虛擬化技術在高職計算機實驗中的應用

夏裕民

摘要：近年來，國家大力支持職業教育的發展，招生數量的增多導致高職院校教育設施嚴重不足。本文分析了高職院校當前計算機實驗教學中存在的問題，提出了使用虛擬化技術來解決具體實驗環境中遇到的各種難題，并介紹了基于VMware Workstation技術的虛擬機在計算機操作系統、計算機網絡、計算機群集實驗教學的應用，最后還簡單介紹了基于桌面虛擬化技術（VDI）的計算機實驗教學的應用。

關鍵詞：計算機實驗；虛擬化技術；虛擬機；VMware Workstation

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）44-0250-02

近幾年來，國家大力扶持職業教育的發展，越來越多的高職院校也受到了更高的關注。高職院校相比其他高等教育院校，更加注重的是對學生專業技能的培養，使他們畢業后能夠擁有一技之長，很快地適應這個競爭激烈的社會，高的就業率給他們帶來了豐厚的生源，招生數目也逐年上升。學生入學率增加了，但配套的教學設備卻遠遠跟不上學生增長的速度，各種教學設備已經無法滿足學生正常的日常需求。計算機學科應用廣泛，社會需求大，成為眾多學子在選擇專業時的第一選擇。同時計算機實踐性極強，不是一門通過口傳就可以學會的學科，它需要大量的動手實驗，親身操作，因此對計算機設備的需求極高。想要完成計算機學科的教學目標，實驗是不可或缺的一個重要環節。計算機實驗教學可以鞏固學生上課所學的理論知識，并且提高自己的動手能力和解決問題的能力。

一、當前計算機實驗教學存在的一些問題

（一）硬件資源不足

學校中的計算機大多是分批采購的，現在計算機技術發展十分迅速，這種電子類產品更新速度特別快，再加上學校采購數目一般較多，各種型號的不同，軟硬件配置的差異，管理上十分復雜。原有的計算機設備很難滿足現在實驗的需求，效率低下。由于高職院校資金不夠充分，沒有足夠的能力去大量采用先進的設備，導致計算機實驗教學設備比較缺乏，不能滿足每個學生的正常實驗需求。在計算機網絡教學過程中，要求學生能夠獨立進行局域網的組建、網絡IP配置、遠程訪問、路由配置等實驗。這些教學內容需要多臺計算機才能實現。硬件資源的匱乏直接導致教師在課堂上列出這些配置所需要的指令，無法讓學生親身體驗，沒有實踐過的知識也很容易被遺忘，教學效果特別差。這樣的教學模式根本不符合高職院校的教學理念，培養出的學生也很難達到社會的要求。

（二）實驗環境要求較高

高職院校的計算機教學模式大多是在現有的硬件設施上進行實驗研究，對軟件的重視度還不夠，但計算機學科更多的是對各種軟件的操作。對計算機系統進行重裝系統這是每個學計算機學生應具備的最基本的技能。在這個過程中，數據備份、格式化、磁盤分區等都是必須掌握的技能。但這項教學任務對于教師來講卻是較難完成的。上課口授與學生親自實驗操作還是有差距的，由于這項教學任務一旦操作不當便很有可能會對計算機的硬件造成破壞性的傷害，這樣給教師和學校都帶來了不小的困擾。Windows服務器維護與管理中的RAID（redundant array of independent disks）技術實驗需要較高配置的計算機設備完成，但是由于現有機房高配置設備較少，而學生又太多，很難做到讓每個學生都能親身體會，于是很多高職院校的教師選擇課堂教學課件進行演示教學。這樣的教學方法省時省力，但教學效果差，無法發現更多隱藏的問題。

（三）對計算機硬件設置保護

網絡環境復雜多變，各種木馬、黑客橫行，為了保護高職院校現有的計算機設備和方便管理人員對機房設備的管理，很多學校都進行了計算機設備的保護。機房的電腦參差不齊，很多軟件早已更新換代，以前老版軟件根本不能滿足現有的教學需求，但由于實驗室管理軟件的限制，對計算機硬盤加了保護卡，很多學習軟件無法進行更新，這樣給學生造成了很大困擾，無法正常進行實踐學習。一些學校還為電腦的BIOS設置密碼，學生根本無法進入。那學習BIOS配置時，只能看教師進行操作，憑空分析，達不到預定的教學目標。這樣的話，即使每節實驗課正常進行，但由于設備滿足不了學生的需求，也會嚴重影響學生的上課積極性，無法培養學生的動手實踐能力。

