利用虛擬機技術構建計算機實踐課教學實驗平臺

張文東 張艷燕

摘要:針對目前計算機實踐課教學中存在的實驗設備不足、實驗室維護工作量大等問題,本文介紹了利用虛擬機技術,構建虛擬實驗平臺及網絡環境的基本方法,并給出了在該平臺上進行計算機實踐課教學的具體應用。

關鍵詞:虛擬機技術;VMware;計算機實踐課教學

中圖分類號:G642文獻標識碼:A

1引言

目前,各高校在實驗室建設方面都有很大投入,但是,由于學生人數多、實驗室教學任務重,另外,部分實驗需要移除計算機還原卡等保護工具,導致實驗室維護困難,所以在實際教學過程中,部分實驗無法進行。學生對實驗的了解和掌握都是通過觀看教師的幻燈片或者觀摩教師的實驗過程,造成學生實際操作能力較差,嚴重影響了教學質量。因此,在已有設備的基礎上,合理的設計實驗,創建可行的實驗環境就顯得非常必要。

虛擬機(Virtual Machine,簡稱VM)技術很好的解決這個問題。虛擬機是指使用虛擬化技術在物理計算機上模擬出來的相對獨立的邏輯計算機, 該計算機完全由軟件模擬創建,并實現物理計算機的各項功能,它具備和物理計算機相似的屬性。近年來,虛擬機技術受到了大家的廣泛關注,在計算機教學和科研工作中都有應用。通過安裝虛擬機軟件,原有的計算機硬件設備配置不變,創建虛擬計算機、網絡設備等,輕松構建虛擬的計算機網絡實驗環境 。

虛擬機技術最早是由IBM公司為實現其大型計算機系統的安全共享而提出的,隨后,這種技術被成功移植到PC領域。典型的虛擬機系統有IBM公司的基于IBM360/67的VM/370、VMware公司的VMware系列以及Microsoft公司的Virtual PC系列。Microsoft公司的Virtual PC系列功能強大,但其僅支持Microsoft系列操作系統。VMware不但操作方便,而且能夠方便的架構異構的操作環境,更能滿足教學和實驗的要求,所以,這里我們選用VMware作為我們的虛擬機軟件。

2實驗平臺的構建

VMware目前的最新版本是VMware Workstation6.5(以下簡稱VMware6.5),VMware6.5對PC機的配置要求不高,目前的PC機都能安裝使用。為了保證虛擬機系統運行的流暢性,CPU最好采用雙核,內存容量512MB及以上,可用硬盤空間一般為1GB以上。如果需要構建多臺虛擬機并行的實驗環境,內存容量的要求更大。VMware6.5可運行的軟件平臺為Windows系列和Linux系列。

2.1虛擬機的構建

這里,我們以Windows XP專業版作為虛擬機運行平臺,實驗用的計算機(以下稱為宿主機)配置為:CPU為Pentium4 2.8GHz,內存為512MB,硬盤可用空間20GB。

安裝并運行VMware 6.5,打開菜單“File→New →Virtual Machine”,通過新建向導,可以新建一臺虛擬計算機(以下稱為客戶機),創建的客戶機系統擁有獨立的硬件配置, 如BIOS、內存、硬盤、軟驅、顯卡、網卡等。圖1是一臺已經建好的虛擬機的基本配置信息。

在虛擬機的新建過程中,VMware6.5需要用戶選擇將要在客戶機上安裝的操作系統的類型,包括Microsoft Windows、Linux、Novell Netware和Sun Solaris等,可根據教學和實驗的需要,進行不同的選擇,系統會根據宿主機的配置自動給出相應的客戶機最優配置。客戶機建立完畢后,用戶可通過菜單“VM→Setting”,打開設置對話框,進行客戶機參數的修改,例如:調整客戶機內存大小,添加或刪除硬盤等,最后,就可以在宿主機內安裝所需的操作系統。

在宿主機內,創建的客戶機是以數據文件的形式來進行保存的,如果需要虛擬出多臺客戶機,可以按照上述步驟創建新的客戶機,也可以直接把已有的客戶機文件復制一份,通過菜單“File→Open”加載即可。多個客戶機可以同時在宿主機內運行,客戶機之間彼此獨立,每一臺客戶機都運行本機的操作系統,客戶機之間只通過虛擬網絡進行連接。

2.2虛擬網絡環境的構建

VMware6.5安裝完成后,自動創建10個虛擬設備VMnet0～9,相當于10個以太網交換機設備,其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有專門的用途,而其它7個虛擬設備可在建立橋接網絡或自定義網絡時使用。客戶機可以任意連接到這些虛擬的以太網交換機接口上,連接在相同虛擬設備上的客戶機可以看成是連接到同一交換機上的主機,因此,只要設置各客戶機的虛擬網卡連接到同一個虛擬設備,客戶機就可以組建一個虛擬的交換式以太網。

VMware6.5提供了3種虛擬機網絡連接模式:Bridged模式、NAT模式和Host-Only模式。

(1) Bridged模式:默認與VMnet0接口相連,在這種模式下,客戶機通過網橋直接連接外部物理網絡,客戶機和宿主機地位相同,都是本地網絡的一個獨立主機,客戶機與宿主機處于同一網段內,使用本地網絡內不同的IP地址。

(2) Host-only模式:默認與VMnet1接口相連這種模式是一個封閉的模式,客戶機與外界隔離,默認情況下,客戶機只能訪問宿主機。如果只需要建立客戶機與宿主機之間網絡連接的實驗環境,可以采用這種模式。

