虛擬化技術(shù)在高校教學中的應用

陳雪娟

摘要：這幾年來虛擬化技術(shù)在高校教學應用上的優(yōu)勢越來越顯著，本文提出針對高校中機房教學過程的集中性、IT資源使用率高導致?lián)p耗大、硬件升級跟不上軟件升級而無法進行某些實驗等問題，引入虛擬技術(shù)解決。利用虛擬技術(shù)降低IT資源的能耗和成本，提高機房教學質(zhì)量和效率，開設前沿的實驗課程，改善教學環(huán)境，調(diào)動學生的積極性。

關鍵詞：高校教學 虛擬化技術(shù) IT資源

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0251-02

隨著計算機的不斷發(fā)展，高校的課程教學在不斷改革，很多課程的教學內(nèi)容、教學方法都有了根本性的變化，采用CAI教學的課程越來越多。計算機實訓室（機房）已經(jīng)成為高等學校的教學場所，其中，除了計算機專業(yè)的大部分課程在機房進行外，其他專業(yè)相關課程教學也慢慢從多媒體教室轉(zhuǎn)移到機房進行。隨著學校不斷擴招，大學生人數(shù)越來越多，在計算機實訓教學中帶來了很大的難度。

1 高校機房教學中存在的主要問題

1.1 繁重的教學任務讓機房的計算機故障頻發(fā)

不管是計算機專業(yè)還是其他非計算機專業(yè)，開設跟計算機的課程越來越多，而這些課程的實訓都會在機房進行，每個機房幾乎天天排滿課，機房的計算機由于每天長時間超負荷運行，經(jīng)常出現(xiàn)軟、硬件的故障。

1.2 硬件性能提升跟不上軟件的更新

不同課程所需的軟件不同，并且軟件的更新是非常快的，機房為了滿足這些課程的教學需求，必須要經(jīng)常安裝或升級軟件，有時候還要同一臺計算機安裝2個以上的操作系統(tǒng)，每個學期開始前課程安排好，機房要以此為據(jù)安裝或更新軟件，工作量很繁重。很大問題是，軟件更新周期遠遠快于硬件更新周期，這樣使得低性能的機器上無法安裝或順暢運行新軟件[1]。

1.3 計算機多的情況下管理困難

對于一些學校來說，機房管理一直是一個難題，比如我們學校，一共有60個機房每個機房60臺計算機、加上教師計算機一共有將近4000臺計算機，需要計算機管理和維護人員就達30多個人。而不同專業(yè)、不同課程對機房操作系統(tǒng)和軟件要求各不相同，教師公辦計算機的分散，這些都很很難管理的。計算機管理人員大量的工作時間都投入安裝系統(tǒng)和軟件、病毒防護和日常維護上。一旦出現(xiàn)問題，比如病毒爆發(fā)，雖然管理人員可以通過殺毒，加設防毒墻和防火墻等手段解決問題，但是有時候還要從各個節(jié)點排查，工作量巨大，耗時超長，成本昂貴。[2]

1.4 學校不愿投入大成本更新設備，無法開設前沿性的課程或?qū)嶒?/p>

很多前沿領域的技術(shù)飛速發(fā)展，例如并行計算技術(shù)，多核編程技術(shù)，可編程數(shù)字電路，集群技術(shù)等實驗課程目前無法在現(xiàn)有的實驗室設備進行。這些技術(shù)的實驗需要的相關設備目前都是比較昂貴的，學校沒有足夠的大資金購買，即使這些技術(shù)課程需求很大，短時間內(nèi)還是無法開設。

2 虛擬化技術(shù)

虛擬化起源于20世紀60年代，雖然出現(xiàn)的時候，由于技術(shù)不夠一直沒有被大規(guī)模的應用。但是現(xiàn)在已經(jīng)成為解決提高IT基礎設施資源利用率，降低管理成本等問題的有效方法，各種虛擬技術(shù)越來越被重視和重用。

