把有限的經(jīng)費用于采購無法使用虛擬化環(huán)境的設備和耗材上。

（六）促進教學模式創(chuàng)新

采用VMware技術進行實驗教學，可以促進教學模式的創(chuàng)新。教師可以根據(jù)學生的實驗情況及時調整實驗內容和方案，引導學生進行深入思考和探究，從而實現(xiàn)更好的教學效果，探索出更加適合學生的教學模式。同時，教師可以通過VMware技術的實時監(jiān)控功能，對學生的實驗情況進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題并指導學生進行改進。學生也可以通過自主探究和合作學習，積極參與到實驗教學中，從而促進教學模式的創(chuàng)新。這樣，學生可以更好地適應未來的職業(yè)發(fā)展和社會需求。

三、在使用VMware實訓教學過程中容易遇到的問題與解決方法

當然，使用VMware技術也并非毫無缺陷。在VMware Workstation軟件平臺使用過程中，需要做好相應的配置和管理，才能更好地完成實驗，減少實驗過程中遇到各類非實驗本身的操作問題。比如在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程實驗時，經(jīng)常會遇到以下四類問題：

（一）未正確配置網(wǎng)絡

在VMware虛擬機中，網(wǎng)絡配置是非常重要的一部分。在Windows服務器操作系統(tǒng)配置實驗中，如果沒有正確配置網(wǎng)絡，可能導致虛擬機無法連接到Internet或與其他計算機通信，從而影響實驗的進行。為避免這種情況，需要在虛擬機開啟之前選擇正確的網(wǎng)絡模式，打開VMware中的虛擬機選擇“編輯虛擬機設置”，在虛擬機設置對話框中選擇“網(wǎng)絡適配器”，并選擇要連接的網(wǎng)絡類型，如橋接模式、NAT模式或僅主機模式。

①橋接模式：虛擬機會分配一個IP地址并連接到物理網(wǎng)絡。

②NAT模式：虛擬機會通過虛擬NAT設備連接到Internet，并使用虛擬IP地址。

③僅主機模式：虛擬機可以與物理計算機通信，但無法連接到Internet。

（二）操作系統(tǒng)版本不匹配

雖然VMware虛擬機支持多種操作系統(tǒng)，但并不是所有操作系統(tǒng)的版本都可以完全兼容。在Windows服務器操作系統(tǒng)配置實驗中，如果選擇了錯誤的操作系統(tǒng)版本，可能會導致某些功能無法正常運行。以下是解決此問題的一些方法：

①更新VMware版本：打開VMware控制臺，通過Help>Software Updates選項卡檢查更新。如果有可用的更新，安裝它們并重新啟動VMware。

②降低虛擬機的操作系統(tǒng)版本：在VMware中，選擇虛擬機，點擊Edit virtual machine settings，然后在Options中選擇General。在Guest Operating System中選擇虛擬機運行的操作系統(tǒng)版本。如果虛擬機的操作系統(tǒng)版本過高，選擇一個更低版本的操作系統(tǒng)保存更改并重新啟動虛擬機。

（三）分配的硬件資源過少

在VMware虛擬機中，CPU、內存、硬盤等硬件資源都必須合理分配，否則虛擬機的性能會受到一定的影響。如果在Windows服務器操作系統(tǒng)配置實驗中，分配的硬件資源過少，可能會導致虛擬機運行緩慢或無法正常啟動。這種問題可以通過以下方式來解決：

①調整虛擬機的硬件資源：通過增加虛擬機的內存、CPU、硬盤等硬件資源，使虛擬機可以更好地運行?？梢栽谔摂M機設置中進行修改。

②禁用不必要的服務和程序：可以禁用虛擬機中不必要的服務和程序，減少運行負荷，從而提高運行效率。在Windows系統(tǒng)中，可以在“服務”中進行查看和禁用；在Linux系統(tǒng)中，可以在命令行中使用“systemd”命令對服務進行管理。

（四）安裝驅動或應用程序錯誤

在Windows服務器操作系統(tǒng)配置實驗中，由于虛擬機的一些特殊設置和限制，安裝驅動或應用程序時需要更加注意。如果驅動或應用程序的版本不兼容或未按照正確的安裝流程操作，可能會導致虛擬機出現(xiàn)藍屏、系統(tǒng)崩潰等問題。一般可以從以下幾個方面進行解決：

①檢查驅動或應用程序要求的操作系統(tǒng)版本是否與VMware中安裝的操作系統(tǒng)版本一致。如果不一致，需要升級或降級VMware的操作系統(tǒng)，或者安裝相應版本的驅動或應用程序。

②檢查VMware中的虛擬硬件是否滿足驅動或應用程序的硬件要求。如果硬件不滿足，需要調整VMware的虛擬硬件配置，例如增加虛擬機內存、增加虛擬機CPU核數(shù)等。

③檢查VMware中的虛擬機網(wǎng)絡設置是否符合驅動或應用程序的網(wǎng)絡要求。如果不符合，需要修改虛擬機網(wǎng)絡設置，例如為虛擬機配置靜態(tài)IP地址、修改網(wǎng)絡適配器類型等。

四、未來發(fā)展方向

隨著虛擬化技術的不斷發(fā)展，VMware技術也在不斷更新和升級。未來，VMware技術在實訓教學中的應用將會更加廣泛和深入。首先，隨著5G技術的普及和應用，VMware技術可以在更廣闊的范圍內進行實驗教學。其次，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術的不斷發(fā)展，VMware技術可以與這些新興技術結合，探索出更加適合未來發(fā)展的實驗教學模式。最后，隨著云計算技術的普及，VMware技術可以與云計算技術結合，實現(xiàn)虛擬化資源的共享和管理，提高實驗教學效率和質量。

五、結束語

VMware技術因其易用性、容錯性和安全性等特點，在實驗和實訓教學中逐漸被廣大師生認可和使用。近年來，越來越多的教育類企業(yè)在進行課程開發(fā)、實驗環(huán)境開發(fā)時都朝著虛擬化方向發(fā)展。隨著云計算技術的普及和發(fā)展，越來越多的學校和機構將選擇使用云端虛擬化技術來進行教育服務。這將使得VMware技術在教育領域的應用范圍更加廣泛。