開放式虛擬化實驗平臺的構建

張浩　張燕姑

摘要：針對傳統模式下由于實驗資源、教學條件的限制，以及設備維護成本等的計算機實驗環境，提出構建虛擬化實驗平臺將是計算機實訓教學改革的新趨勢，也是對傳統實驗教學的重要輔助，以“計算機安裝與維護”軟件系統安裝調試為例，從當前實驗環境入手，闡述研究開放式虛擬化實驗平臺的重要意義，指出構建開放式虛擬化實驗平臺的實現途徑及應用案例，力圖形成一套涵蓋教學、實訓和測試等環節的實驗平臺。

關鍵詞：計算機安裝與維護；虛擬化實驗平臺；操作系統

0 引言

計算機已經成為大學生學習中必不可少的工具之一，如何“利其器”是當前大學生欲“善其事”所應該掌握的基本技能之一。計算機安裝與維護課程除了作為計算機專業必修的基礎課以外，也作為高等職業類學校公選課之一，受到廣大學生的歡迎。該課程的實驗性要求很高，內容主要涉及了計算機硬件系統和軟件系統兩大模塊。硬件系統模塊包括硬件拆解與安裝、硬件調試與維護等；軟件系統模塊包括操作系統安裝、軟件系統安裝與維護、工具軟件使用等。其中硬件系統對于實訓的要求較高，因為硬件系統的實訓對硬件設備的依賴很大，根據課程要求需要學生在學習過程中完成真實的操作過程，所以在課程實施過程中會利用更新替換的舊機器讓學生實際演練，以達到教學效果。帶來的問題是這部分機器在經過學生的反復拆裝后很難應用于軟件系統這個模塊的實施。針對這種情況，通過多年的教學積累，歷經了數次的教學調整，參考對比兄弟院校本課程的教學方式，我們在計算機安裝與維護課程軟件系統模塊的教學和實驗中引入虛擬實驗平臺的概念，其涵蓋整個教學的各個環節，包括：教學、實訓、測試，為教學提供了真實的操作環境，改善了教學計劃的實施，同時降低了機房機器的維護強度，提高了教學的組織實施與教學的效果。

1 實施方法的比較

大部分高等職業院校對于課程中軟件系統實施的方法有：①傳統做法。主講教師利用教師機直接演示，給學生提供真實的操作參考，直觀而且形象，缺點也顯而易見，每次實際演示都將導致教師機的系統環境產生根本的改變，同時也增加了實訓室機器維護的強度。②利用虛擬化技術。利用當前流行的虛擬機技術VMware、Virtual Box和Virtual PC，在現有的實訓室物理機器上模擬出多臺虛擬的計算機，這些虛擬機就像真正的計算機一樣進行工作，如安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡等。優點是充分利用了現有的計算機機房環境，避免了操作對計算機硬件的損壞，大大降低了機房維護強度。缺點是這種操作過程雖然較接近真實環境，但執行的效果并不能讓學生真正領會軟件系統安裝的精髓，碰到實際機器安裝系統時仍然不知道該如何著手處理。③利用諸多的光盤來實施教學計劃。該方法需要獨立的軟件安裝機器，能提供真實的操作過程，缺點是光盤損耗較大，一學期每臺機器需要4套光盤以上，光盤磨損嚴重，并且光驅讀取速度相比較而言太慢，同時機房管理難度較大。

2 虛擬化實驗平臺的設計思路

計算機安裝與維護課程中的軟件系統模塊包括操作系統安裝、軟件系統安裝與維護、工具軟件使用等，在具體實施中課程對應安排了7個實驗項目，如表1所示。

每個項目實際上還包括了多個子項目，例如項目②安裝操作系統，可以包括Windows 2000在內的多個版本操作系統、甚至是多操作系統的安裝。

為得到最佳的實驗效果，就需要盡量地貼近真實環境，由于軟件系統部分的操作直接與計算機的操作系統環境相關聯，操作的過程有可能需要對磁盤進行重新劃分、有可能需要重裝系統、也有可能只需要對指定的操作系統進行設置或優化等。如何在每個實驗項目實施之前讓機房每臺機器可以快速地調整至預設的真實環境，這正是我們要考慮解決的問題。

以項目②“操作系統安裝與設置”為例，項目目的是通過安裝Windows 2000、Windows XP、Windows 7等常用操作系統，實現多系統安裝、多系統并存，還包括操作系統安裝后的相關設置，從而讓學生掌握常用操作系統安裝和設置的能力。重點是操作系統安裝的標準方法和流程，難點是操作系統安裝過程中應該要注意的事項。

