虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)維護(hù)課程中的應(yīng)用

韓友前

摘要：利用虛擬機(jī)技術(shù)解決《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》實(shí)驗(yàn)課在物理計(jì)算機(jī)上難以進(jìn)行的問題是目前常見做法，文章介紹了常見的虛擬化與虛擬機(jī)技術(shù)，重點(diǎn)介紹了虛擬機(jī)在《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》實(shí)驗(yàn)操作中的幾種典型應(yīng)用。針對(duì)許多學(xué)校在使用虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中采用優(yōu)盤或光盤啟動(dòng)到WinPE環(huán)境的做法，提出了一種在虛擬機(jī)中無須使用光盤或優(yōu)盤進(jìn)入WinPE環(huán)境的解決方案，實(shí)踐證明該方案使用效果良好，切實(shí)可行，減少了資源的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：虛擬化；虛擬機(jī)；計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)；預(yù)安裝環(huán)境；優(yōu)盤引導(dǎo)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）04-0106-03

Abstract：Using virtual machine technology to solve the problem of computer assembly and maintenance experiment class on the physical computer is a common practice. The article introduces the common virtualization and virtual machine technology， and focuses on several typical applications of the virtual machine in the "computer assembly and maintenance" experimental operation. In view of the practice that many schools use USB flash drive or CD-ROM to boot into the WinPE environment during the virtual machine experiment， proposes a solution for entering the WinPE environment without using CD-ROM or USB flash drive in the virtual machine. The effect is good， practical， and reduces the waste of resources.

Key words： virtualization；virtual machine；computer maintenance；WinPE；usb disk boot

隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，計(jì)算機(jī)給人們的生產(chǎn)和生活帶來便利的同時(shí)，其管理與維護(hù)工作也變得十分重要。為了滿足社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)維護(hù)人才的需求，許多職業(yè)院校計(jì)算機(jī)專業(yè)都開設(shè)了《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》這門課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)硬件的組裝調(diào)試、硬盤的分區(qū)與格式化、操作系統(tǒng)的安裝和維護(hù)以及計(jì)算機(jī)常見故障的判斷與排除等技能。該課程具有實(shí)用性、實(shí)踐性、技術(shù)性強(qiáng)、知識(shí)更新快的特點(diǎn)，注重學(xué)生動(dòng)手能力和操作技能的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)課占有較大比重。課程中很多實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都具有破壞性，例如硬盤的分區(qū)與格式化、BIOS參數(shù)的設(shè)置、操作系統(tǒng)的安裝、注冊(cè)表的修改等[1]。為了不破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)而影響機(jī)房的正常使用，許多學(xué)校上課時(shí)只注重理論知識(shí)的講解而很少讓學(xué)生上機(jī)操作。學(xué)生由于上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作較少，動(dòng)手能力得不到有效鍛煉，學(xué)習(xí)效果大打折扣，無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的。為了解決《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》這門課學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)的難題，可以引入虛擬機(jī)技術(shù)。使用虛擬機(jī)，既可以讓學(xué)生放心的完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作，又不用擔(dān)心物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被破壞的問題，可以說虛擬機(jī)是計(jì)算機(jī)維護(hù)課最理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)解決方案。

1 虛擬化與虛擬機(jī)技術(shù)

1.1虛擬化簡介

虛擬化（Hypervisor）一般是指通過某種方式隱藏底層的物理硬件，讓多個(gè)操作系統(tǒng)透明地共享使用底層物理硬件資源的一種技術(shù)。Hypervisor是在分層架構(gòu)中提供平臺(tái)虛擬化的層，是虛擬化技術(shù)的核心[2]。它是管理虛擬機(jī)的軟件平臺(tái)，其主要作用是可以讓多個(gè)操作系統(tǒng)共享硬件資源，協(xié)調(diào)硬件資源的訪問和對(duì)虛擬機(jī)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，不中斷地支持多個(gè)工作負(fù)載的遷移，因此Hypervisor又被稱為虛擬機(jī)監(jiān)視器（VMM，Virtual Machine Monitor）。

