基于虛擬機(jī)（VMware）的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建

劉維忠

摘要：虛擬機(jī)通過軟件方法利用一臺(tái)物理電腦的硬盤和內(nèi)存可虛擬出若干臺(tái)機(jī)器。該文針對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的主要問題，探索引入虛擬機(jī)VMware在教學(xué)中，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以解決實(shí)驗(yàn)與管理之間的矛盾，增加學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，確保教學(xué)工作的順利開展。

關(guān)鍵詞：Vmware；網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)；虛擬機(jī)；操作系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）22-0091-03

機(jī)房為了便于管理維護(hù)計(jì)算機(jī)，都采用硬盤還原系統(tǒng)來防止由于學(xué)生誤操作或計(jì)算機(jī)病毒等引起的系統(tǒng)崩潰。每次學(xué)生所做的操作，計(jì)算機(jī)重啟之后就沒了，再開機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件環(huán)境又是新的了。這樣的計(jì)算機(jī)學(xué)生只能進(jìn)行一些簡單的軟件應(yīng)用和配置實(shí)驗(yàn)，這樣的機(jī)房無法滿足計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)環(huán)境多樣化的要求，也很難保證教學(xué)質(zhì)量。虛擬機(jī)軟件的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，它能夠在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)，為在單機(jī)環(huán)境下進(jìn)行復(fù)雜性實(shí)驗(yàn)課程提供了必要的工具。

1 虛擬機(jī)

虛擬機(jī)（Virtual Machine）是電腦中的電腦，是利用軟件虛擬出來的計(jì)算機(jī)，是在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)上虛擬出來的一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

運(yùn)行虛擬機(jī)的電腦分為Host（主系統(tǒng)）和Guest OS（子系統(tǒng)），Host就是用戶的計(jì)算機(jī)，直接控制操作系統(tǒng)和硬件，稱為宿主機(jī)，Guest OS則是利用軟件在主系統(tǒng)中虛擬出來一個(gè)硬件環(huán)境，稱為虛擬機(jī)或客戶機(jī)。由宿主機(jī)創(chuàng)建的虛擬機(jī)，與真實(shí)的計(jì)算機(jī)幾乎一模一樣，不但有獨(dú)立的CPU、內(nèi)存、硬盤網(wǎng)卡等各種硬件，還有自己的BIOS。用戶也可以在虛擬機(jī)上安裝Linux、Windows等真實(shí)的操作系統(tǒng)及各種應(yīng)用軟件。虛擬機(jī)與主系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖所示：

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware、Virtual Box和Virtual PC，它們都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)。本文選擇是目前主流的虛擬機(jī)軟件VMware，它具有以下特點(diǎn)：

1）虛擬機(jī)里的所有的操作，不破壞宿主機(jī)，不影響物宿主機(jī)本身系統(tǒng)。而且在方便機(jī)房維護(hù)管理的同時(shí)，又保證了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，增強(qiáng)了對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2）虛擬機(jī)可以在一臺(tái)宿主機(jī)上建立多臺(tái)虛擬機(jī)，虛擬機(jī)可安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，虛擬機(jī)與宿主機(jī)、虛擬機(jī)與虛擬機(jī)之間可以自由搭建各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可完成計(jì)算機(jī)教學(xué)中的大部分實(shí)驗(yàn)，從而緩解實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問題。

3）虛擬機(jī)能在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)使用兩種以上的操作系統(tǒng)，相當(dāng)于多臺(tái)計(jì)算機(jī)在同時(shí)運(yùn)行，相互之間的切換簡單。

4）不同操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)之間可以互動(dòng)操作，進(jìn)行復(fù)制、粘貼，實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與虛擬機(jī)之間的文件共享等功能。

5）虛擬機(jī)提供了快照和復(fù)原（Undo）功能，可以有效保證實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性，隨時(shí)為虛擬機(jī)進(jìn)行快照，還可以隨時(shí)恢復(fù)到虛擬機(jī)的任何一個(gè)快照狀態(tài)。

2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

下面通過VMware 10 安裝win2003操作系統(tǒng)為例構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

準(zhǔn)備工具：VMware Workstation 10、Win2003系統(tǒng)映像文件及常用工具軟件。

2.1 虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境配置

運(yùn)行VMware Workstation 10，單擊點(diǎn)擊新建虛擬機(jī)，進(jìn)入新建虛擬機(jī)向?qū)А?/p>

1）在“新建虛擬機(jī)向?qū)А边x項(xiàng)區(qū)域內(nèi)選擇“自定義”選項(xiàng)。2）在“安裝客戶機(jī)操作系統(tǒng)”選項(xiàng)區(qū)域內(nèi)選擇“我以后再安裝操作系統(tǒng)（創(chuàng)建一個(gè)虛擬空白硬盤）”選項(xiàng)。3）選擇新虛擬機(jī)類型及要運(yùn)行的操作系統(tǒng)為“Windows 2000 Advanced Server”。4）為新的虛擬機(jī)命名并且選擇它的存儲(chǔ)路徑。5）設(shè)置虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)工作類型，選擇NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式）。6）設(shè)置虛擬機(jī)工作占用磁盤空間為7G。各項(xiàng)設(shè)置好后，Windows 2000 Advanced Server的虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境配置完成。