簡單來說，虛擬化技術(shù)是一種將計算機模塊不在獨立的物理硬件而是在虛擬的基礎上運行，根據(jù)各種各樣的需求把不多的固定資源重新分配，最大限度提高利用率，從而達到了優(yōu)化資源，簡化管理的目的的解決方案。

虛擬化（Virtualization）是一個廣義的術(shù)語，在IT信息領域中，虛擬化是計算資源的邏輯表示，概況了計算機資源。它隱藏了本身的物理特性，在邏輯上分離為多個虛擬資源池[3]。同時，整合多個物理資源，然后按照需求進行分配。簡化計算機的硬件和軟件的訪問、表示和管理，將硬件設備封裝為統(tǒng)一的輸入輸出接口，更好的利用硬件資源和軟件資源是虛擬化技術(shù)的主要目標。

3 虛擬化技術(shù)的分類

我們平時說的虛擬化技術(shù)一般指的是計算機系統(tǒng)虛擬化及計算機系統(tǒng)虛擬機，簡單的是說可以分成下面四大類：

硬件系統(tǒng)抽象層的虛擬機。對于客戶操作系統(tǒng)（上層軟件）而言，此類虛擬機可以構(gòu)造一個虛擬的、完整的計算機硬件系統(tǒng)，處理器控制指令就是虛擬機和客戶操作系統(tǒng)的接口。

操作系統(tǒng)層的虛擬機。這類虛擬機在通過復制操作系統(tǒng)環(huán)境，建立多個虛擬運行的操作系統(tǒng)容器。虛擬機為運行在這些容器上的軟件提供了完整的操作系統(tǒng)運行環(huán)境，系統(tǒng)調(diào)用接口就是虛擬機和客戶操作系統(tǒng)的接口。[4]

API層虛擬機。這種虛擬機為客戶操作系統(tǒng)模擬了特定的操作系統(tǒng)的運行環(huán)境，模擬了各類用戶態(tài)API實現(xiàn)了該操作系統(tǒng)。

編程語言層虛擬機。這種虛擬機通過編譯技術(shù)或解釋繼續(xù)來運行虛擬機指令，滿足了軟件的跨平臺和通用性。

4 虛擬化的優(yōu)勢

虛擬化要比傳統(tǒng)的IT資源分配方式有以下優(yōu)勢：

4.1 虛擬化技術(shù)可以讓資源的利用率得到很大提高

為了達到資源的最大利用，虛擬化把一個硬件虛擬成多個硬件，這里的一個硬件指的不是一個個體，而是有多個個體組成的一組資源，例如可以將多個硬盤組成陣列，將多個硬盤視為計算機的硬盤部分。用戶將許多資源組成一個龐大的、計算能力十分巨大的“巨型計算機”，再將這個巨型計算機虛擬成多個獨立的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)相互獨立，但共享資源，這就是虛擬化的精髓。傳統(tǒng)的IT企業(yè)為每一項業(yè)務應用部署一臺單獨的服務器，服務器的規(guī)模通常是針對峰值配置，服務器規(guī)模（處理能力）遠遠大于服務器的平均負載，服務器在大部分時間處于空閑狀態(tài)，資源得不到最大利用。虛擬化技術(shù)能夠動態(tài)調(diào)用空閑資源，減小服務器規(guī)模，提高資源利用率。

4.2 提供相互隔離、安全、高效的應用執(zhí)行環(huán)境

用戶可以在一臺計算機上虛擬系統(tǒng)，在這個虛擬系統(tǒng)中模擬多個不同的操作系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)邏輯上相互聯(lián)系但物理上相互不干擾，有時候一個子系統(tǒng)因為遭受攻擊而崩潰，也不會影響到其他的子系統(tǒng)，并且，每個子系統(tǒng)都有備份，很快就可以被恢復。還有，這些應用執(zhí)行環(huán)境都比較簡單，工作效率得到很大提高，總體投資成本大大降低。

4.3 采用虛擬化技術(shù)后，虛擬化系統(tǒng)能夠方便的管理和升級資源[5]

