计算机实训教学构想及虚拟机技术的运用研究

    唐彧++王渊

    摘要：随着计算机技术的发展，实训教学构想在计算机教学中得到实践，为提高计算机教学质量创造有利条件。虚拟机技术是一种实现虚拟机所采用的技术，主要包括硬件虚拟化技术和指令集虚拟化技术，是计算机工作者研究的重点话题。鉴于此，如何将虚拟机技术高效应用至计算机实训教学中去，成为相关人员关注的焦点。该文笔者将以虚拟机技术为出发点，分析虚拟机技术的优点，探究虚拟机技术在计算机实训教学中的应用，以供相关人士参考。

    关键词：计算机；实训教学；虚拟机技术；应用

    中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0132-02

    实训教学是计算机教学的重点和难点，是提升学生专业技术水平与实践能力的有效手段。目前，由于诸多客观因素，导致计算机实训教学效果并不理想，难以达到预期教学效果。鉴于此，虚拟机技术逐渐得到计算机实训教学的关注与重视。

    1 虚拟机技术基本概述

    1.1 虚拟机

    虚拟机，指以软件模拟为基础条件，且硬件系统功能具有完整性的，在隔离环境下运行的计算机系统。虚拟系统，以生成当前操作系统的全新虚拟镜像的基础上，其与Windows系统共同大同小异，在进入到虚拟系统后，通过一个全新的、独立的虚拟系统为界面，完成相关操作。独立安装运行软件是其基本功能，既能对数据进行有效保存，且能够设置具有个性化的独立桌面，同时，对真正的系统不存在明显影响，能达到现有系统与虚拟系统灵活切换的效果。对于虚拟系统与传统虚拟机，两者存在一定差别：针对虚拟系统，其不会影响电脑性能，与Windows系统启动相比较，大大缩短了其启动时间，方便、快捷是虚拟系统运行程序的基本特点，且虚拟系统只能模拟与现有操作系统一致的环境，传统虚拟机，则可模拟出多个不同类型的操作系统。由于虚拟机需对底层硬件指令进行模拟，因此，应用程序运行所需耗费的时间明显多于虚拟系统。其中，VMware、Virtual Box以及Virtual PC是常用的虚拟机软件，其以Windows系统为基础，可模拟出多个计算机。

    1.2 虚拟机技术

    虚拟机技术，属于虚拟化技术范畴，然而，虚拟化技术，指将事物由一种形式转变为另一种不同的形式，其中，操作系统中内存的虚拟化是较常使用的虚拟化技术，实际运行过程中，用户所需内存空间明显高大于物理机器的内存，基于内存虚拟化技术作用下，用户可将部分硬盘虚拟化为内存，针对用户，其具有透明性。同时，将虚拟专用网技术（VPN）应用至公共网络中，虚拟化出一条具有安全性和稳定性的“隧道”，促使用户感觉其与私有网络无差别。

    上世纪六七十年代，IBN正式提出虚拟机技术，并将虚拟机技术进行如下定义：虚拟机技术，即用以实现硬件设备软件模拟，达到分时共享目的的大型机的应用模式。虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虚拟机技术的核心与关键，其属于位于操作系统和计算机硬件间的一层代码，主要作用在于将硬件平台分割为多个虚拟机。基于特权模式前提下，VMM运行可隔离并管理上层运行的虚拟机，实现对底层硬件访问的仲裁效果，同时，为不同的客户操作系统虚拟出一套具有独立性的实际硬件的虚拟硬件环境，其中，内存、处理器以及I/O设备均属于该范畴。

    2 虚拟机技术的主要优点

    针对虚拟机技术的优点，涉及所方面内容，现将其进行如下归纳：

    第一，一机多用，减少浪费。在虚拟机技术指导下，无需进行分区或重新开机。两种或两种以上的操作系统可在同一计算机上完成，达到降低过分依赖多系统的目的，无需借助多分区或多硬盘，实现对多个操作系统的安装，不仅有利于节省资源，避免不必要的浪费，而且有助于减少维护费用。

    第二，兼容性好，移植性强。虚拟机，将操作采用设置为映像文件格式，并存储至宿主机硬盘内，在保证无任何问题的基础上，将其拷贝至其他计算机上去，为多机统一部署和安装提供便利。

    第三，高度集成，操作简单。在任何一台计算机上，虚拟机均可同时集成出多个不同的操作系统，且系统间可实现随意切换效果，达到互动操作目标。与此同时，借助联网功能，促使虚拟网络得以重建，将较为复杂的网络实验实现于一台计算机上。

    第四，有利于对操作环境进行修改和完善，通过虚拟机软件，在设定系统操作环境的基础上，为修改操作环境提供便利，例如，周边设备、内存以及磁碟空间等。

    第五，系统具有较强的安全性。对于虚拟机，操作系统若出现问题，不会对宿主机系统的正常运行产生明显影响作用，实现对宿主机系统的保护，以达到增强系统安全性的目的。

    3 虚拟机技术在计算机实训教学中的应用

    随着科学技术的发展诸多软件已具备虚拟机的功能，例如，常见的VMware Wokrstation、Virtual PC、Virtual Box等。本文笔者将以VMware Wokrstation为依据，分析计算机实训教学中虚拟机技术的实际应用。

