將虛擬化技術(shù)引入中小學(xué)機(jī)房管理

王曦輝

計(jì)算機(jī)教育在中小學(xué)中廣泛展開(kāi)，有效提高機(jī)房的綜合應(yīng)用管理水平，已經(jīng)成為一個(gè)緊迫而又實(shí)際的問(wèn)題。筆者從事機(jī)房管理近十年，采用多種管理策略，但大多有其局限。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展、多家企業(yè)的支持、節(jié)能環(huán)保的要求與硬件效能的發(fā)展，虛擬化技術(shù)已經(jīng)步入成熟期，在很多領(lǐng)域內(nèi)虛擬化技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，取得滿意效果，但在中小學(xué)的機(jī)房管理、使用中卻很少被應(yīng)用，這為虛擬化技術(shù)應(yīng)用引入中小學(xué)機(jī)房管理帶來(lái)契機(jī)。

一、機(jī)房管理中存在的問(wèn)題

1.機(jī)房設(shè)備管理方面

（1）機(jī)房管理老師的日常維護(hù)工作量很大。

當(dāng)前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用涉及多個(gè)班級(jí)的多門(mén)課程，每個(gè)課程都需要不同的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和各類(lèi)相應(yīng)的應(yīng)用軟件，而計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)同傳的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)，其后的計(jì)算名稱(chēng)和ip地址的設(shè)置需要大約一個(gè)，大量的時(shí)間被浪費(fèi)，使得機(jī)房使用率下降，加上其他不確定因素的影響，使得同傳與部署的時(shí)間往往更長(zhǎng)，維護(hù)人員經(jīng)常從事重復(fù)性工作。

（2）計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境配置不同，管理復(fù)雜度。

由于不同硬件環(huán)境的計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)需要單獨(dú)安裝，而每臺(tái)計(jì)算機(jī)又可能需要安裝多操作系統(tǒng)，極易混淆，加上各應(yīng)用程序版本不同及升級(jí)問(wèn)題，使得系統(tǒng)本身的創(chuàng)建就帶有諸如軟件兼容與版本沖突等問(wèn)題。

（3）病毒預(yù)防隔離困難。

目前各類(lèi)病毒猖獗，且增長(zhǎng)迅猛，僅靠計(jì)算機(jī)還原卡或還原軟件預(yù)防病毒是不現(xiàn)實(shí)的。若使用還原卡與還原軟件隔離病毒，還會(huì)帶來(lái)操作系統(tǒng)和軟件升級(jí)及硬盤(pán)死鎖等問(wèn)題。

2.輔助教學(xué)與軟件應(yīng)用方面

（1）軟件增加和更新耗時(shí)，靈活性不夠。

其一，有些課程需要使用某個(gè)特定軟件，且時(shí)間緊迫，在以往的管理模式下很難實(shí)現(xiàn)，往往要求工作人員付出大量的勞動(dòng)，還不一定能完全滿足應(yīng)用需求。其二，無(wú)紙化考試的出現(xiàn)使得考試需要特殊的軟件環(huán)境和要求極高的穩(wěn)定性與安全性，此類(lèi)環(huán)境的構(gòu)建往往要求嚴(yán)苛，對(duì)計(jì)算機(jī)房的軟件增加與更新有嚴(yán)格的限制，幾乎沒(méi)有靈活性可言。

（2）個(gè)性化應(yīng)用不足。

由于學(xué)生個(gè)體的差異特性，必然使其使用習(xí)慣與個(gè)人愛(ài)好有極大的差異，從而使其對(duì)系統(tǒng)的環(huán)境設(shè)置有不同的要求，雖然可以通過(guò)多用戶設(shè)置滿足其中部分要求但不能滿足學(xué)生的個(gè)性化要求。

（3）多考試的環(huán)境的構(gòu)建困難。

多考試環(huán)境之間有較大的差異，在傳統(tǒng)管理模式中雖然可以通過(guò)多系統(tǒng)引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，但其風(fēng)險(xiǎn)較高，往往牽一發(fā)而動(dòng)全身。例如國(guó)家計(jì)算機(jī)等級(jí)考試一級(jí)的考試環(huán)境要求為Win7與Office2010的組合，而高中信息技術(shù)學(xué)業(yè)水平的測(cè)試為WinXP與office2000的組合，這兩者要在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)大約只能依靠雙系統(tǒng)，但考慮到考試的嚴(yán)苛與特殊性，往往還是考試環(huán)境定制與獨(dú)占。

（4）系統(tǒng)出錯(cuò)無(wú)法回寫(xiě)。

龐大的軟件應(yīng)用數(shù)量使得軟件沖突的潛在風(fēng)險(xiǎn)大幅上升，單軟件獨(dú)占系統(tǒng)則開(kāi)銷(xiāo)太大，軟件沖突導(dǎo)致的系統(tǒng)出錯(cuò)是無(wú)法恢復(fù)與回寫(xiě)的。

（5）特殊教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

有些教學(xué)與實(shí)驗(yàn)及其特殊，但又有其存在的意義與價(jià)值，需要演示與實(shí)驗(yàn)，在以往的管理模式中很難被實(shí)現(xiàn)。如局域網(wǎng)架構(gòu)實(shí)驗(yàn)演示等，這在傳統(tǒng)的機(jī)房管理中是難以實(shí)現(xiàn)的。

二、虛擬化技術(shù)引入機(jī)房管理的優(yōu)勢(shì)

