VMware虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

姜曉武

摘要：虛擬化技術(shù)是21世紀(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)。作為虛擬化技術(shù)的佼佼者，VMware技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的意義。VMware技術(shù)不僅可以提高學(xué)生實(shí)訓(xùn)操作的效率，促進(jìn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的搭建和管理，提高實(shí)訓(xùn)安全性，提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，降低實(shí)訓(xùn)教學(xué)成本，還可以培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：虛擬化；VMware；實(shí)訓(xùn)教學(xué)

一、虛擬化技術(shù)的基本原理

隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，VMware技術(shù)作為虛擬化技術(shù)的領(lǐng)先者，在高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中得到了大量應(yīng)用。在教學(xué)中，VMware技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)在宿主操作系統(tǒng)上安裝虛擬化平臺(tái)軟件VMware Workstation，并在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)。虛擬機(jī)是指基于物理計(jì)算機(jī)的軟件模擬，而且每個(gè)虛擬機(jī)都可以視作一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，它有自己的虛擬處理器、虛擬內(nèi)存、虛擬硬盤、虛擬網(wǎng)卡等硬件資源，也擁有獨(dú)立的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序，虛擬機(jī)與虛擬機(jī)之間也可以擁有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)連接方式[1]。

下面將以Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程為例，對(duì)VMware虛擬機(jī)技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的研究與應(yīng)用做一個(gè)較為詳細(xì)的闡述。

二、虛擬化技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

（一）方便實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建和管理

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以方便實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建和管理。VMware技術(shù)的優(yōu)勢(shì)首先在于它可以方便地創(chuàng)建、復(fù)制和刪除虛擬機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)快速搭建和管理實(shí)驗(yàn)環(huán)境。教師可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)定不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，比如，硬盤大小、內(nèi)存大小、核心數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)連接方式、IP地址等都可以進(jìn)行精確設(shè)置，避免了實(shí)驗(yàn)環(huán)境的沖突和資源浪費(fèi)。而且搭建好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以通過(guò)復(fù)制的方式共享給學(xué)生，學(xué)生免去了安裝和搭建環(huán)境的煩瑣前奏，可以快速地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開始學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。

此外，還可以通過(guò)克隆功能，在本地復(fù)制多份相同的操作系統(tǒng)環(huán)境，來(lái)進(jìn)行多臺(tái)設(shè)備之間相互協(xié)調(diào)、相互驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，只需要給不同的虛擬機(jī)修改一下計(jì)算機(jī)名及IP地址即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

（二）提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效率

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效率。以往在進(jìn)行Windows Server操作系統(tǒng)相關(guān)課程時(shí)，因?yàn)閷W(xué)校計(jì)算機(jī)室的計(jì)算機(jī)都是帶有還原卡的，所以無(wú)法向?qū)W生教授系統(tǒng)安裝的內(nèi)容，只能通過(guò)視頻觀看，然后有條件的學(xué)生可以在自己的電腦上練習(xí)安裝。現(xiàn)在機(jī)房里都安裝了VMware，學(xué)生可以在VMware中練習(xí)安裝操作系統(tǒng)，并且不用擔(dān)心安裝失敗導(dǎo)致電腦無(wú)法正常開機(jī)，還可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝多個(gè)操作系統(tǒng)，且不受操作系統(tǒng)版本的限制。

同時(shí)，使用VMware技術(shù)可以在校內(nèi)教學(xué)服務(wù)器上安裝多臺(tái)實(shí)驗(yàn)虛擬機(jī)，并在其中安裝不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這樣，學(xué)生既可以在教室，也可以在宿舍或者家里通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程連接到虛擬機(jī)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每個(gè)學(xué)生都可以擁有自己的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，不會(huì)受到其他學(xué)生的干擾，多名學(xué)生可以同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這不僅避免了實(shí)驗(yàn)室資源的浪費(fèi)，還提高了實(shí)驗(yàn)操作的效率[2]。

