虛擬化技術在計算機組裝與維護項目中的應用研究

宋志遠

(武昌工學院人工智能學院,湖北武漢 430070)

隨著計算機技術的普及,計算機相關設備在日常工作生活中應用非常普遍,計算機組裝與維護課程是我院的專業基礎課,我院專業學生必須掌握的基本技能。這門實踐課程是筆者所在單位針對計算機及其相關專業開設的以實踐為主的項目式實驗,本實踐課程是從事計算機硬件設備組裝與維護、計算機設備采購與管理、計算機設備技術服務等職業崗位的重要技能操作課程。該實驗項目主要培養對計算機系統硬件和外設的認知能力,強化學生對計算機基礎知識的理解。通過該實踐項目的學習,為今后熟練解決使用計算機設備遇到的各種問題,及為后面課程如計算機組成原理、計算機網絡打下牢固的知識基礎[1]。我校有計算機組裝與維護實驗室可以開展實踐項目的學習和實驗;首先,由于計算機硬件更新速度過快,根據摩爾定律,計算機硬件設備更新時間不超過兩年,而使用的大多數是學院淘汰下來的計算機,大部分設備硬件使用時間較長,并不是主流市場硬件,所以在學習中針對性較弱;實踐課程應該具有內容貼近前沿技術、應用能力要求高、緊貼市場的特點;其次,絕大多數同學在進行該實踐課程項目學習之前很少有過自行解決計算機硬件拆裝及處理故障的經歷,甚至不能完整說清楚計算機主機里有哪些硬件,硬件的組成結構。計算機主機內部硬件如主板、硬盤、C P U等精密電子元件,在直接進行硬件拆裝的過程中很容易損壞這些硬件,這樣硬件設備損壞情況會越來越多,能夠滿足使用的設備數量就會減少,不能符合實驗要求的設備在無奈地反復維修使用。最后,由于實驗條件有限,很難進行分層次分類別的進行實操項目訓練[2];導致正常實踐教學過程中遇到了很多了問題,所以,這門課程采用虛擬仿真技術輔助的教學方法改革勢在必行。

1 VMware虛擬化技術產品介紹

虛擬化技術的成熟讓許多項目得以實現,豐富的場景技術能夠通過虛擬感知的方式來實現環境的建設,而交互設備的應用也讓虛擬感受更加真實,廣泛的應用于計算機各個領域,在計算機組裝與維護實踐過程中使用虛擬化技術是非常合適的。VMware(威睿) 是全球桌面到數據中心虛擬化解決方案的領導廠商。客戶依靠VMware來降低成本和運營費用、確保業務持續性、加強安全性。VMware第一大產品為:VMware Workstation虛擬機是一個在Windows或Linux計算機上運行的應用程序,它可以模擬一個基于x86的標準PC環境。這個環境和真實的計算機一樣,都有芯片組、CPU、內存、顯卡、聲卡、網卡、軟驅、硬盤、光驅、串口、并口、USB控制器、SCSI控制器等設備,提供這個應用程序的窗口就是虛擬機的顯示器。在使用上,這臺虛擬機和真正的物理主機沒有太大的區別,都需要分區、格式化、安裝操作系統、安裝應用程序和軟件。第二大產品,安裝在服務器的VMware ESXi,它們都主要提供虛擬機(虛擬計算機的簡稱)的功能,提供相對一致的用戶使用體驗,用戶使用難度不高。

2 課程具體改革方法

通過在課程實踐過程依據中發現的問題和實驗現有的條件,提出改革的措施如下:

(1)計算機組裝第一部分硬件實驗,為了更好加深同學們對計算機硬件系統的整體認知和提升組裝計算機的能力,我們主要采用依托實驗室設備將主機中的硬件一件件拆下來,分開講解其作用、參數、市場行情和市場價格;這部分相關實驗還包括常見計算機硬件故障和維護的處理方法,比如主機長聲和短聲報警,藍屏、黑屏等現象處理措施[3];也可以通過虛擬仿真的技術采用虛擬構造的硬件在當前環境下進行計算機的虛擬組裝,那么該硬件可以使用市場主流硬件,比如;固態硬盤SSD和M2等。

(2)計算機組裝第二部分系統軟件和應用軟件安裝實驗,在學生端電腦安裝Workstation和ESXi軟件產品,操作虛擬機的方式進行這一部分實驗,主要內容包含BIOS或UEFI啟動項設置、硬盤分區的方法、操作系統下載安裝、驅動程序、殺毒軟件及office等常用軟件的安裝。實驗過程通過操作安裝在學生端中的虛擬環境,可以模擬系統軟件實驗中的大部分內容,在虛擬機中去嘗試并理解不同類型的操作系統的安裝(例如:Windows和Linux操作系統)。當同學們在虛擬機中熟練操作之后,然后在實體計算機中進行安裝。這種方法既加強了學生對理論知識的理解并且擴充了眼界,體驗了個人計算機和服務器、工作站中操作系統的安裝,并且可以保護實驗計算機系統,將降低因誤操作而導致的系統損壞,更加符合課程的定位,為以后走上工作崗位樹立信心。