1.最小化的硬件成本與資金投入

虛擬化能減輕采購(gòu)更多硬件代理的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。企業(yè)級(jí)的虛擬化應(yīng)用也許需要購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的硬件、軟件與解決方案，以及相應(yīng)的人員配備與培訓(xùn)，但在中小學(xué)機(jī)房引入虛擬化技術(shù)，只需要安裝相應(yīng)的軟件而已，進(jìn)行合理的設(shè)置，幾乎不需要資金投入。

2.系統(tǒng)環(huán)境的文件封裝與便捷管理

（1）將原來(lái)龐大而繁雜的系統(tǒng)完全而私密的封裝在單一文件中，從而將原來(lái)復(fù)雜的系統(tǒng)管理降級(jí)為相對(duì)簡(jiǎn)單的文件管理。

虛擬技術(shù)的引入，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的虛擬機(jī)，而虛擬機(jī)則將整個(gè)系統(tǒng)封裝到一個(gè)或多個(gè)文件之中，此文件本身并不能被窺探，其中所存儲(chǔ)的信息不能被隨意讀出與改寫(xiě)，從而保證其私密性。由于虛擬機(jī)文件的出現(xiàn)，使得原本對(duì)于系統(tǒng)的管理變更為面向文件的管理，從而使得管理更便捷。

（2）加快系統(tǒng)的恢復(fù)速度，有效減少平均故障恢復(fù)時(shí)間。

系統(tǒng)的重建與架構(gòu)都是以小時(shí)為單位的，機(jī)房系統(tǒng)的配置與恢復(fù)大多是以天為單位，而文件的恢復(fù)與備份則是以秒為單位，大文件的同傳基本可以在半小時(shí)內(nèi)完成。因?yàn)樘摂M技術(shù)的引進(jìn)，將系統(tǒng)管理降級(jí)為文件管理，所以系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間也降級(jí)為文件恢復(fù)時(shí)間，從而加快系統(tǒng)恢復(fù)速度，有效減少平均故障恢復(fù)時(shí)間。

（3）可以提供容災(zāi)，在一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件上可以容留多個(gè)系統(tǒng)，快速完成系統(tǒng)間的切換。

當(dāng)系統(tǒng)完成文件封裝之后，系統(tǒng)的備份則變?yōu)槲募膫浞菖c存儲(chǔ)。多個(gè)文件的備份、容災(zāi)及與切換相較于系統(tǒng)的相應(yīng)管理，都相對(duì)方便與容易，而且虛擬機(jī)還可以以關(guān)聯(lián)的方式創(chuàng)建（即以一個(gè)虛擬機(jī)文件為基礎(chǔ)，其他虛擬以此文件為基礎(chǔ)且不改寫(xiě)在此文件的基礎(chǔ)上創(chuàng)建），從而在更小的開(kāi)銷(xiāo)下提供多系統(tǒng)封裝與切換。。

3.屏蔽底層硬件，擁有強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性

虛擬機(jī)是有軟件調(diào)用硬件資源模擬的計(jì)算機(jī)硬件環(huán)境形成的，所以此環(huán)境是獨(dú)立于操作系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的，從而將虛擬機(jī)的系統(tǒng)的依存環(huán)境與底層硬件相隔離，使得虛擬機(jī)文件可以在任意安裝相應(yīng)虛擬機(jī)軟件的機(jī)器上打開(kāi)運(yùn)行，甚至跨平臺(tái)操作，擁有強(qiáng)大的適應(yīng)性。

4.特殊教學(xué)內(nèi)容的支持與實(shí)現(xiàn)

使用虛擬機(jī)，則可以展示機(jī)器的開(kāi)機(jī)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)主板設(shè)置的演示，也可在在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬多臺(tái)計(jì)算機(jī)，創(chuàng)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，完成相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。

四、虛擬化的實(shí)現(xiàn)

虛擬化的實(shí)現(xiàn)有許多的方案，考慮到中小學(xué)機(jī)房的實(shí)際應(yīng)用與資金限制，最理想最現(xiàn)實(shí)的方案是滿足我們的需求且沒(méi)有資金負(fù)擔(dān)的方案。本著實(shí)事求是一切從實(shí)際出發(fā)的原則，我們選用VirtualBox軟件，實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)操作系統(tǒng)/宿主機(jī)操作系統(tǒng)虛擬化方案（通過(guò)在一個(gè)現(xiàn)存的操作系統(tǒng)上安裝第三方虛擬軟件，并創(chuàng)建多個(gè)客戶機(jī)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)）。VirtualBox是德國(guó)一家軟件公司InnoTek所開(kāi)發(fā)的虛擬系統(tǒng)軟件。VirtualBox特色豐富且性能優(yōu)異，可免費(fèi)使用。

通過(guò)在現(xiàn)有操作系統(tǒng)中安裝VirtualBox軟件，則可以完成宿主機(jī)的創(chuàng)建。運(yùn)行VirtualBox軟件后，可以通過(guò)向?qū)c設(shè)置得到虛擬的客戶機(jī)；對(duì)于虛擬客戶機(jī)的操作與對(duì)于日常物理計(jì)算機(jī)的操作幾乎一致，需要完成相應(yīng)的系統(tǒng)創(chuàng)建與架構(gòu)，創(chuàng)建完成之后即可正常使用，即完成客戶機(jī)操作系統(tǒng)。