常見的X86虛擬化管理平臺(tái)主要有兩種架構(gòu)形式，一種是裸金屬（裸機(jī)）型（Bare-metal hypervisors），虛擬機(jī)直接運(yùn)行在物理硬件上，是一種基于內(nèi)核的虛擬機(jī)，裸金屬架構(gòu)模型如圖1所示。在裸金屬型虛擬化中Hypervisor可以看作一個(gè)專門為虛擬化而生的一個(gè)專業(yè)操作系統(tǒng)，它直接調(diào)用管理分配硬件資源而無須底層操作系統(tǒng)支持。常見的裸金屬架構(gòu)產(chǎn)品有VMware ESX Server、Microsoft Hyper-V 和 Citrix Xen Server。

另一種Hypervisor類型是宿主（托管）型（Hosted hypervisors）它是運(yùn)行在宿主機(jī)操作系統(tǒng)（Host OS）之上的一個(gè)應(yīng)用軟件，創(chuàng)建硬件的全仿真實(shí)例，宿主型架構(gòu)模型如圖2所示。宿主型Hypervisor創(chuàng)建若干個(gè)虛擬的硬件平臺(tái)，在這些虛擬的硬件平臺(tái)上可以安裝新的客戶操作系統(tǒng)（Guest OS）和應(yīng)用軟件，這些虛擬的硬件對(duì)Guest OS來說和真實(shí)的物理硬件是一樣的，這樣可以做到上層的操作系統(tǒng)和底層的操作系統(tǒng)無關(guān)聯(lián)性.例如 Host OS可以是Windows系統(tǒng)，而Guest OS可以是Linux系統(tǒng)。常見的VMware Player、Virtual PC和VirtualBox都是宿主型虛擬機(jī)軟件。

裸金屬架構(gòu)Hypervisor一般運(yùn)行在專業(yè)服務(wù)器上，其優(yōu)點(diǎn)是性能高，資源開銷小，運(yùn)行可靠性高，擴(kuò)展性好，其缺點(diǎn)是造價(jià)高，配置較復(fù)雜，對(duì)硬件兼容性要求較高。

宿主型架構(gòu)Hypervisor 一般安裝在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，其優(yōu)點(diǎn)是安裝使用簡單方便，硬件兼容性好，使用成本低廉。缺點(diǎn)是性能較差，消耗硬件資源大，可擴(kuò)展性不好，每個(gè)虛擬機(jī)需要單獨(dú)進(jìn)行管理。因?yàn)樗拗餍蚔MM使用簡單，成本低廉，對(duì)硬件兼容性好等特點(diǎn)，所以在個(gè)人計(jì)算機(jī)中有著較為廣泛的應(yīng)用。以下主要討論宿主型架構(gòu)虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)維護(hù)課程中的應(yīng)用。

1.2 虛擬機(jī)技術(shù)

虛擬機(jī)（Virtual Machine）是指通過特定的軟件在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建的若干個(gè)具有完整硬件邏輯結(jié)構(gòu)的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。每個(gè)虛擬出來的計(jì)算機(jī)像真實(shí)的物理計(jì)算機(jī)一樣具有自己獨(dú)立的硬件和操作系統(tǒng)[3]。虛擬軟件虛擬出的邏輯計(jì)算機(jī)只是宿主機(jī)上的幾個(gè)特定文件，虛擬機(jī)系統(tǒng)和宿主機(jī)之間可以做到完全隔離，對(duì)虛擬機(jī)的任何操作都不會(huì)破壞宿主機(jī)的數(shù)據(jù)完整性。因此虛擬機(jī)非常適合在《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》課中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作，而完全不用擔(dān)心破壞宿主機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

Windows系統(tǒng)上比較流行的宿主型虛擬機(jī)軟件主要有三個(gè)：一個(gè)是微軟公司的 Virtual PC，另一個(gè)是甲骨文公司的Virtual Box和VMware公司的VMware Workstation， Virtual PC和Virtual Box為免費(fèi)軟件，功能相對(duì)較少，設(shè)置和使用比較簡單，適合初學(xué)者使用。VMware Workstation功能強(qiáng)大，執(zhí)行效率高，兼容性好，運(yùn)行穩(wěn)定，是非常流行的虛擬機(jī)軟件，下文虛擬機(jī)都以VMware Workstation為例。VMware Workstation 又分為Workstation pro和Workstation Player兩個(gè)版本，Workstation pro是收費(fèi)軟件，功能最多，適合專業(yè)人員使用，而VMware Workstation Player則是免費(fèi)軟件，體積小巧，性能和VMware Workstation pro不相上下，只是減少了一些不常用的附加功能，適合普通用戶使用。

