虛擬機(jī)軟件構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的探索與實(shí)踐

黃偉增

摘 要：隨著我國高等教育規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各高校在計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的場地和經(jīng)費(fèi)投入上都明顯不足，嚴(yán)重制約了各工科類專業(yè)特別是計(jì)算機(jī)類專業(yè)教育質(zhì)量的提高。主要論述通過在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中引入虛擬機(jī)技術(shù)可有效地破解場地和設(shè)備不足的難題，為提高計(jì)算機(jī)類實(shí)訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量提供了新的輔助教學(xué)手段。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；計(jì)算機(jī)；實(shí)訓(xùn)

如何在場地和經(jīng)費(fèi)投入都得不到充分保障的情況下，更加有效地利用現(xiàn)有設(shè)備，通過不斷改進(jìn)和完善實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法、教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出滿足社會需要的基本素質(zhì)好、應(yīng)用能力強(qiáng)和具有創(chuàng)新精神的專業(yè)人才已經(jīng)成為各高校教師面臨的重要課題。計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中引入虛擬機(jī)（Virtual machine）技術(shù)將可在一定程度上解決這一難題。

1 利用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺技術(shù)的可行性

1.1 虛擬機(jī)工作原理

首先從技術(shù)層面來說，以虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建實(shí)訓(xùn)課的實(shí)驗(yàn)平臺是完全可行的。虛擬機(jī)是在某臺物理計(jì)算機(jī)上虛擬出來的獨(dú)立運(yùn)行邏輯的軟件，通過虛擬機(jī)軟件創(chuàng)建，虛擬技術(shù)可以在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行的子系統(tǒng)，可應(yīng)用自己獨(dú)立的硬件資源。虛擬機(jī)技術(shù)可以在主系統(tǒng)上建立多種同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，全部系統(tǒng)可同時(shí)運(yùn)行并相互切換，不需要重新啟動系統(tǒng)。這一系統(tǒng)同樣可以相互連接構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，所以虛擬機(jī)技術(shù)能構(gòu)建起一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，大部分的計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)都可在虛擬機(jī)上執(zhí)行。

1.2 軟件技術(shù)

當(dāng)前有多種虛擬機(jī)技術(shù)，包括Virtuozzo、Boch、ParallelsOpenVZ等，多種系統(tǒng)及技術(shù)為虛擬機(jī)的運(yùn)行維護(hù)提供了可靠的保障，當(dāng)前國內(nèi)和國際很多大型計(jì)算機(jī)公司都有相對成熟的技術(shù)，并具有各自的有點(diǎn)，所以，首先從軟件技術(shù)層面來說，利用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺是完全可行的。VMware和VirtualPC是當(dāng)前主要應(yīng)用的兩大虛擬機(jī)軟件，VMware在網(wǎng)絡(luò)支持和穩(wěn)定性上具有更大的優(yōu)勢，所以應(yīng)用較多，但VirtualPC在操作性上具有更大的優(yōu)勢，較適合一般企業(yè)及普通用戶使用，鑒于高校計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課的特殊性，個(gè)人認(rèn)為類似VMware的軟件系統(tǒng)更適合于教學(xué)使用。

2 硬件技術(shù)的可行性

2.1 硬件設(shè)備的可行性

從硬件系統(tǒng)上說，當(dāng)前很多虛擬機(jī)的要求并不高，如VM-ware的基本要求配置為CPU主頻在266MHz以上，運(yùn)行內(nèi)存在128MB以上，硬盤空間有600MB以上的空間。對于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高效計(jì)算機(jī)的配置來說，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出這些要求。構(gòu)建多臺虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)除了在內(nèi)存上具有更高的要求外，在硬盤等方面并無過多的要求，所以完全可以對學(xué)校的計(jì)算機(jī)進(jìn)行局部升級，對應(yīng)多種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可交叉開展，節(jié)省了大量的資金、設(shè)備方面的投入。

2.2 管理維護(hù)及操作的可行性

教學(xué)活動中，對應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理維護(hù)一直是學(xué)校工作的重點(diǎn)內(nèi)容之一，如維護(hù)管理不及時(shí)，很有能造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

的癱瘓或設(shè)施的損害。虛擬機(jī)系統(tǒng)安裝方便快捷，同時(shí)各系統(tǒng)提供的管理工具可以允許終端用戶參與虛擬服務(wù)的重建、備份、遷移、災(zāi)難恢復(fù)等，降低了系統(tǒng)維護(hù)的成本和技術(shù)要求，所以，在運(yùn)行維護(hù)上是完全可行的。

從應(yīng)用操作上說，一臺物理計(jì)算機(jī)能同時(shí)搭載多臺虛擬機(jī)及不同種類的操作系統(tǒng)，形成構(gòu)造復(fù)雜的局域網(wǎng)絡(luò)，在切換操作也只是對不同窗口的操作。利用虛擬機(jī)自身的suspend功能可保留操作現(xiàn)場，大型的實(shí)驗(yàn)可分多次完成，方便學(xué)生的操作。所以，利用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺是完全可行的。

