淺析虛擬機技術在計算機硬件與軟件課程教學中的應用

于潔

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.207

摘 要：筆者在文中對各中高院校的計算機專業教學以及實驗的現狀進行討論，同時也對虛擬機技術以及虛擬機軟件的特點，對在計算機硬件與軟件課程中虛擬機技術運用在教學與實驗課程當中的優點進行著重介紹，以供相關教師以及從業人員進行學習與參考。

關鍵詞：虛擬機技術 計算機硬件與軟件課程 教學 應用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0207-02

隨著各中高院校常年擴招，給計算機專業的教學發展帶來很好的機會，但由于計算機專業投入的硬件設備與資金份額逐年加大，從而造成多數院校在計算計專業教學過程中出現硬件設備不足的困難，給正常教學帶來很多負面影響與限制。因此我們要對教學現狀進行改革，必須要對現有的教學設備進行利用，通過虛擬機技術（Virtual Machine，VM）來對教學環境進行改善，從而有效地解決上述問題。

1 什么是虛擬機

虛擬機的主要功能就是通過功能軟件將一臺真實計算機的軟件環境劃分為若干獨立小區間，同時每個區間可以依照需要通過軟件模擬出一臺完整的計算機的技術，我們稱之為虛擬機技術，而模擬出來的計算機我們稱之為虛擬機。而虛擬機包括兩種模式：一種是純軟件形式的虛擬機；另一種是通過硬件的輔助形式來進行的虛擬機。目前廣泛運用的就是第一種純軟件形式的虛擬機；另一種虛擬機是今后虛擬機的發展趨向。虛擬機技術的實際構架是通過某個中間層來對計算機硬件與軟件資源的管控與調配，來將資源最大化進行利用。而對電腦進行虛擬化分區可以讓一臺電腦可以同時運行多種或是多類型的操作系統，在業務以及工作上提供極大的便利。

2 虛擬機軟件及特點

虛擬技術出現的時間不長，因而在技術層面上仍然需要一定的時間去完善，同時受到計算機硬件上的限制（比如CPU技術以及硬盤容量還有內存空間等），虛擬機軟件近年來才得到廣大用戶的認可。而現階段市場上主流的虛擬軟件包括：微軟的Virtual PC以及Virtual Server和VMware公司的WMware Workstation與VMware Server等。Virtual系列的軟件運行環境為Windows與MasOS，其支持的操作系統為Mac與Linux2.4或2.6版本以及微軟的Windows。在常見的X86保護模式里使用VMware客戶操作系統可以直接進行操作，相對便捷。在實際的計算機硬件與軟件課程教學中虛擬機有優越的性能與高度真實的教學環境，因而在多數教學中運用，而我們采用哪一種虛擬機軟件則取決于操作習慣與實際的需求。

虛擬軟件具備以下幾個特征：第一，所有虛擬機都具備VM控制模塊，其主要功能是對VM進行控制，比如VM的調度優先順序與VM寄存器內容的復制等。第二，具有獨立的虛擬硬件設施。比如內存，硬盤，顯卡等設備，同時I/O（輸入輸出）端口也受系統保護，所有虛擬機都能調用計算機系統資源。第三，系統分配給每個虛擬機都有獨立的內存與地址空間從而互不影響。第四，同臺主機里可以有多個虛擬機并且每個虛擬機可以安裝不同的操作系統。第五，我們在虛擬機內將操作系統裝入主機硬盤所虛擬出的文件里，因而無需分區，也不會造成對數據的破壞。第六，具備硬件無關聯性，我們在主機系統上虛擬的硬件數據是統一的，無需考慮硬件不同，因此也不會對硬件進行破壞。第七，在主機系統里可以任意修改虛擬機的系統參數與配置參數（比如主機名稱以及硬盤容量與內存大小，相關的外設參數等）。

