虛擬機軟件構(gòu)建計算機實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境的探索與實踐

黃偉增

摘 要：隨著我國高等教育規(guī)模的不斷擴大，各高校在計算機類實驗實訓(xùn)設(shè)備的場地和經(jīng)費投入上都明顯不足，嚴重制約了各工科類專業(yè)特別是計算機類專業(yè)教育質(zhì)量的提高。主要論述通過在計算機實訓(xùn)教學(xué)中引入虛擬機技術(shù)可有效地破解場地和設(shè)備不足的難題，為提高計算機類實訓(xùn)教學(xué)的質(zhì)量提供了新的輔助教學(xué)手段。

關(guān)鍵詞：虛擬機；實訓(xùn)教學(xué)；計算機；實訓(xùn)

如何在場地和經(jīng)費投入都得不到充分保障的情況下，更加有效地利用現(xiàn)有設(shè)備，通過不斷改進和完善實訓(xùn)教學(xué)方法、教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)出滿足社會需要的基本素質(zhì)好、應(yīng)用能力強和具有創(chuàng)新精神的專業(yè)人才已經(jīng)成為各高校教師面臨的重要課題。計算機實訓(xùn)教學(xué)中引入虛擬機（Virtual machine）技術(shù)將可在一定程度上解決這一難題。

1 利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實訓(xùn)教學(xué)實驗平臺技術(shù)的可行性

1.1 虛擬機工作原理

首先從技術(shù)層面來說，以虛擬機技術(shù)構(gòu)建實訓(xùn)課的實驗平臺是完全可行的。虛擬機是在某臺物理計算機上虛擬出來的獨立運行邏輯的軟件，通過虛擬機軟件創(chuàng)建，虛擬技術(shù)可以在現(xiàn)有的操作系統(tǒng)上實現(xiàn)獨立運行的子系統(tǒng)，可應(yīng)用自己獨立的硬件資源。虛擬機技術(shù)可以在主系統(tǒng)上建立多種同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計算機系統(tǒng)，全部系統(tǒng)可同時運行并相互切換，不需要重新啟動系統(tǒng)。這一系統(tǒng)同樣可以相互連接構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，所以虛擬機技術(shù)能構(gòu)建起一個虛擬的實驗室環(huán)境，大部分的計算機實訓(xùn)都可在虛擬機上執(zhí)行。

1.2 軟件技術(shù)

當前有多種虛擬機技術(shù)，包括Virtuozzo、Boch、ParallelsOpenVZ等，多種系統(tǒng)及技術(shù)為虛擬機的運行維護提供了可靠的保障，當前國內(nèi)和國際很多大型計算機公司都有相對成熟的技術(shù)，并具有各自的有點，所以，首先從軟件技術(shù)層面來說，利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實訓(xùn)課教學(xué)實驗平臺是完全可行的。VMware和VirtualPC是當前主要應(yīng)用的兩大虛擬機軟件，VMware在網(wǎng)絡(luò)支持和穩(wěn)定性上具有更大的優(yōu)勢，所以應(yīng)用較多，但VirtualPC在操作性上具有更大的優(yōu)勢，較適合一般企業(yè)及普通用戶使用，鑒于高校計算機實訓(xùn)課的特殊性，個人認為類似VMware的軟件系統(tǒng)更適合于教學(xué)使用。

2 硬件技術(shù)的可行性

2.1 硬件設(shè)備的可行性

從硬件系統(tǒng)上說，當前很多虛擬機的要求并不高，如VM-ware的基本要求配置為CPU主頻在266MHz以上，運行內(nèi)存在128MB以上，硬盤空間有600MB以上的空間。對于當前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高效計算機的配置來說，已經(jīng)遠遠高出這些要求。構(gòu)建多臺虛擬機的虛擬網(wǎng)絡(luò)除了在內(nèi)存上具有更高的要求外，在硬盤等方面并無過多的要求，所以完全可以對學(xué)校的計算機進行局部升級，對應(yīng)多種實驗內(nèi)容可交叉開展，節(jié)省了大量的資金、設(shè)備方面的投入。

2.2 管理維護及操作的可行性

教學(xué)活動中，對應(yīng)計算機系統(tǒng)的管理維護一直是學(xué)校工作的重點內(nèi)容之一，如維護管理不及時，很有能造成計算機系統(tǒng)

的癱瘓或設(shè)施的損害。虛擬機系統(tǒng)安裝方便快捷，同時各系統(tǒng)提供的管理工具可以允許終端用戶參與虛擬服務(wù)的重建、備份、遷移、災(zāi)難恢復(fù)等，降低了系統(tǒng)維護的成本和技術(shù)要求，所以，在運行維護上是完全可行的。

從應(yīng)用操作上說，一臺物理計算機能同時搭載多臺虛擬機及不同種類的操作系統(tǒng)，形成構(gòu)造復(fù)雜的局域網(wǎng)絡(luò)，在切換操作也只是對不同窗口的操作。利用虛擬機自身的suspend功能可保留操作現(xiàn)場，大型的實驗可分多次完成，方便學(xué)生的操作。所以，利用虛擬機技術(shù)構(gòu)建計算機實訓(xùn)課的教學(xué)實驗平臺是完全可行的。