(3)我們在上課之前可以對新生計算機基礎水平進行摸底,大致分為三種類型。第一種是理論基礎較為薄弱的學生,我們需要對其提供更多基礎知識的灌輸,使他們能夠盡快理解實驗項目。第二種具備計算機基礎知識但是動手能力較弱的學生,那么教師按正常的計劃開展教學內容,這樣的同學占絕大多數。第三類型為具備一定實踐經驗的學生。這類型學生在之前就有過實踐內容的接觸或者學習,基本掌握了大部分實驗內容方面的知識,對相關擴展內容有很大的興趣。老師可以通過Workstation和ESXi提供的豐富功能,給他們提供更深層次內容的學習。比如說對操作系統而言,除了要學會安裝常見的W i ndows操作系統外,可以帶著他們嘗試安裝常見的Linux操作系統(服務器端)和Mac OS系統[4]。

3 虛擬化技術的具體應用

3.1 硬件組裝的虛擬操作

在虛擬機上去新建和配置各種硬件的過程與實體機相似,虛擬機里把各種硬件及cmos參數設置完整,通常需要設置主板、CPU、內存、硬盤、網絡、顯卡等型號及參數[5]。和實體組裝計算機主要區別是:真正的計算機還需要考慮各類硬件相互之間的兼容性問題,例如內存條和主板存在兼容性問題。通過虛擬機的操作,學生可以掌握計算機主要由哪些硬件組成,市場主流硬件之間的搭配情況,再實際動手組裝真實的計算機。

3.2 主板BIOS和UEFI BIOS的區別

目前UEFI越來越普及,而實驗室中實驗臺式機都是BIOS啟動,沒有市場主流的主板UEFI啟動設置,所以單純用實驗機就會與現實情況脫軌,使用較久的計算機設備大多是BIOS,legacy+MBR模式安裝系統,設置界面(如圖1所示),主流新計算機設備大多都是UEFI BIOS,一般只能用UEFI+GPT模式安裝系統(有些有legacy的兼容模式),設置界面(如圖2所示)。

圖1 傳統BIOS設置界面Fig.1 Traditional BIOS setting interface

圖2 UEFI設置界面Fig.2 UEFI setting interface

虛擬機在配置完成后都會有BIOS或UEFI,那么虛擬機的BIOS或UEFI和真實的主板提供的大多數功能一致,并且兩種啟動方式可以在虛擬機中自由切換。通過操作虛擬機可以讓同學更加理解兩種啟動方式設置的區別,更好的應對各種類型主板的操作系統的安裝方法[6]。

3.3 虛擬環境下安裝操作系統

系統軟件的安裝時該實踐課程中的重點。可以通過虛擬機體驗多種不同類型的操作系統的安裝方式及運行效果,如Windows、Linux以及Mac Os。

3.4 計算機的常見故障和維護方法實操訓練

從計算機常見的故障種類繁多,教學過程中不可能一一闡述清楚。我們在進行故障處理這個實踐項目中,經常會先講故障發生的原因及顯示結果和處理方法,然后對這些常見的故障進行分類匯總,然后從這些故障中挑選一些案例,教師在開課前自行設置些故障來給同學們進行演示和講解;

在現實中同一種顯示故障情況究其原因可能有多種多樣的,教師只能通過自己的工作經驗去設置,很多種故障的種類不會都能夠出現,而且也不一定是同學們遇到過的故障類型;

因此,學生動手解決故障是我們這個實踐項目里面的難點[7]。我們提前通過計算機虛擬環境下設置5～8個軟硬件故障,通過學生分組對故障原因進行分析及解決故障如操作系統啟動文件損壞、開機自檢報錯、藍屏、黑屏、內存報警以及網絡IP地址沖突或者設置錯誤等。虛擬機上設置多種故障的辦法,既可以讓學生更多接觸和處理計算機的故障,而且能減輕教師在設置故障及講解的難度。

4 總結

虛擬化技術在計算機組裝與維護實踐項目上的應用,可以解決大部分在實踐過程中存在的缺少實驗設備、設備損壞率高以及很難開展分層次的個性化等問題。通過近學期學生的課后反饋,在計算機硬件處理故障的能力和操作系統的安裝等方面有了顯著的提高并且更適應目前市場主流設備的維護能力,更加可以符合計算機設備技術服務等職業崗位需求,當然目前還存在很多不足的地方,需要繼續研究創新關于計算機組裝與維護實踐課程改革的方法,將更多該課程的創新技術和創新途徑應用于課程改革當中,提升課程質量,實現技術型大學為目標,培養更多符合社會崗位需求的人才。