2 虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)維護(hù)課程中的具體應(yīng)用

2.1 BIOS參數(shù)設(shè)置

BIOS參數(shù)設(shè)置是計(jì)算機(jī)安裝維護(hù)中常用的操作，因?yàn)锽IOS里很多選項(xiàng)都是直接對(duì)硬件參數(shù)進(jìn)行配置，對(duì)初學(xué)者來說操作比較復(fù)雜，如果操作不當(dāng)則可能對(duì)計(jì)算機(jī)造成破壞，嚴(yán)重的則會(huì)造成計(jì)算機(jī)無法啟動(dòng)，所以多數(shù)情況下是不允許學(xué)生直接在物理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行BIOS參數(shù)設(shè)置的。而在虛擬機(jī)中則完全不用擔(dān)心由于BIOS設(shè)置不當(dāng)而引起計(jì)算機(jī)故障的問題。在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)根據(jù)屏幕底部提示按F2鍵，或者在開機(jī)前選擇菜單“虛擬機(jī)”-“電源”-“打開電源時(shí)進(jìn)入固件”選項(xiàng)，均可進(jìn)入BIOS設(shè)置界面。虛擬機(jī)中的BIOS界面設(shè)置和物理計(jì)算機(jī)非常相似，只是可設(shè)置的參數(shù)項(xiàng)目相對(duì)較少，在VMware虛擬機(jī)BIOS中可以設(shè)置啟動(dòng)引導(dǎo)順序、BIOS用戶密碼、系統(tǒng)日期時(shí)間等參數(shù)。

2.2 硬盤的分區(qū)與格式化

對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)和格式化是計(jì)算機(jī)維護(hù)中常用的操作，是計(jì)算機(jī)維護(hù)課中一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一塊新的硬盤只有經(jīng)過分區(qū)格式化后才能進(jìn)行操作系統(tǒng)的安裝和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。由于此操作會(huì)破壞計(jì)算機(jī)中的所有數(shù)據(jù)，影響機(jī)房正常教學(xué)的使用，所以一般不會(huì)讓學(xué)生直接在機(jī)房的物理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分區(qū)操作。對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)和格式化完全可以在虛擬機(jī)中進(jìn)行，其操作過程和真實(shí)物理計(jì)算機(jī)中完全一樣。

在計(jì)算機(jī)維護(hù)實(shí)踐中對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)格式化、操作系統(tǒng)安裝以及系統(tǒng)備份還原等維護(hù)操作一般都是在WinPE（Windows預(yù)安裝環(huán)境，Windows Preinstallation Environment） 環(huán)境下進(jìn)行的，而要進(jìn)入WinPE環(huán)境則需要使用可啟動(dòng)光盤或U盤進(jìn)行引導(dǎo)。由于目前計(jì)算機(jī)已經(jīng)很少配置光驅(qū)了，所以現(xiàn)在基本都是用優(yōu)盤來引導(dǎo)進(jìn)入WinPE環(huán)境的。如果實(shí)驗(yàn)時(shí)在虛擬機(jī)中使用優(yōu)盤來引導(dǎo)進(jìn)入WinPE環(huán)境，則需要購買大量優(yōu)盤，而且有些優(yōu)盤多次使用后會(huì)變得不穩(wěn)定。用優(yōu)盤啟動(dòng)盤制作工具生成光盤鏡像來引導(dǎo)啟動(dòng)可以很好地解決這個(gè)問題，并且通過這種光盤鏡像引導(dǎo)啟動(dòng)的WinPE桌面環(huán)境和使用優(yōu)盤引導(dǎo)啟動(dòng)的環(huán)境完全一致，以后學(xué)生在真實(shí)的計(jì)算機(jī)上用優(yōu)盤啟動(dòng)時(shí)就能很快熟悉WinPE環(huán)境了。用優(yōu)盤啟動(dòng)盤制作工具生成光盤鏡像來引導(dǎo)啟動(dòng)虛擬機(jī)到WinPE環(huán)境主要操作步驟如下：