另外，學(xué)生可以在自己的電腦上安裝VMware Workstation單機(jī)版軟件，然后在虛擬機(jī)內(nèi)安裝服務(wù)器操作系統(tǒng)以及設(shè)置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這樣，學(xué)生在下課后可以繼續(xù)完成課堂上未完成的實(shí)驗(yàn)，或者進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)拓展，不再受到實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地的制約，極大地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作效率和學(xué)習(xí)成果的生成。

（三）提高實(shí)驗(yàn)的安全性

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以提高實(shí)驗(yàn)的安全性。在VMware技術(shù)中，每個(gè)虛擬機(jī)都是獨(dú)立的設(shè)備，相互之間不會(huì)受到彼此的影響，學(xué)生可以在虛擬機(jī)中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作，不會(huì)影響到其他虛擬機(jī)的正常使用。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以隨時(shí)刪除虛擬機(jī)，確保實(shí)驗(yàn)的安全性和保密性。

在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程中經(jīng)常會(huì)遇到在配置一些服務(wù)或者功能設(shè)置的時(shí)候，一個(gè)失誤導(dǎo)致整個(gè)服務(wù)不可用，而且很難查找到問(wèn)題所在。這種情況，在以往的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，可能不得不重新安裝操作系統(tǒng)才能解決，但是在VMware中，可以利用快照技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的保存。做完一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)操作后，可以點(diǎn)擊快照功能來(lái)增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以防后續(xù)的一些操作影響到前面的操作。當(dāng)真的遇到操作失誤的時(shí)候，可以通過(guò)還原快照的功能快速地回到上一個(gè)保存節(jié)點(diǎn)，這樣可以大幅提高實(shí)驗(yàn)的安全性和穩(wěn)定性。如圖1所示。

（四）增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，可以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。以往教學(xué)中，學(xué)生在按照實(shí)驗(yàn)要求對(duì)Windows Server操作系統(tǒng)進(jìn)行配置后，很難原樣恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果學(xué)生想進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，就必須重新安裝操作系統(tǒng)。而使用VMware技術(shù)，學(xué)生可以利用快照功能，隨時(shí)還原到任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)，然后在虛擬機(jī)中進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)和嘗試，不斷發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的不斷探索和發(fā)現(xiàn)，學(xué)生可以更好地理解實(shí)驗(yàn)原理和方法，從而培養(yǎng)出良好的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。同時(shí)，教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方案，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和探究，讓學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提高團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。這可以使學(xué)生更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，形成良性循環(huán)。

（五）降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以大幅降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要消耗大量的實(shí)驗(yàn)室資源。例如，需要采購(gòu)價(jià)格昂貴的物理服務(wù)器，并且需要為物理服務(wù)器搭建專用的服務(wù)器機(jī)房，采購(gòu)配套的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和空調(diào)等，在使用過(guò)程中還需要采購(gòu)相關(guān)配件進(jìn)行維護(hù)。關(guān)鍵是這些硬件資產(chǎn)在使用6—8年后就會(huì)面臨性能急劇降低，而且在市場(chǎng)上也很難買到相關(guān)配件進(jìn)行升級(jí)換代，只能面臨報(bào)廢。而采用VMware技術(shù)可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的搭建，從而大大降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本[3]。

例如，在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程中，使用VMwre15版本，可以經(jīng)歷3代Windows Server版本的更新，從Server2012到2019都可以正常安裝和教學(xué)使用。另外，在虛擬機(jī)中增加硬件，只需要在虛擬機(jī)設(shè)置中添加虛擬硬件即可，無(wú)需采購(gòu)實(shí)際硬件，這種方式使得實(shí)驗(yàn)更加靈活。例如，當(dāng)需要搭建RAID1時(shí)，只需添加2塊硬盤；搭建RAID5時(shí)，需要至少3塊硬盤，此時(shí)再添加一塊硬盤即可。在做VPN服務(wù)配置的時(shí)候，只需在設(shè)置里額外添加一張網(wǎng)卡，即可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器擁有2個(gè)不同的IP地址，模擬內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)環(huán)境。

