ＶＭｗａｒｅ虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文分析了高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)備及環(huán)境狀況，提出了虛擬機(jī)技術(shù)的解決辦法。通過虛擬機(jī)技術(shù)可以緩解設(shè)備緊缺、實(shí)驗(yàn)環(huán)境缺乏等問題。本文通過對計(jì)算機(jī)一些課程實(shí)驗(yàn)特殊性的分析，結(jié)合實(shí)驗(yàn)環(huán)境的公共特性，闡述了VMware虛擬機(jī)在這些課程中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：VMware虛擬機(jī) 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué) 公共環(huán)境 應(yīng)用

一、引言

高校是培養(yǎng)人才的重要搖籃，當(dāng)前我國正朝著現(xiàn)代化、信息化、工業(yè)化的大國快速發(fā)展，迫切需要大量的技能型人才，高校如何能順應(yīng)市場的需求，將走進(jìn)學(xué)校的學(xué)生培養(yǎng)成適合國家發(fā)展和企業(yè)需求的有用人才，培養(yǎng)這種計(jì)算機(jī)技能型緊缺人才是職業(yè)教育的根本使命和當(dāng)前的緊迫任務(wù)。而我國高校教育資源的投入有限，使得計(jì)算機(jī)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以滿足實(shí)踐教學(xué)要求。另一方面，無論是計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師還是學(xué)生，由于計(jì)算機(jī)專業(yè)的特殊性——動手實(shí)踐，如果都只是從課本中尋求知識，不能動手實(shí)踐，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)和學(xué)習(xí)效果，再加上當(dāng)前大學(xué)生就業(yè)的壓力，學(xué)生希望能在學(xué)校學(xué)得更多技能，為就業(yè)創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)，如何才能為計(jì)算機(jī)專業(yè)的師生創(chuàng)造一個(gè)好的教學(xué)實(shí)踐環(huán)境，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，確保實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，成為各高校面臨的重要課題。

針對高校設(shè)備資金投入有限、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及場地緊缺和不足等問題，引入虛擬機(jī)技術(shù)——使用VMware虛擬機(jī)軟件來構(gòu)建所需要的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，無疑是解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的最好辦法。由虛擬機(jī)構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可在學(xué)校的公共機(jī)房運(yùn)行，開展一些拓展性、開放性的實(shí)驗(yàn)而不會損害現(xiàn)有的環(huán)境，不僅提高了設(shè)備的利用率，節(jié)省了資金的投入，而且為計(jì)算機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)提供了良好的條件，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性地實(shí)驗(yàn)提供了可能。

二、VMware虛擬機(jī)技術(shù)簡介

1.虛擬機(jī)概念

什么是虛擬機(jī)？所謂虛擬機(jī)就是虛擬的計(jì)算機(jī)，它是通過虛擬機(jī)軟件在實(shí)際的物理計(jì)算機(jī)上模擬出虛擬的一個(gè)硬件環(huán)境，我們稱運(yùn)行虛擬機(jī)的物理計(jì)算機(jī)為宿主機(jī)器，由宿主機(jī)器創(chuàng)建的虛擬機(jī)，和真實(shí)的計(jì)算機(jī)幾乎一模一樣，擁有自己獨(dú)立的CPU、硬盤、內(nèi)存及其他硬件，這些硬件是標(biāo)準(zhǔn)的，能被大多數(shù)系統(tǒng)所支持。虛擬機(jī)可以使用宿主機(jī)器上的一些資源，如軟驅(qū)、光驅(qū)等設(shè)備。用戶在虛擬機(jī)上分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件等任何操作均不會對宿主機(jī)器系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。

2.VMware虛擬機(jī)主要特點(diǎn)

VMware虛擬機(jī)軟件是VMware workstation，它是由VMware公司出品的。要構(gòu)建一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不需要額外的硬件設(shè)備，只需要在現(xiàn)有的系統(tǒng)上安裝上VMware虛擬機(jī)軟件即可。目前現(xiàn)有的主要虛擬機(jī)軟件除了VMware虛擬機(jī)軟件，還有Virtual PC。本文就VMware workstation構(gòu)建虛擬計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺作初步的探討。VMware虛擬機(jī)的主要特點(diǎn)如下：

（1）使用虛擬機(jī)技術(shù)可以在物理電腦上虛擬出多臺虛擬電腦，每個(gè)虛擬機(jī)如同獨(dú)立的PC機(jī)，可以安裝不同的操作系統(tǒng)，這些虛擬的電腦可以獨(dú)立運(yùn)行和并發(fā)運(yùn)行，各虛擬機(jī)之間、虛擬機(jī)和主機(jī)之間還可以進(jìn)行對話、文件共享、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源，并可以以C/S方式工作運(yùn)行。

（2）虛擬機(jī)虛擬出來的硬件都是標(biāo)準(zhǔn)硬件，這有效地降低了由于硬件不一致導(dǎo)致的兼容性問題或難找驅(qū)動程序的問題。在主系統(tǒng)上虛擬出的硬件都是相同的，可以簡單地在不同的主機(jī)之間復(fù)制后直接使用，不用考慮硬件差異，因此在實(shí)驗(yàn)中對虛擬機(jī)造成的任何損壞可以得到快速地恢復(fù)。