3 實(shí)驗(yàn)平臺的搭建

VMware是由IBM公司研制，可以構(gòu)建異構(gòu)的操作環(huán)境，與計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課的授課要求相契合，所以構(gòu)造計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課的實(shí)驗(yàn)平臺可選用VMware系統(tǒng)。

VMware系統(tǒng)對于計(jì)算機(jī)的要求并不高，但為了保持系統(tǒng)的流暢性，最好采用雙核的CPU，內(nèi)存容量在512MG～1GB 之間，硬盤空間1GB就可以。如構(gòu)建多臺虛擬機(jī)并行的實(shí)驗(yàn)環(huán)境可相應(yīng)調(diào)整內(nèi)存。安裝運(yùn)行VMware系統(tǒng)，打開軟件，通過安裝向?qū)?，新建虛擬計(jì)算機(jī)，設(shè)置獨(dú)立的硬盤配置、顯卡、驅(qū)動、網(wǎng)卡等。在創(chuàng)建過程中，用戶可選擇客戶機(jī)中的多種操作系統(tǒng)類型，如Windows、Linux、Novell、Sun Solaris等，根據(jù)教學(xué)需要可選擇不同的操作系統(tǒng)。或者可根據(jù)宿主機(jī)的配置系統(tǒng)自動生成與配置相適應(yīng)的配置。通過VM-Setting可對系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行修改，包括調(diào)整客戶機(jī)硬盤、內(nèi)存大小、添加或刪除硬盤等。在存儲方面，可直接復(fù)制客戶機(jī)的系統(tǒng)文件，通過FILEOPEN軟件進(jìn)行加載。

在安裝完成后，可自動創(chuàng)建10個(gè)虛擬設(shè)備，可具有以太網(wǎng)交換機(jī)的作用?？蛻魴C(jī)能對任意的虛擬以太網(wǎng)交換機(jī)接口進(jìn)行連接。VMware系統(tǒng)自身提供三種虛擬網(wǎng)絡(luò)連接形式，分別是Bridged、NAT及Host-Only三種模式。Bridged模式可與VM-net0接口連接，通過Bridged連接，用戶可通過網(wǎng)橋直接與外部物理網(wǎng)路相連接，客戶機(jī)與宿主機(jī)處于同一網(wǎng)段內(nèi)，使用不同的IP地址；NAT模式可與VMnet8相連接，采用Network AddressTranslation技術(shù)，客戶機(jī)可通過宿主機(jī)間接連接外部網(wǎng)絡(luò)，使用同一IP地址；Host-Only模式與VMnet1相連接，客戶機(jī)遇外界隔離，不可連接外部網(wǎng)絡(luò)。

4 計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)用

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，教師可把VMware系統(tǒng)安裝在教師及學(xué)生的計(jì)算機(jī)中，然后安裝還原卡或軟件，避免了大量的維護(hù)工作。利用這一軟件，學(xué)生科學(xué)習(xí)硬盤分區(qū)、操作系統(tǒng)安裝、格式化操作等多種操作項(xiàng)目。如多操作系統(tǒng)安裝實(shí)驗(yàn)，教師可任選一臺宿主機(jī)，利用Alcohol軟件在我的電腦中生成虛擬光驅(qū)，制作操作系統(tǒng)安裝光盤的鏡像文件，存入“操作系統(tǒng)鏡像”文件夾中。以本臺計(jì)算機(jī)作為發(fā)射平臺，采用硬盤管理系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)復(fù)制，快速生成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺。學(xué)生啟動試驗(yàn)機(jī)的VMware系統(tǒng)，并創(chuàng)建虛擬機(jī)，在虛擬光驅(qū)上載入操作鏡像系統(tǒng)。在虛擬機(jī)中雙擊光驅(qū)設(shè)備，按照安裝向?qū)У奶崾具M(jìn)行虛擬硬盤的分區(qū)格式化，安裝操作系統(tǒng)。如需生成操作系統(tǒng)的多臺虛擬機(jī)，可在VMware系統(tǒng)中克隆，如需在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建不同的操作系統(tǒng)，可在我的電腦中選擇卸載鏡像，并再次載入不同的操作系統(tǒng)鏡像。

也可通過VMware系統(tǒng)建立局域網(wǎng)，進(jìn)行不同類型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。如組建對等網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行分級網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)等。

5 結(jié)束語

利用虛擬機(jī)技術(shù)可以“擴(kuò)建”現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)房，創(chuàng)建多操作系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，承擔(dān)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)平臺難以完成的實(shí)操訓(xùn)練任務(wù)。虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的深入應(yīng)用不但提高了教學(xué)效率，節(jié)省了經(jīng)費(fèi)，更為提高教學(xué)質(zhì)量提供了新的輔助教學(xué)手段。

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