    3.1 虚拟机技术应用至实训环境维护中

    公共机房是计算机实训教学的主要形式，常常需将大量实训软件安装至每台计算机中去。然而，实际情况并非如此，由于软件与软件间安装运行环境冲突事件频频发生，导致其难以达到正常安装使用效果。在此基础上，安装多操作系统来分别安装软件属于传统解决方法，其效果并不显著，大大增加了实训环境维护负担，基于此，利用虚拟机，促使公共机房软件冲突问题得以解决，达到改善实验环境的目的。

    例如，若将用友财务通2005和用友财务通v10同时安装至一个机房内，且两个软件均依赖于一个数据库，即Microsoft SQL 2000数据库，同时，冲突现象频频发生于数据库实例文件中，需安装分操作系统。在此背景下，将虚拟机新建于一台实训计算机中，采用正确的方式，安装Windows XP操作系统与Microsoft SQL 2000数据库软件。在VMware Wokrstation软件指导下，执行“克隆”命令，基于较短时间内，克隆出原系统一致的虚拟机系统，并将用友财务通2005和用友财务通v10分别安装至克隆出的系统中，再利用Ghost或同传系统，促使整个机房的软件环境得到更新和维护。基于此，计算机实训教学过程中，以教学具体需求为指导，合理选择虚拟机系统，达到实训教学目的，促使虚拟机技术无需将多系统安装至实训计算机上，实现灵活切换系统的目标，为计算机实训教学工作的有序开展创造有利条件，提高计算机实训教学质量，缓解机房软件环境维护负担，优化机房软件环境。

    3.2 虚拟机技术应用至难以实施的实训课程中

    目前，由于多方面因素，导致部分实验无法在计算机课程实训中进行，例如，计算机组装与维护课程中的BIOS参数设置实验。现如今，针对实训计算机，诸多计算机实训机房均采取了还原保护系统，对BIOS和硬盘访问设置了权限，导致相关的实验无法顺利进行。因此，在该部分计算机实训教学过程中，诸多授课者常利用图片开展教学活动，或纯理论教学，或利用模拟器被动完成较为简单的实验，致使听课者难以准确把握实验流程，导致教学质量受到严重影响。鉴于此，利用虚拟机技术，有效解决计算机实训教学中的相关问题，达到提高计算机实训教学质量的目的。

    例如，针对BIOS参数设置实验，将任意的虚拟机新建配置至实训计算机中，在启动虚拟机时，按下“F2”按键，从而直接进入虚拟机BIOS界面。在此基础上，以虚拟机所模拟的BIOS界面为依据，进行BIOS设置实验。在虚拟机BIOS环境下，计算机硬件设备得以模拟，可利用其进行BIOS常规设置，例如，开机顺序、调整时间以及主从盘等，听课者可对虚拟机运行环境变化情况进行观察。与此同时，宿主机硬件设备不会受到试验结果影响。由VMware Wokrstation提供的PhoenixBIOS的BIOS程序，在笔记本电脑和品牌机中得到广泛应用，且适用于计算机实训教学活动的开展。

    3.3 虚拟机技术应用至复杂网络实验环境的构建

    计算机技术以网络技术迅速发展为显著特征，网络技术实践能力是检验计算机网络课程教学质量的重要指标。鉴于此，为达到信息化人才培养目标，建设专业网络技术实训室显得尤为重要。目前，由于客观因素等条件的影响，诸多实训室难以提供良好的网络实训平台，导致实训教学效果并不显著，若以虚拟机技术为指导，在实训教学中合理应用，促使该问题得到解决。

    目前，针对计算机网络课程实训教学，以企业网构建实验为重点，是基于路由器、多台计算机以及交换机共同作用下，从而构建企业网，以工作组模式为前提条件，合理配置Windows Sevrer操作系统和Linux操作系统。一般情况下，大量的实训计算机是完成实训内容的重要支撑力量，因此，对网络实训环境要求越来越高。但是，若实训计算机不断更改操作系统，致使操作系统受到损害。在完成一个实验的背景下，需重新安装操作系统，导致实验维护工作量不断增加。在此情况下，虚拟机与宿主机、虚拟机与虚拟机是VMware Wokrstation的基本媒介，通过给其提供的网络通信虚拟网络环境，以达到完成Web、FTP以及服务器配置等实验的目的。

    例如，企业网构建实验，路由器、四台计算机以及两台交换机是构建企业网所需设备。其中，PCI为FTP服务器，PC2为WEB服务器，其分别与SwitchA交换机和Route路由器连接，PC3与PV4属于一般网络计算机，其与SwitchB连接，并互相连接两台交换机。实验过程，如下所示：利用VMware Wokrstation软件，在一台实训计算机上模拟出PC1和PC2，并在虚拟机上安装相对应的Windows操作系统，以网络模式为桥接，科学设置PC1和PC2中的FTP服务器与Web服务器。利用VMware Wokrstation软件，将PC3与PC4模拟至第二台计实训计算机上。在此基础上，以实验网络拓扑结构为出发点，将各个设备连接好，设置好每台虚拟机的P1地址，以实验需求为指导，合理设置Vlan和路由器，并采用正确方式，测试实验结果。与传统实验过程相比，虚拟机技术的应用是该实验的最大特点，基于此，促使所需实训计算机得以减少，以虚拟机为主要表现形式，以达到拓展变化空间的目的。

    4 小结

    综上所述，在计算机实训教学过程中，合理利用虚拟机技术，增加计算机实训教学的真实性与安全性，优化实验环境，促使实训成本得以降低，有助于提高实训教学质量，以达到实训教学目标。

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