（3）虛擬機(jī)使用的虛擬硬盤實(shí)際上是一個(gè)或多個(gè)文件，因此虛擬機(jī)具有可快速恢復(fù)的特點(diǎn)，而且具有保存系統(tǒng)狀態(tài)和還原系統(tǒng)的功能，虛擬機(jī)系統(tǒng)和宿主機(jī)系統(tǒng)具有良好的隔離性，在虛擬機(jī)上對現(xiàn)有主機(jī)的硬盤分區(qū)和數(shù)據(jù)不會造成任何影響。

（4）因?yàn)樘摂M機(jī)的硬件都是虛擬出來的，所以虛擬機(jī)具有靈活的擴(kuò)展性，可以任意添加或刪除硬件。

（5）由于虛擬機(jī)硬件是標(biāo)準(zhǔn)硬件，在虛擬機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)，不僅可以克隆到另一臺虛擬機(jī)上，還可以克隆到不在同一臺物理電腦的虛擬機(jī)上，甚至還可以在虛擬機(jī)上做系統(tǒng)克隆映像。

（6）其他特點(diǎn)。虛擬機(jī)還具有屏幕截圖和視頻捕捉功能，真實(shí)主機(jī)和虛擬機(jī)之間、虛擬機(jī)和虛擬機(jī)之間拖動文件進(jìn)行文件的復(fù)制和粘貼操作等。

三、虛擬機(jī)在教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中的應(yīng)用及意義

1.計(jì)算機(jī)維護(hù)實(shí)驗(yàn)

學(xué)校的機(jī)房是面向全校學(xué)生公用的，由專門的機(jī)房管理人員管理，統(tǒng)一安裝必要軟件，學(xué)生上機(jī)的時(shí)候，一人一機(jī)，不允許學(xué)生隨意安裝軟件，更不允許學(xué)生對硬盤分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)以及設(shè)置BIOS等操作，因?yàn)檫@些操作會改變甚至破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無法正常工作，教師上課時(shí)也難以現(xiàn)場演示，因?yàn)椴僮鞯挠?jì)算也是公用的。教師和學(xué)生可以利用虛擬機(jī)，在虛擬機(jī)上進(jìn)行這些破壞性操作，保證了主機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也保證了實(shí)驗(yàn)的順利完成。

2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)

公共機(jī)房為了滿足一般實(shí)驗(yàn)要求，只安裝必要的應(yīng)用軟件，為了防止系統(tǒng)遭受破壞，保證正常教學(xué)的順利進(jìn)行，便于機(jī)房的管理和維護(hù)，通常為所有的計(jì)算機(jī)安裝硬盤保護(hù)卡，應(yīng)用系統(tǒng)策略限制學(xué)生的某些操作等，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)需要對計(jì)算機(jī)進(jìn)行一定的設(shè)置，安裝相應(yīng)的軟件，而某些設(shè)置或軟件的安裝需要重新啟動計(jì)算機(jī)，由于系統(tǒng)有還原卡，一旦重啟機(jī)器，之前的設(shè)置便又恢復(fù)初始狀態(tài)，無法完成用戶的要求。另外計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)需要多臺計(jì)算機(jī)多種設(shè)備，利用虛擬機(jī)可以在一臺電腦上虛擬出多臺虛擬機(jī)，還可以虛擬出諸如交換機(jī)、網(wǎng)卡等設(shè)備，以滿足組網(wǎng)的需要。在虛擬機(jī)的世界里，可以在一臺物理機(jī)器上組建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，學(xué)生可以在虛擬的網(wǎng)絡(luò)里組建基于工作組的對等網(wǎng)以及基于域的局域網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Ｗeb、DNS、FTP服務(wù)器，郵件服務(wù)器，DHCP服務(wù)器，流媒體服務(wù)器等服務(wù)器的搭建。根據(jù)虛擬機(jī)任意刪除硬件的特性，通過刪除虛擬機(jī)的硬盤，還可以組建無盤網(wǎng)絡(luò)。我們在虛擬網(wǎng)絡(luò)里，將某些虛擬機(jī)配置為服務(wù)器，某些虛擬機(jī)作為客戶端，讓學(xué)生從中學(xué)到服務(wù)器的配置，加深對網(wǎng)絡(luò)原理的理解，更充分地體會到什么是服務(wù)器、工作站，什么是對等工作模式、客戶服務(wù)器工作模式等等抽象概念，學(xué)生更能在虛擬的平臺上面搭建滿足一定條件及應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，為學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新創(chuàng)造了實(shí)驗(yàn)平臺。

3.網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播和破壞方式也越來越網(wǎng)絡(luò)化，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程也就顯得非常重要，而教師在講解計(jì)算機(jī)病毒、木馬等只能停留在講述階段，利用虛擬機(jī)可以改變這一狀況，我們可以在虛擬機(jī)系統(tǒng)上植入病毒文件進(jìn)行系統(tǒng)攻擊實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)現(xiàn)安全防御等操作，讓學(xué)生更加直觀地了解系統(tǒng)的安全及防御技術(shù)，以達(dá)到知識鞏固及提高的目的。

