摘 要：針對(duì)目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與維護(hù)實(shí)驗(yàn)室硬件條件的瓶頸，采用虛擬機(jī)技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有效緩解了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及各類硬件設(shè)施不足的問題，降低了機(jī)房維護(hù)難度，提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)；系統(tǒng)與維護(hù)；VMWare Workstation

中圖分類號(hào)：TP305-4；TP307-4；G652.4

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與維護(hù)是一門以動(dòng)手實(shí)踐為主的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)好該課程可以了解計(jì)算機(jī)軟硬件的系統(tǒng)構(gòu)成、掌握磁盤分區(qū)、系統(tǒng)安裝、性能測試與優(yōu)化，系統(tǒng)備份與還原，計(jì)算機(jī)軟硬件故障診斷與排除等系統(tǒng)維護(hù)能力，對(duì)于信息時(shí)代的今天，這是廣大用戶必須具備的應(yīng)用技能?？墒?，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境有其特殊性，相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求進(jìn)行硬件裝卸、參數(shù)配置、程序安裝等等，這些反復(fù)操作會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成破壞性的影響，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無法啟動(dòng)。如果每次實(shí)驗(yàn)后都需要重新安裝或配置系統(tǒng)，這也將成為實(shí)驗(yàn)室管理與維護(hù)工作的一個(gè)難題。因此，如何搭建一個(gè)方便實(shí)用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，一直是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)實(shí)驗(yàn)開設(shè)亟需解決的問題，本文就虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與維護(hù)教學(xué)中的應(yīng)用展開探討。

1 虛擬機(jī)技術(shù)及其特點(diǎn)

虛擬機(jī)（Virtual Machine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過虛擬機(jī)軟件，在已有的系統(tǒng)內(nèi)部，利用軟件虛擬出另外的計(jì)算機(jī)，包括虛擬的硬件環(huán)境（CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡等），并在此環(huán)境下和真實(shí)的計(jì)算機(jī)一樣，真實(shí)的安裝操作系統(tǒng)、真實(shí)的運(yùn)行軟件及各種應(yīng)用。對(duì)于用戶而言，它只是運(yùn)行在物理計(jì)算機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用程序，但是對(duì)于在虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺(tái)真正的計(jì)算機(jī)。

圖1 虛擬計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

虛擬機(jī)具有如下特點(diǎn)：

（1）不需要分區(qū)或重開機(jī)就能在同一臺(tái)PC上使用兩種以上的操作系統(tǒng)，操作方便、快捷。

（2）完全隔離并且保護(hù)不同OS的操作環(huán)境以及所有安裝在OS上面的應(yīng)用軟件和資料，即使某個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)其它虛擬系統(tǒng)和物理主機(jī)系統(tǒng)造成影響，維護(hù)方便。

（3）不同的OS之間還能互動(dòng)操作，包括網(wǎng)絡(luò)、周邊、文件分享以及復(fù)制粘貼功能。

（4）虛擬設(shè)備不存在兼容性問題，實(shí)驗(yàn)中造成硬件損壞率低，安全可靠。

（5）能夠自由設(shè)定并且隨時(shí)修改操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境，如：內(nèi)存、磁盤空間、周邊設(shè)備等。

（6）熱遷移，高可用性，具有快照（snapshot）功能。

2 虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建

目前常用的虛擬機(jī)軟件有兩個(gè)，一個(gè)是VMWare Workstation（VMWare公司開發(fā)，簡稱VM），另一個(gè)Virtual PC（Microsoft開發(fā)）。這兩款軟件由不同的公司開發(fā)，但設(shè)置和使用都不復(fù)雜，非常容易上手，下面以VM為例簡述虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建。

首先需要從網(wǎng)上下載虛擬機(jī)安裝程序及漢化補(bǔ)?。黄浯伟惭b虛擬機(jī)軟件；然后根據(jù)需安裝漢化補(bǔ)??；再進(jìn)行配置及安裝需要的虛擬操作系統(tǒng)（winxp/win7/win8/linux）；最后可以安裝VMware-tools。其中VMware-tools是Vmware提供的增強(qiáng)虛擬顯卡和硬盤性能、以及同步虛擬機(jī)與主機(jī)時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)程序，安裝完成后虛擬機(jī)的鼠標(biāo)指針就可以和物理機(jī)的鼠標(biāo)指針統(tǒng)一，不需要使用組合鍵Ctrl+Alt來進(jìn)行切換，還可以實(shí)現(xiàn)物理機(jī)的文件直接拖到虛擬機(jī)上去使用。這樣一個(gè)虛擬機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境就搭建好了，只需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)準(zhǔn)備相關(guān)資源就可以進(jìn)行實(shí)踐操作。