以前的計算機服務器是一個相對獨立的硬件個體，每次都要消耗企業(yè)大量的人力和物力對每個資源進行升級和維護。虛擬化技術(shù)將這些硬件資源整合在一起方便管理，如果需要升級，只要添加升級動作即可，不需要像傳統(tǒng)的企業(yè)一樣要進行規(guī)劃容量、定制服務器還有安裝硬件等工作，使得工作效率有很大的提高。

5 虛擬化技術(shù)在高校學中的應用

前面我們分析了現(xiàn)在高校中機房教學存在的問題，分析了不足。現(xiàn)在從幾個方面分析研究利用虛擬化技術(shù)解決這些問題。

5.1 利用虛擬化技術(shù)提高機房實驗教學效率和質(zhì)量、降低機器購買和維護成本

在學校不肯增加實訓設備預算情況下，我們要想辦法讓機房實驗教學的質(zhì)量和效率得到大提高，使得機房硬件能更快更大極限安裝需要的軟件，解決成本、資源和時間的壓力。而使用VMware虛擬化技術(shù)可以創(chuàng)建一個虛擬安裝windows操作系統(tǒng)的PC環(huán)境，這個環(huán)境適合用于所有的Windows應用程序，提高了現(xiàn)在的硬件資源的使用率，減少硬件需求，降低投資成本，改善教學環(huán)境，提高教學效果。[6]

5.2 利用虛擬技術(shù)便捷管理計算機

為了更好的管理和使用計算機，我們可以用虛擬技術(shù)設置數(shù)據(jù)中心的桌面系統(tǒng)，學生和教師可以通過客戶端登錄此系統(tǒng)，就可以進入計算機，像平時一樣操作，可以免去計算機管理人員的大量工作，因為用戶的操作都源于數(shù)據(jù)中心，一旦出現(xiàn)問題，也很快被發(fā)現(xiàn)，得到及時解決。

5.3 利用虛擬化技術(shù)開設具有創(chuàng)新實踐特點的虛擬化實驗課程

目前還有部分課程（比如集群技術(shù)、可編程數(shù)字電路、并行計算技術(shù)等）的實驗還無法在實驗室設備進行。利用VMware虛擬化技術(shù)將現(xiàn)在的IT資源創(chuàng)建一個虛擬機，這個虛擬機就像真的“計算機”一樣可以運行安裝在上面的操作系統(tǒng)和應用程序，功能齊全。這樣我們就可以將無法在真實計算機上進行的課程實驗的轉(zhuǎn)移到這個虛擬機上進行。隨著虛擬技術(shù)的成熟、這些實驗會從無到有、從困難到容易、最后都會自由開設的轉(zhuǎn)變。最后能開設一些有創(chuàng)新實踐特點、符合高校教學特點的虛擬化實驗課程。

6 結(jié)語

虛擬化技術(shù)現(xiàn)在經(jīng)歷了50多年的歷史，處于蓬勃發(fā)展階段，未來還有很大的發(fā)展空間。虛擬化技術(shù)對高校教學具有重大意義，它彌補很多實踐操作的不足。根據(jù)學校提供的教學大綱，按照一定的步驟和方法設計合理的實現(xiàn)虛擬化教學實踐訓練的虛擬訓練平臺系統(tǒng)。虛擬訓練平臺可以多次使用，靈活多變，系統(tǒng)穩(wěn)定，升級方便，對于高素質(zhì)技能人才的培養(yǎng)有很重大意義。

參考文獻

[1]蘇虞磊，薛方.計算機實驗室的維護與管理[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）：68-72.

[2]沈堯林.桌面虛擬化技術(shù)在高校中的應用.時代教育，2010.08.083.

[3]王慶波，金涬，何樂等.虛擬化與云計算.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]白國靖.虛擬化技術(shù)在網(wǎng)絡服務中的應用研究.電子世界，2011.09.

[5]王建紅，趙麗紅.淺論虛擬化及其應用[J].科技廣場，2007，（07）.

[6]王建軍.虛擬機在高校計算機實踐教學中的應用[J].軟件導刊，2008（9）：56- 57.