二、虛擬化技術與虛擬機

計算機技術中的虛擬化技術將計算機的各種實體資源進行有效的管理，服務器、網絡、內存及存儲器等資源進行封裝、抽象化、轉換，打破各種物理單元間的障礙，使各種資源運行透明，屏蔽軟硬件之間的差異。虛擬化技術可以將計算機的物理硬件設備與操作系統相分離，實現資源利用率的最大化。

虛擬機是計算機虛擬化技術成功應用的實例。虛擬機指的是物理計算機通過虛擬化技術可以同時搭載多個操作系統，可以模仿真實計算機進行工作。虛擬機與現實中的計算機沒有太大差別，同樣可以進行安裝系統、磁盤分區、數據備份等操作，并且可以把自身的多個操作系統集中為一個計算機網絡系統。虛擬機允許我們模擬CPU、硬盤、內存、網卡等一系列的硬件設備，并且可以根據實驗的需求對他們進行配置。由于這些操作都是在一個虛擬的軟件系統中進行的，因此不會對物理計算機帶來傷害。目前應用較為廣泛的虛擬機軟件有Microsoft公司開發的Virtual PC以及VMware公司開發的VMware Workstation以及XEN等。這些虛擬機軟件都可以在現有的計算機Windows系統中進行應用，并且可以同時虛擬多臺計算機。PC虛擬機上安裝的多個虛擬系統在進行切換時需要重新啟動計算機，并且同一時刻只允許一個操作系統運行，因此我們一般都采用VMware Workstation虛擬機軟件。VMware Workstation軟件可以對服務器資源進行邏輯切分，創造一個統一的虛擬機運行環境，可以同時對多個操作系統進行隔離運行，在運行時對應用程序進行封裝保存，在運行時可以對多個硬件平臺和操作系統進行自由切換，無需關機重啟。

三、虛擬化技術在高職計算機實驗中的應用

（一）基于VMware Workstation虛擬機的計算機群集實驗教學

上世紀70年代以來，并行計算機開始進入計算機實驗室，大大提升了計算機的計算速度。到2009年，我國天河一號計算機系統的計算速度已達千萬億次數量級，并行計算機未來發展前景廣闊，需求大量的技術人才。由于并行計算課程實驗需要價格昂貴的并行機，高職院校資金有限，因此很多院校對計算機集群實驗課程只能放棄開設。經實驗，基于VMware Workstation的虛擬機系統可以模擬出虛擬的并行環境，并且得出的并行程序是真實有效的。通過安裝虛擬機軟件，在虛擬網絡環境中創建模擬的并行計算機，將并行計算機進行接口共享、集群環境配置，即可模擬真實并行計算機環境。虛擬機技術成功解決了我國高職院校中并行機數量不足的大問題，將會為我國并行計算提供大批的技術人才。

（二）基于桌面虛擬化技術（VDI）的計算機實驗教學

桌面虛擬化技術指的是將計算機桌面進行虛擬化，由后臺中心服務器運行該計算機的操作系統。用戶通過登錄中心服務器，將本地客戶端與虛擬桌面進行鏈接，通過訪問中心服務器提供的虛擬界面進行實際操作。桌面虛擬化技術與訪問本地界面沒有任何差異。高職院校教師及學生在進行軟件實驗課程中，可以對各種程序進行調試，任意調用軟件，因為是在中心服務器進行處理，虛擬桌面與本地計算機硬盤是分離的，不會造成本地計算機系統崩潰，更不會在程序運行中發生死機狀況。這樣的虛擬機技術管理方便，大幅降低了設備成本，工作高效，節約能源。

四、結語

綜上所述，現階段的高職院校計算機網絡實驗教學中仍然存在不少問題。虛擬機的應用，成功解決了高職院校硬件資源不足的問題，并且可以讓學生自主發揮，充分鍛煉了學生的動手實踐能力。在虛擬實驗環境中，學生可以任意對計算機軟硬件進行配置，既降低了實驗成本，又加深了學生對計算機理論知識的理解，增強了學生的動手實踐能力。

參考文獻：

[1]馬冬俠.談VMware虛擬機在計算機網絡操作系統教學中的應用[J].電子制作，2014，（17）：117.

[2]唐學軍.虛擬化技術在計算機實驗教學中的應用[J].佳木斯教育學院學報，2013，（09）：163-165.