2.2 安裝操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件

虛擬機(jī)配置好后，可在新的虛擬機(jī)上安裝操作系統(tǒng)了，也可安裝除Windows外的其他操作系統(tǒng)，如Freebsd、Linux等。安裝時(shí)可選擇光盤安裝、光盤鏡像安裝和備份文件安裝等方式。安裝過程和真實(shí)的操作系統(tǒng)基本相同。我們稱安裝Vmware軟件的操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)為宿主機(jī)（Host），稱在VMware環(huán)境下新安裝操作系統(tǒng)虛擬計(jì)算機(jī)為虛擬機(jī)。

1）在虛擬機(jī)設(shè)置頁中，選中CD/DVD（IDE）項(xiàng)，將右側(cè)窗口中連接設(shè)置為“使用ISO映像文件”，瀏覽載入Win2003系統(tǒng)映像文件，

2）打開虛擬機(jī)電源按F2進(jìn)入BIOS菜單設(shè)置為以光驅(qū)啟動(dòng)電腦，保存退出BIOS菜單，自動(dòng)重啟后虛擬機(jī)會(huì)首先引導(dǎo)光驅(qū)，安裝光盤上的Win2003操作系統(tǒng)，過程同真機(jī)是一樣的。

3）操作系統(tǒng)安裝結(jié)束后，進(jìn)行配置服務(wù)器，設(shè)置DNS域全名、NetBIOS域名、安裝DHCP、添加IIS服務(wù)器組件等。

4）重啟虛擬機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)后，安裝VMware Toos插件。VMware Tools 是虛擬機(jī)中自帶的一種增強(qiáng)插件，是 VMware 提供的增強(qiáng)虛擬顯卡和改善網(wǎng)絡(luò)性能以及同步宿主機(jī)和虛擬機(jī)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)程序。在VMware虛擬機(jī)中安裝了VMware Tools，宿主機(jī)、虛擬機(jī)之間或者虛擬機(jī)、虛擬機(jī)進(jìn)行復(fù)制和粘貼操作，實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)與虛擬機(jī)之間的文件共享，同時(shí)可自動(dòng)捕獲和釋放鼠標(biāo)光標(biāo)，虛擬機(jī)屏幕實(shí)現(xiàn)全屏化等。

2.3 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)

完成VMware安裝后，宿主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接里面出現(xiàn)了兩個(gè)新的連接，VMnet1和VMnet8，這兩個(gè)在主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接中是可見到的，還有一個(gè)是VMnet0，是不可見的。虛擬機(jī)的系統(tǒng)是靠前兩個(gè)虛擬網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的。

VMware提供了三種組網(wǎng)方式，分別是bridged（橋接模式）、host-only（主機(jī)模式）和NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式）。其中VMnet0用于Bridged模式，VMnet1用于Host-only模式，Vmnet8用于NAT模式。VMnet8和VMnet1提供DHCP服務(wù)，VMnet0默認(rèn)則不提供。

1）bridged（橋接模式）

如果想用虛擬機(jī)作為局域網(wǎng)中的一個(gè)虛擬服務(wù)器，享受局域網(wǎng)中所有可用的局域網(wǎng)服務(wù)，如文件服務(wù)、打印服務(wù)等，就應(yīng)該選擇這種模式。

在橋接模式下，讓虛擬機(jī)使用與宿主機(jī)相同的網(wǎng)段、網(wǎng)關(guān)和DNS設(shè)置，并分配一個(gè)有效的局域網(wǎng)IP地址，虛擬機(jī)就成為局域網(wǎng)中一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，可以訪問局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)機(jī)器。如果宿主機(jī)是通過局域網(wǎng)上網(wǎng)的，可實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)<==>宿主機(jī) 、虛擬機(jī)<==>互聯(lián)網(wǎng)間雙向通信（宿主機(jī)與虛擬機(jī)就是同一局域網(wǎng)的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)）。

2）host-only（主機(jī)模式）

主機(jī)模式的目的就是建立一個(gè)與外部隔絕的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，來提高內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全性。有時(shí)要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)與網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)器隔離的系統(tǒng)，進(jìn)行特殊的網(wǎng)絡(luò)測試工作，就可以選擇主機(jī)模式，這個(gè)功能對(duì)于計(jì)算機(jī)安全實(shí)驗(yàn)是最有用的。在host-only模式中，虛擬機(jī)<==>宿主機(jī)雙向通信，但是虛擬機(jī)<≠≠>互聯(lián)網(wǎng)無法通信，虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)是被隔離開的。

3）NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式）

使用NAT模式，就是借助NAT功能，通過宿主機(jī)器所在的網(wǎng)絡(luò)來訪問公共網(wǎng)絡(luò)。由于加設(shè)了一個(gè)虛擬的NAT服務(wù)器，使得虛擬局域網(wǎng)內(nèi)的虛擬機(jī)在對(duì)外訪問時(shí)，使用的則是宿主機(jī)的IP地址，從外部網(wǎng)絡(luò)來看，看到的是宿主機(jī)，完全看不到虛擬局域網(wǎng)。利用NAT模式是虛擬系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)最簡單模式，不需要任何配置，只要宿主機(jī)器能訪問互聯(lián)網(wǎng)即可。