4.軟件測試

學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)等課程中，編寫的程序，需要在多種環(huán)境（單機(jī)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、不同的瀏覽器版本等）以及多種操作系統(tǒng)（windows XP操作系統(tǒng)、windows 2000操作系統(tǒng)、Linux等）環(huán)境下進(jìn)行測試，有了虛擬機(jī)，可以方便、快捷地進(jìn)行。

5.PC機(jī)群搭建

為了滿足人們對高性能計(jì)算機(jī)的需求，并行計(jì)算機(jī)已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向，對并行計(jì)算機(jī)的了解和使用也成為計(jì)算機(jī)教學(xué)上的一個(gè)重要內(nèi)容。在虛擬環(huán)境下搭建PC機(jī)群的操作，與構(gòu)建虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境的操作基本一樣，只是還需在每臺虛擬機(jī)上安裝并行計(jì)算軟件PVM，再在虛擬機(jī)上運(yùn)行PVM并執(zhí)行相關(guān)的命令。

6.其他應(yīng)用

（1）某些問題需要特定的軟件環(huán)境，而這些環(huán)境并非所有的計(jì)算機(jī)都能提供，如果用戶所使用的機(jī)器經(jīng)常更換，每更換一次都在所用的計(jì)算機(jī)上安裝所需軟件，是一件很繁瑣的事情，有些時(shí)候環(huán)境也不允許我們安裝，比如需要某種操作系統(tǒng)，我們可以利用虛擬機(jī)來解決這一問題，把我們所要解決的問題在虛擬機(jī)上解決，在虛擬機(jī)上安裝問題所需的軟件，這樣每次更換了機(jī)器，不管機(jī)器是否提供相應(yīng)的軟件環(huán)境，我們只需要在其上運(yùn)行虛擬機(jī)就可以了。

（2）如今許多高校開設(shè)有Linux、Unix等操作系統(tǒng)課程，而實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)基本還是windows操作系統(tǒng)。虛擬機(jī)可以完全實(shí)現(xiàn)Unix、Linux操作系統(tǒng)的功能，這樣就可以在虛擬機(jī)上安裝Unix、Linux操作系統(tǒng)。安裝操作系統(tǒng)過程中，需要動手設(shè)置的地方不多，大多時(shí)候用戶都在等待計(jì)算機(jī)自動安裝，在虛擬機(jī)里裝操作系統(tǒng)可以使我們“工作”和“安裝”兩不誤，一方面在虛擬機(jī)里安裝操作系統(tǒng)，另一方面在本主機(jī)繼續(xù)我們的工作，只需要在本主機(jī)和虛擬機(jī)之間切換就可以實(shí)現(xiàn)。而且像安裝操作系統(tǒng)這樣的實(shí)驗(yàn)通常需要的時(shí)間比較長，但學(xué)生上機(jī)的時(shí)間又有限，虛擬機(jī)中的掛起功能可以方便地保留當(dāng)前狀態(tài)，以便下一次繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。在虛擬機(jī)環(huán)境下，多個(gè)操作系統(tǒng)可以同時(shí)運(yùn)行，人們可以像對待標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序那樣在多個(gè)操作系統(tǒng)之間來回切換，而不需要重新啟動機(jī)器。

（3）利用VMware虛擬機(jī)可以進(jìn)行屏幕截圖和視頻捕捉。在授課過程中，某些操作單純用語言可能無法表達(dá)清楚，或者由于條件所限，無法現(xiàn)場演示某些操作，對于這種情況，可以利用屏幕截圖功能事先把操作畫面抓取下來，或者直接利用視頻捕捉功能把操作過程全部錄制下來，然后在課堂上使用投影儀播放出來。

四、總結(jié)

虛擬機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，給計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)提供了一種有效的手段，虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境很好地模擬了真實(shí)環(huán)境，在虛擬機(jī)上完成的實(shí)驗(yàn)效果等同于在真實(shí)機(jī)器上完成的實(shí)驗(yàn)效果，完全符合教學(xué)要求和滿足試驗(yàn)意義。在虛擬環(huán)境下，學(xué)生可以放心地進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作，不用顧慮對主機(jī)系統(tǒng)的破壞，可以增加學(xué)生的實(shí)踐動手機(jī)會，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐技能。基于虛擬機(jī)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建設(shè)，在一定程度上不僅可以緩解當(dāng)前實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場地不足的問題，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全性和利用率，降低實(shí)驗(yàn)室的管理難度，而且在不額外添加硬件設(shè)備的條件下，很好地滿足了實(shí)驗(yàn)課多種環(huán)境的需求，保證了實(shí)驗(yàn)課的正常開出，可見將VMware虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)實(shí)踐中具有經(jīng)濟(jì)性、安全性、實(shí)用性等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然在同一臺物理電腦上通過虛擬機(jī)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，這會占用大量的CPU和內(nèi)存資源，從而影響真實(shí)主機(jī)的反應(yīng)速度。

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