3 虛擬機技術在計算機硬件與軟件課程教學中的應用內容

（1）計算機硬件與軟件課程中的實踐性課程內容包括：第一，計算機的BIOS（Basic Input Output System）設置，主要的功能就是對計算機進行最底層、最直接的硬件設置與控制。第二，就是對于硬盤的分區與格式化操作。第三，對不同操作系統的安裝及其配置。第四，各種應用軟件的安裝與卸載。第五，對操作系統進行數據備份與恢復。由于本課程操作性比較強，往往所對應用的學生是剛進學校的新生，教師在進行教學活動的時候需將教學的內容通過實際演示操作的方式對學生進行展示，同時在實踐上讓學生參與動手操作。

（2）一般在多媒體教學過程中，電腦的操作系統通常安裝的是Windows2000的操作系統與常用軟件，不可進行參數與配置修改。而我們能通過虛擬機軟件就能夠解決上述問題。通過對計算機軟硬件的應用與探索后概括出虛擬機軟件，在課程教學中有以下幾點優勢：第一，在物理計算機上進行BIOS的設置過程是無法映射到多媒體投影儀上進行展示的，而且計算機管理員也不會允許教師進入或是修改BIOS設置，而虛擬機可以順利解決這些問題。第二，物理計算機不會允許教師對硬盤進行分區或格式化操作，從而造成教師無法在多媒體上演示DOS下的FORMAT和FDISK等命令集。第三，在物理計算機上不允許教師擅自安裝其他類型的操作系統以及應用軟件或程序，而使用虛擬機則不會受到限制與影響，同時還能進行對系統參數與配置的修改。第四，教師在使用Ghost克隆軟件進行系統備份以及系統復原操作的時候，多媒體投影儀也是無法進行投影的，而使用虛擬機就可以很順利地解決這個問題。第五，構架網絡環境。一臺主機與多個虛擬主機進行聯網構架就能形成一個局域網，使課堂教學過程中使用網絡環境的目標得以實現。第六，VMware Workstation不單單只是一個虛擬機軟件，同時也是一款十分優秀的屏幕錄像或是截圖軟件。教師在進行課件準備時，通過VMware Workstation軟件的視頻錄入功能與抓圖功能可以做出很好的多媒體課件，間接地提升教學效率與學生的課堂活躍度。

（3）在實驗環節中要合理運用虛擬機軟件構架計算機硬件與軟件的課程平臺是因為：第一，教學成本上的節約。由于虛擬機軟件的功能強大，足夠為教師的教學與學生的實踐及互動提供幫助，從而用較少的投資達到最好的效果。第二，管理上便捷。虛擬機技術可以極大地降低管理成本，同時也比較方便。傳統的課堂實踐（Windows 2000和Windows XP以及Windows 2003Server，還有Linux與Unix及MacOS等操作系統）是在同一計算機內裝入多個操作系統就足夠實驗操作的需要。但因為實驗需要修改系統參數后重啟電腦，無法如同網吧或是公用機房那樣裝入還原卡，以致經常引起系統崩潰，因此機房管理員要投入大量時間精力來對系統進行維護。而使用虛擬機軟件后以上問題可以輕松解決。只需一個HostOS系統及虛擬機軟件，然后再依實驗需求安裝其他系統，而且不必擔心崩潰及維護。第三，獨立性強。這一點可以對學生的實踐能力進行檢查。虛擬機可以讓所有學生擁有獨立的實驗環境，而使用傳統實驗方式就比較不好，第一個學生設置正確，后面的學生就可以坐享其成，不利于考試的公正性與全面性。而采用虛擬機軟件后可以在主機內安裝同個操作系統的多個版本從而讓所有學生都有獨立的GuestOS，從而準確地考查出學生的實際動手操作能力。

4 結語

筆者經過多年的教學實踐，總結出使用虛擬機軟件技術所構架的實驗與教學平臺不但可以節約大量資金的投入，還可以順利解決實驗上硬件設備的不足并且挖掘出設備的潛力，而且極大減少了機房實驗管理員的工作量與工作時間，為教師與學生的課堂教學與課程實踐提供了極大的方便，也增強了學生的學習主動性與積極性。虛擬機技術的運用為課堂教學與實驗提供一個高度真實的環境，除去硬件外設的物理聯接，在真實電腦上可完成的實驗在虛擬機上也能夠完成而且實驗過程與結果不受影響，完全能夠滿足計算機硬件與軟件課程上的應用要求。

參考文獻

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