通過(guò)這種方式，學(xué)校可以節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)室維護(hù)和更新費(fèi)用，把有限的經(jīng)費(fèi)用于采購(gòu)無(wú)法使用虛擬化環(huán)境的設(shè)備和耗材上。

（六）促進(jìn)教學(xué)模式創(chuàng)新

采用VMware技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以促進(jìn)教學(xué)模式的創(chuàng)新。教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方案，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考和探究，從而實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果，探索出更加適合學(xué)生的教學(xué)模式。同時(shí)，教師可以通過(guò)VMware技術(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行改進(jìn)。學(xué)生也可以通過(guò)自主探究和合作學(xué)習(xí)，積極參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從而促進(jìn)教學(xué)模式的創(chuàng)新。這樣，學(xué)生可以更好地適應(yīng)未來(lái)的職業(yè)發(fā)展和社會(huì)需求。

三、在使用VMware實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中容易遇到的問(wèn)題與解決方法

當(dāng)然，使用VMware技術(shù)也并非毫無(wú)缺陷。在VMware Workstation軟件平臺(tái)使用過(guò)程中，需要做好相應(yīng)的配置和管理，才能更好地完成實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到各類非實(shí)驗(yàn)本身的操作問(wèn)題。比如在Windows Server操作系統(tǒng)安全配置課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到以下四類問(wèn)題：

（一）未正確配置網(wǎng)絡(luò)

在VMware虛擬機(jī)中，網(wǎng)絡(luò)配置是非常重要的一部分。在Windows服務(wù)器操作系統(tǒng)配置實(shí)驗(yàn)中，如果沒(méi)有正確配置網(wǎng)絡(luò)，可能導(dǎo)致虛擬機(jī)無(wú)法連接到Internet或與其他計(jì)算機(jī)通信，從而影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。為避免這種情況，需要在虛擬機(jī)開啟之前選擇正確的網(wǎng)絡(luò)模式，打開VMware中的虛擬機(jī)選擇“編輯虛擬機(jī)設(shè)置”，在虛擬機(jī)設(shè)置對(duì)話框中選擇“網(wǎng)絡(luò)適配器”，并選擇要連接的網(wǎng)絡(luò)類型，如橋接模式、NAT模式或僅主機(jī)模式。

①橋接模式：虛擬機(jī)會(huì)分配一個(gè)IP地址并連接到物理網(wǎng)絡(luò)。

②NAT模式：虛擬機(jī)會(huì)通過(guò)虛擬NAT設(shè)備連接到Internet，并使用虛擬IP地址。

③僅主機(jī)模式：虛擬機(jī)可以與物理計(jì)算機(jī)通信，但無(wú)法連接到Internet。

（二）操作系統(tǒng)版本不匹配

雖然VMware虛擬機(jī)支持多種操作系統(tǒng)，但并不是所有操作系統(tǒng)的版本都可以完全兼容。在Windows服務(wù)器操作系統(tǒng)配置實(shí)驗(yàn)中，如果選擇了錯(cuò)誤的操作系統(tǒng)版本，可能會(huì)導(dǎo)致某些功能無(wú)法正常運(yùn)行。以下是解決此問(wèn)題的一些方法：

①更新VMware版本：打開VMware控制臺(tái)，通過(guò)Help>Software Updates選項(xiàng)卡檢查更新。如果有可用的更新，安裝它們并重新啟動(dòng)VMware。

②降低虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)版本：在VMware中，選擇虛擬機(jī)，點(diǎn)擊Edit virtual machine settings，然后在Options中選擇General。在Guest Operating System中選擇虛擬機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)版本。如果虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)版本過(guò)高，選擇一個(gè)更低版本的操作系統(tǒng)保存更改并重新啟動(dòng)虛擬機(jī)。