使用NAT方式可實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)<==>宿主機(jī)雙向通信，虛擬機(jī)--->互聯(lián)網(wǎng)單向通信， 虛擬機(jī)只能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)，若想把虛擬機(jī)作為服務(wù)器，從互聯(lián)網(wǎng)上訪問，是不可以。

在這三種網(wǎng)絡(luò)模型中，NAT模式最簡單，不需要設(shè)置即可連接公共網(wǎng)絡(luò)。Bridged模式需要分配有效的IP地址，在具有DHCP服務(wù)的局域網(wǎng)中最容易實(shí)現(xiàn)。Host-Only模式用在希望隱匿服務(wù)器的情況下使用。通過了解以上這些設(shè)備和組網(wǎng)方式，我們就可以輕松組建單機(jī)局域網(wǎng)或者連接到互聯(lián)網(wǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)安裝與破壞性實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)組裝課程中要實(shí)踐操作系統(tǒng)安裝、BIOS設(shè)置、硬盤分區(qū)、格式化等內(nèi)容，由于機(jī)房條件所限及實(shí)驗(yàn)的破壞性，反復(fù)的分區(qū)、格式化也會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)硬盤造成影響甚至損傷，一般是不安排這樣的實(shí)驗(yàn)的，學(xué)生就沒有機(jī)會(huì)動(dòng)手實(shí)踐。

虛擬機(jī)提供了 BIOS功能，啟動(dòng)過程中按F2進(jìn)入BIOS設(shè)置，學(xué)生可以對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行任意BIOS設(shè)置，它與宿主機(jī)的BIOS無關(guān)，也不會(huì)對(duì)宿主機(jī)造成影響與損傷。

因?yàn)樘摂M機(jī)硬盤鏡像是個(gè)文件，在虛擬機(jī)里對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)、格式化等操作，就是簡單的一個(gè)文件的讀寫操作而已，不會(huì)對(duì)硬盤造成破壞。這樣，學(xué)生在提高動(dòng)手實(shí)踐能力的同時(shí)，也掌握了磁盤分區(qū)主分區(qū)、擴(kuò)展分區(qū)、邏輯分區(qū)及FAT32、NTFS磁盤格式等概念。

3.2 聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

在學(xué)習(xí)組建局域網(wǎng)過程中，對(duì)于Web、FTP、DHCP、路由等各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的設(shè)置，不通過實(shí)踐是很難理解和掌握的。我們利用虛擬機(jī)虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)，在擁有單臺(tái)計(jì)算機(jī)的情況下就可輕松地組建對(duì)等網(wǎng)和基于工作組的局域網(wǎng)。學(xué)生這次課不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)，可借助虛擬機(jī)的掛起（suspend）功能，保留當(dāng)前狀態(tài)，下次課可繼續(xù)完成。還可以將局域網(wǎng)內(nèi)某些虛擬機(jī)作為FTP、Web、DHCP服務(wù)器等，另一些虛擬機(jī)作為客戶端，通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深刻理解服務(wù)器、客戶端等原理，為學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新提供平臺(tái)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)安全與網(wǎng)絡(luò)入侵實(shí)驗(yàn)

在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，木馬、病毒、黑客程序盛行，對(duì)我們的計(jì)算機(jī)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。由于病毒、木馬的破壞性、危害性，對(duì)計(jì)算機(jī)病毒、木馬等知識(shí)的講解只能停留在理論講述階段，有了虛擬機(jī)，我們可以在虛擬系統(tǒng)上植入病毒文件進(jìn)行傳播演示，學(xué)生也可以放心大膽地進(jìn)行測試，通過實(shí)踐，使學(xué)生更加直觀地了解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全及防御技術(shù)。強(qiáng)化技能同時(shí)，再也無須擔(dān)心對(duì)系統(tǒng)的破壞了。

實(shí)踐證明，用VMware虛擬機(jī)軟件構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提供了一個(gè)近似于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以在不增加機(jī)房額外設(shè)備的基礎(chǔ)上，提高現(xiàn)有設(shè)備的利用率，完成計(jì)算機(jī)教學(xué)中的大部分實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生的一切操作都是在虛擬機(jī)中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)質(zhì)量不會(huì)受到影響。通過虛擬機(jī)的應(yīng)用，使學(xué)生的邏輯思維能力和動(dòng)手實(shí)踐能力得到鍛煉，為學(xué)生提供了更為廣闊的實(shí)踐空間，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力，滿足了計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的需要。

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[4] 圖文并茂講解VMware三種網(wǎng)絡(luò)模式.http：//xghe110.blog.51cto.com/337884/100095/

[5] VMware 虛擬機(jī)三種網(wǎng)絡(luò)工作模式.http：//www.gezila.com/tutorials/12375.html