3 實驗平臺的搭建

VMware是由IBM公司研制，可以構(gòu)建異構(gòu)的操作環(huán)境，與計算機實訓(xùn)課的授課要求相契合，所以構(gòu)造計算機實訓(xùn)課的實驗平臺可選用VMware系統(tǒng)。

VMware系統(tǒng)對于計算機的要求并不高，但為了保持系統(tǒng)的流暢性，最好采用雙核的CPU，內(nèi)存容量在512MG～1GB 之間，硬盤空間1GB就可以。如構(gòu)建多臺虛擬機并行的實驗環(huán)境可相應(yīng)調(diào)整內(nèi)存。安裝運行VMware系統(tǒng)，打開軟件，通過安裝向?qū)В陆ㄌ摂M計算機，設(shè)置獨立的硬盤配置、顯卡、驅(qū)動、網(wǎng)卡等。在創(chuàng)建過程中，用戶可選擇客戶機中的多種操作系統(tǒng)類型，如Windows、Linux、Novell、Sun Solaris等，根據(jù)教學(xué)需要可選擇不同的操作系統(tǒng)。或者可根據(jù)宿主機的配置系統(tǒng)自動生成與配置相適應(yīng)的配置。通過VM-Setting可對系統(tǒng)的運行參數(shù)進行修改，包括調(diào)整客戶機硬盤、內(nèi)存大小、添加或刪除硬盤等。在存儲方面，可直接復(fù)制客戶機的系統(tǒng)文件，通過FILEOPEN軟件進行加載。

在安裝完成后，可自動創(chuàng)建10個虛擬設(shè)備，可具有以太網(wǎng)交換機的作用。客戶機能對任意的虛擬以太網(wǎng)交換機接口進行連接。VMware系統(tǒng)自身提供三種虛擬網(wǎng)絡(luò)連接形式，分別是Bridged、NAT及Host-Only三種模式。Bridged模式可與VM-net0接口連接，通過Bridged連接，用戶可通過網(wǎng)橋直接與外部物理網(wǎng)路相連接，客戶機與宿主機處于同一網(wǎng)段內(nèi)，使用不同的IP地址；NAT模式可與VMnet8相連接，采用Network AddressTranslation技術(shù)，客戶機可通過宿主機間接連接外部網(wǎng)絡(luò)，使用同一IP地址；Host-Only模式與VMnet1相連接，客戶機遇外界隔離，不可連接外部網(wǎng)絡(luò)。

4 計算機實訓(xùn)課教學(xué)實驗平臺的運用

在進行實驗之前，教師可把VMware系統(tǒng)安裝在教師及學(xué)生的計算機中，然后安裝還原卡或軟件，避免了大量的維護工作。利用這一軟件，學(xué)生科學(xué)習(xí)硬盤分區(qū)、操作系統(tǒng)安裝、格式化操作等多種操作項目。如多操作系統(tǒng)安裝實驗，教師可任選一臺宿主機，利用Alcohol軟件在我的電腦中生成虛擬光驅(qū)，制作操作系統(tǒng)安裝光盤的鏡像文件，存入“操作系統(tǒng)鏡像”文件夾中。以本臺計算機作為發(fā)射平臺，采用硬盤管理系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)復(fù)制，快速生成計算機實驗平臺。學(xué)生啟動試驗機的VMware系統(tǒng)，并創(chuàng)建虛擬機，在虛擬光驅(qū)上載入操作鏡像系統(tǒng)。在虛擬機中雙擊光驅(qū)設(shè)備，按照安裝向?qū)У奶崾具M行虛擬硬盤的分區(qū)格式化，安裝操作系統(tǒng)。如需生成操作系統(tǒng)的多臺虛擬機，可在VMware系統(tǒng)中克隆，如需在計算機中創(chuàng)建不同的操作系統(tǒng)，可在我的電腦中選擇卸載鏡像，并再次載入不同的操作系統(tǒng)鏡像。

也可通過VMware系統(tǒng)建立局域網(wǎng)，進行不同類型的網(wǎng)絡(luò)實驗。如組建對等網(wǎng)絡(luò)、進行分級網(wǎng)絡(luò)實驗等。

5 結(jié)束語

利用虛擬機技術(shù)可以“擴建”現(xiàn)有的計算機房，創(chuàng)建多操作系統(tǒng)的實踐教學(xué)環(huán)境，承擔傳統(tǒng)的實踐教學(xué)平臺難以完成的實操訓(xùn)練任務(wù)。虛擬機技術(shù)在計算機實訓(xùn)教學(xué)中的深入應(yīng)用不但提高了教學(xué)效率，節(jié)省了經(jīng)費，更為提高教學(xué)質(zhì)量提供了新的輔助教學(xué)手段。

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