（三）分配的硬件資源過(guò)少

在VMware虛擬機(jī)中，CPU、內(nèi)存、硬盤等硬件資源都必須合理分配，否則虛擬機(jī)的性能會(huì)受到一定的影響。如果在Windows服務(wù)器操作系統(tǒng)配置實(shí)驗(yàn)中，分配的硬件資源過(guò)少，可能會(huì)導(dǎo)致虛擬機(jī)運(yùn)行緩慢或無(wú)法正常啟動(dòng)。這種問(wèn)題可以通過(guò)以下方式來(lái)解決：

①調(diào)整虛擬機(jī)的硬件資源：通過(guò)增加虛擬機(jī)的內(nèi)存、CPU、硬盤等硬件資源，使虛擬機(jī)可以更好地運(yùn)行。可以在虛擬機(jī)設(shè)置中進(jìn)行修改。

②禁用不必要的服務(wù)和程序：可以禁用虛擬機(jī)中不必要的服務(wù)和程序，減少運(yùn)行負(fù)荷，從而提高運(yùn)行效率。在Windows系統(tǒng)中，可以在“服務(wù)”中進(jìn)行查看和禁用；在Linux系統(tǒng)中，可以在命令行中使用“systemd”命令對(duì)服務(wù)進(jìn)行管理。

（四）安裝驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序錯(cuò)誤

在Windows服務(wù)器操作系統(tǒng)配置實(shí)驗(yàn)中，由于虛擬機(jī)的一些特殊設(shè)置和限制，安裝驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序時(shí)需要更加注意。如果驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序的版本不兼容或未按照正確的安裝流程操作，可能會(huì)導(dǎo)致虛擬機(jī)出現(xiàn)藍(lán)屏、系統(tǒng)崩潰等問(wèn)題。一般可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行解決：

①檢查驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序要求的操作系統(tǒng)版本是否與VMware中安裝的操作系統(tǒng)版本一致。如果不一致，需要升級(jí)或降級(jí)VMware的操作系統(tǒng)，或者安裝相應(yīng)版本的驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序。

②檢查VMware中的虛擬硬件是否滿足驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序的硬件要求。如果硬件不滿足，需要調(diào)整VMware的虛擬硬件配置，例如增加虛擬機(jī)內(nèi)存、增加虛擬機(jī)CPU核數(shù)等。

③檢查VMware中的虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置是否符合驅(qū)動(dòng)或應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)要求。如果不符合，需要修改虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，例如為虛擬機(jī)配置靜態(tài)IP地址、修改網(wǎng)絡(luò)適配器類型等。

四、未來(lái)發(fā)展方向

隨著虛擬化技術(shù)的不斷發(fā)展，VMware技術(shù)也在不斷更新和升級(jí)。未來(lái)，VMware技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛和深入。首先，隨著5G技術(shù)的普及和應(yīng)用，VMware技術(shù)可以在更廣闊的范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其次，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，VMware技術(shù)可以與這些新興技術(shù)結(jié)合，探索出更加適合未來(lái)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。最后，隨著云計(jì)算技術(shù)的普及，VMware技術(shù)可以與云計(jì)算技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)虛擬化資源的共享和管理，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和質(zhì)量。

五、結(jié)束語(yǔ)

VMware技術(shù)因其易用性、容錯(cuò)性和安全性等特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)中逐漸被廣大師生認(rèn)可和使用。近年來(lái)，越來(lái)越多的教育類企業(yè)在進(jìn)行課程開發(fā)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境開發(fā)時(shí)都朝著虛擬化方向發(fā)展。隨著云計(jì)算技術(shù)的普及和發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)校和機(jī)構(gòu)將選擇使用云端虛擬化技術(shù)來(lái)進(jìn)行教育服務(wù)。這將使得VMware技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍更加廣泛。