需要安裝操作系統的情況有兩種：一種是全新磁盤（未劃分）；另一種是有系統，但是原系統已經損壞。因此需要創建兩種磁盤環境：一種是清空磁盤原有分區信息，相當于恢復至磁盤出廠設置，另外一種是已有多分區但系統已損壞的環境，分別針對這兩種情況將對應環境的磁盤預先進行磁盤備份，形成獨立的鏡像文件或GHO文件并保留。將各個版本的操作系統安裝盤以ISO格式文件保存以待使用。常規系統安裝又有3種方式：全新安裝、升級/覆蓋安裝、多系統安裝。兩個環境文件（鏡像文件或GHO文件）和多個操作系統安裝的ISO格式文件組合產生了項目②“操作系統安裝與設置”中的多個子項目。

3 開放式虛擬化實驗平臺的構建

依照上述設計思路，構建一套開放式虛擬化實驗平臺需要考慮幾個方面：完備的實驗教學平臺、典型環境對應磁盤（分區）的備份庫（低成本的創建）、光盤的ISO鏡像庫，以及能利用專家知識進行靈活添加和組合生成新的實驗項目。

3.1 完備的實驗教學平臺

針對軟件系統的安裝與調試，虛擬化平臺最突出的特征是能夠將設備（機房的機器）按專家預設的環境快速搭建，從而讓對應的實驗項目具備理想的環境，這樣不但能夠實現真實教學中的所有操作步驟，得到既定的實驗目的，而且最大的優點在于可以反復實踐和練習。這符合作為實驗平臺的要求。

3.2 低成本的典型環境備份庫

利用成熟的“系統和數據備份技術”，可以輕松地將軟件系統安裝與調試的各種典型環境進行快速備份，并以特定的格式文件存在。依照專家知識的要求對此類文件進行歸類和整理，形成環境備份庫。同樣，成熟的“系統和數據備份技術”也可以按專家知識的要求將指定的備份文件恢復至指定的磁盤或分區，完成專家知識所預制的要求。endprint

3.3 光盤的ISO鏡像庫

考慮到軟件系統的安裝與調試，需要各種安裝光盤，實驗環境情況下，安裝光盤的使用會有很多不利因素，如讀盤速度、光盤磨損、光盤的管理。利用成熟的“光盤映像文件制作/編輯/轉換工具”將相關的光盤制作成ISO格式的文件，形成ISO鏡像庫進行統一的管理。

3.4 專家知識形成實驗項目

作為實驗平臺，需要全面收集專家知識，包括實驗涉及的知識、實驗相關的操作技能，才能使實驗內容充分涵蓋教學內容和知識點，并通過實驗項目將這些知識有機銜接起來。滿足在實驗教學中的3個重要環節：知識講解、技能訓練、能力測試。

開放式虛擬化實驗平臺中各個組成部分的創建方法和步驟如下：

（1）根據軟件系統模塊中預定的各個實驗項目（包括子項目），結合實驗用機器的實際配置，創建合適的實驗環境。

（2）系統和數據備份技術將各個實驗項目對應的環境“拍照”保存，形成備份。

（3）利用優盤啟動技術制作啟動優盤，并按照分類的實驗順序制作命令菜單。

（4）將預先保存的環境“照片”，或者是軟件系統安裝所需要的鏡像文件存放至優盤指定位置。

（5）通過系統和數據恢復技術還原預設的實驗環境，加載所需要的鏡像文件，并執行相應的實驗操作。

（6）允許隨時根據專家知識的要求，增加新的備份環境或ISO鏡像文件，具備開放性

軟件系統安裝調試的虛擬化平臺如圖1所示

4 預期效果

計算機安裝與維護課程軟件系統模塊的教學實施中，通過引入虛擬化實驗平臺，前期預先創建實驗需要的各種環境并保存，在軟件系統模塊相關的教學演示、實驗操作中都可以快速通過虛擬化實驗平臺快速生成實驗環境，完成相應的實訓項目，達到實訓教學效果。本課程軟件系統模塊涉及安排的30個子項目均利用虛擬化實驗平臺快速實現環境并完成實施，且效果良好。

5 結語

我們通過對軟件系統安裝調試虛擬化實驗平臺的使用和實踐，總結出虛擬化實驗平臺具備以下優點：

（1）軟件系統安裝調試的虛擬化實驗平臺存放于U盤中，也可以導入DVD光盤，制作攜帶非常方便。

（2）軟件系統安裝調試的虛擬化實驗平臺為學生的重復實驗節約了大量的提前準備時間，同時也降低了實訓室維護工作強度。

（3）軟件系統安裝調試的虛擬化實驗平臺添加新環境簡單方便，極大程度上豐富了教學環境，最佳程度上提供了真實的模擬環境。

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（見習編輯：劉麗麗；編輯：趙廓）endprint