(3)NAT模式:默認與VMnet8接口相連該模式采用網絡地址轉換(Network Address Translation,簡稱NAT)技術,客戶機經宿主機間接連接外部網絡,所有的客戶機構成一個內部私有網絡,使用私有IP地址,除宿主機和同一虛擬網絡內其他客戶機外,其它外部主機一般不能訪問客戶機。

在“Edit→Virtual Network Editor”的對話框中,VMware6.5還提供了動態主機分配協議(Dynamic Host Configuration Protocol,簡稱DHCP)服務,管理VMnet1和VMnet8 的IP地址的動態分配,這些都為構建虛擬網絡環境提供了很好的條件。

3在實驗教學中的應用

實驗室在準備實驗前,可以把VMware6.5作為一個常用軟件提前安裝到實驗室的教師機和學生機上,然后再安裝還原卡設備或軟件,這樣,既方便了學生自主的進行實驗,同時,又能降低實驗室的維護工作量。

3.1操作系統的安裝

在新建的客戶機上,學生可以學習硬盤分區、格式化操作,練習操作系統的安裝。以安裝Windows2000 Server為例,運行VMware6.5,新建一臺安裝Windows2000 Server的客戶機。安裝光盤的選擇有兩種:一種是使用宿主機的光驅,直接把 Windows2000的安裝光盤放入光驅內即可;一種是使用客戶機的虛擬光驅,虛擬光驅可以直接加載Windows2000安裝光盤的ISO鏡像文件。

安裝光盤放入光驅后,單擊Power On按鈕,在VMware6.5窗口內顯示客戶機自檢界面,自檢過程與宿主機自檢完全一致。自檢完畢后,光盤自動引導啟動系統,進入Windows2000安裝。在實驗教學中,實驗指導老師可以在教師機上操作,配合投影儀演示,講解安裝過程和相關的知識點,學生可以通過觀看演示與自己實際操作相結合,來加強對實驗的了解和掌握。

一些操作系統安裝光盤的ISO鏡像文件不止一個,例如:RedHat Linux 9.0有3個鏡像文件,在安裝過程中需要更換鏡像文件,可以通過菜單“VM→Setting”,打開客戶機虛擬光驅設置,選擇加載新的ISO鏡像文件。

3.2網絡服務實驗

“Internet技術與原理”課程中,對于Internet服務(Web服務、FTP服務和E-mail服務等)的配置和使用,需要客戶端和服務器端共同完成,使用VMware軟件,就可在單機上實現這些實驗。

以Windows2000 Server的Web服務器為例,本機實驗的網絡連接模式為NAT模式,客戶機IP地址為:192.168.206.128,宿主機中VMnet8的IP地址為:192.168.206.1。在客戶機內通過菜單“開始→程序→管理工具”,打開Internet 信息服務窗口,左側窗口列出了Internet各項服務,確定默認的Web站點是運行狀態。

把做好的測試網頁mypage.html拷貝到客戶機“C:Inetpubwwwroot”目錄下,服務器端準備就緒。然后,在宿主機內打開網頁瀏覽軟件Internet Explorer,在地址欄中輸入http://192.168.206.128/mypage.html,就可訪問客戶機所提供的Web服務。

接著做域名系統(Domain Name System,簡稱DNS)實驗,啟用客戶機DNS服務,設置客戶機IP對應一個域名,設置宿主機DNS服務器的IP地址:192.168.206.128,即:客戶機為宿主機提供DNS服務。宿主機就可通過域名來訪問客戶機的Web服務。本實驗中,客戶機DNS服務的配置為192.168.206.128對應域名www.yumingceshi.com,上面的網頁可通過網址http://www.yumingceshi.com /mypage.html來訪問。

4結束語

立足于現有實驗條件,運用虛擬機軟件構建計算機實驗環境,既提高了現有設備的利用率、降低實驗成本,又提高了學生的實踐技能。目前,虛擬機技術已在我校實驗室推廣使用,在“實用操作系統”和“Internet技術與原理”課程的教學過程中,已經率先使用VMware進行實踐課教學,并取得了較好的教學效果。下一步工作,準備把虛擬機技術應用在“計算機網絡組網實驗”和“網絡程序設計”等課程的教學中,進一步培養和提高學生的實際操作能力,提高教學質量。

參考文獻:

[1] 劉羽.“虛擬機”技術在教學實驗中的應用[J].桂林工學院學報,2003,23(4):416-419.

[2] 趙祖蔭.基于VMware軟件的虛擬計算機的構建方法[J].微型電腦應用,2004,20(6):56-59.

[3] 龔巧華,江魁.基于虛擬機的計算機網絡試驗平臺[J].教育信息化,2006,(16):35-36.

[4] 戚淮兵,刁永鋒,羅鵬. 構建基于虛擬機的計算機實驗室[J].教育信息化,2006,(19):26-29.

[5] 黃平,吳蘭岸. 虛擬機在《計算機網絡》實訓教學中的應用[J].實驗科學與技術,2008,6(4):67-69.

[6] 王存祥. 虛擬機技術在計算機教學中的應用[J].現代教育技術,2006,16(5):70-72.

Putting up Experimental Platform of Computer Practical Teaching Using Virtual Machine Technique

ZHANG Wen-dong1, ZHANG Yan-yan2

(1. Information Science and Engineering College, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;

2. Maths-physics and Information College, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China)

Abstract: According to the questions about the lack of experimental equipments and heavy task of laboratory maintenance in Computer Practical Teaching at present, the paper introduced a basic method of putting up virtual experimental platform and networking environment using virtual machine technique, moreover, a concrete application of computer practical teaching on this platform is given.

Key words: virtual machine technique; VMware; computer practical teaching