1） 在物理計(jì)算機(jī)上下載并安裝任意一種優(yōu)盤啟動(dòng)盤制作工具，這里以“U深度UEFI版”為例。

2） 在軟件主界面上方“模式選擇”里點(diǎn)擊 “ISO模式”，點(diǎn)擊“生成ISO”并保存在硬盤中。如圖3所示：

3） 打開虛擬機(jī)，在硬件設(shè)置里設(shè)置光驅(qū)CD/DVD使用ISO映像文件為上一步生成的USD.ISO光盤鏡像文件，在虛擬機(jī)BIOS里設(shè)置CD-ROM Drive為第一啟動(dòng)順序。

4） 開啟虛擬機(jī)后通過光盤鏡像引導(dǎo)系統(tǒng)啟動(dòng)到WinPE環(huán)境，進(jìn)入WinPE環(huán)境后，就可以使用DiskGenius分區(qū)工具或傲梅分區(qū)助手進(jìn)行分區(qū)練習(xí)了。對(duì)于剛接觸分區(qū)的初學(xué)者，不建議使用快速分區(qū)功能，這樣不利于分區(qū)步驟的理解和掌握。用這種方法啟動(dòng)虛擬機(jī)到WinPE環(huán)境，不但不需要購買光盤或優(yōu)盤，而且操作界面和使用啟動(dòng)光盤或優(yōu)盤引導(dǎo)的WinPE環(huán)境界面完全一樣。

2.3 操作系統(tǒng)安裝

一臺(tái)計(jì)算機(jī)只有安裝操作系統(tǒng)才能正常運(yùn)行，操作系統(tǒng)安裝也是計(jì)算機(jī)維護(hù)人員必須掌握的一項(xiàng)基本技能。Windows操作系統(tǒng)安裝分為原版系統(tǒng)安裝和GHOST系統(tǒng)安裝，初學(xué)者最好從原版系統(tǒng)安裝開始練習(xí)。首先在宿主機(jī)上下載原版操作系統(tǒng)光盤鏡像文件，設(shè)置虛擬機(jī)光驅(qū)為使用ISO文件，瀏覽并選擇ISO文件為下載好的系統(tǒng)光盤鏡像文件，然后再設(shè)置光盤為第一啟動(dòng)設(shè)備，啟動(dòng)虛擬機(jī)就可以像真實(shí)計(jì)算機(jī)一樣進(jìn)行系統(tǒng)安裝了。

2.4 系統(tǒng)的備份與還原

由于Windows系統(tǒng)容易受到病毒攻擊或使用久了變得不穩(wěn)定，因此通常在剛裝好系統(tǒng)和常用軟件時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份操作。Windows系統(tǒng)中備份軟件有好多，常見的有GHOST（通用硬件導(dǎo)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，General Hardware Oriented System Transfer），易數(shù)一鍵還原、傲梅輕松備份以及Windows操作系統(tǒng)自帶的備份還原工具等，其中GHOST是最常用也是最經(jīng)典的系統(tǒng)備份還原軟件，多數(shù)一鍵還原軟件都是基于GHOST軟件開發(fā)的。GHOST軟件需要在WinPE或DOS環(huán)境下運(yùn)行，若要在虛擬機(jī)中進(jìn)行手動(dòng)GHSOT操作練習(xí)，同樣可以使用優(yōu)盤啟動(dòng)盤制作工具生成的USD.ISO光盤鏡像文件引導(dǎo)到WinPE環(huán)境下進(jìn)行。

3 結(jié)束語

利用虛擬機(jī)可以方便地完成《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》課程中的各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其使用體驗(yàn)和真實(shí)計(jì)算機(jī)一樣，并且對(duì)宿主機(jī)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性沒有任何不良影響。在虛擬機(jī)中利用優(yōu)盤啟動(dòng)盤制作工具生成光盤鏡像來引導(dǎo)進(jìn)入WinPE環(huán)境和使用優(yōu)盤啟動(dòng)的環(huán)境完全一致，節(jié)約了資源，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，值得推廣應(yīng)用。

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