3 虛擬機(jī)技術(shù)在系統(tǒng)維護(hù)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬機(jī)在實(shí)踐操作方面能夠發(fā)揮很大的作用，可以在一臺(tái)電腦上練習(xí)組網(wǎng)技術(shù)、學(xué)習(xí)操作不同的操作系統(tǒng)、測試開發(fā)的軟件在各個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)下的效果和可靠性、安裝不可靠的軟件、測試病毒等。在虛擬系統(tǒng)崩潰之后可直接刪除不影響本機(jī)系統(tǒng)，同樣，本機(jī)系統(tǒng)崩潰后也不影響虛擬系統(tǒng)，重裝后可再加入以前的虛擬系統(tǒng)。

圖2 基于虛擬機(jī)技術(shù)的系統(tǒng)維護(hù)實(shí)踐項(xiàng)目

3.1 BIOS參數(shù)設(shè)置

在所有實(shí)踐操作項(xiàng)目中，BIOS的設(shè)置最為抽象，同時(shí)還具有一定的危險(xiǎn)性，如果操作不當(dāng)就會(huì)破壞BIOS參數(shù)的設(shè)置，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無法正常啟動(dòng)。并且BIOS的設(shè)置界面一般是英文標(biāo)識(shí)，初學(xué)者會(huì)感到枯燥，存在一定的難度，利用虛擬機(jī)模擬的硬件系統(tǒng)可以較為真實(shí)地反映系統(tǒng)的引導(dǎo)順序、CPU頻率、端口設(shè)置、主從硬盤等BIOS設(shè)置情況，一般開機(jī)按下F2后即可進(jìn)入BIOS，使用方向鍵移動(dòng)并選擇菜單進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。

3.2 硬盤分區(qū)與格式化

分區(qū)即將硬盤劃分為若干個(gè)邏輯區(qū)域，格式化即為硬盤分別建立引導(dǎo)區(qū)（BOOT）、文件分配表（FAT）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（DATA），新配置的硬盤如果沒有進(jìn)行格式化和分區(qū)，可能無法正常使用，也可能影響用戶數(shù)據(jù)的管理，并且不同類型的操作系統(tǒng)要求相對(duì)應(yīng)的硬盤格式，各種分區(qū)工具的操作方法也不盡相同。如果在真實(shí)PC上練習(xí)硬盤分區(qū)及格式化，會(huì)對(duì)硬盤造成損傷，大大縮短硬盤的使用壽命。而在虛擬機(jī)環(huán)境下，硬盤的分區(qū)操作不會(huì)有任何損傷，只是類似一個(gè)文件的讀寫操作，卻能達(dá)到和物理機(jī)一樣的操作效果。

3.3 安裝操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的安裝是學(xué)生最感興趣的內(nèi)容，但在實(shí)際操作過程中受到諸多硬件的限制，比如需要光驅(qū)和啟動(dòng)盤，要配置一個(gè)機(jī)房的光驅(qū)和幾十張系統(tǒng)盤，這也是不常見的。在虛擬機(jī)環(huán)境下，可以較好地解決這些硬件需求問題，先使用虛擬機(jī)軟件在宿主機(jī)（物理機(jī)）中劃分一部分硬件資源，虛擬出一臺(tái)計(jì)算機(jī)，然后利用UltraISO（軟碟通）將操作系統(tǒng)的安裝光盤制作成一個(gè)ISO鏡像文件，在虛擬機(jī)中將ISO鏡像文件導(dǎo)入光驅(qū)中，就可以直接安裝操作系統(tǒng)了，其安裝步驟和過程跟物理機(jī)完全一樣。

3.4 系統(tǒng)配置

對(duì)操作系統(tǒng)的使用有時(shí)需要進(jìn)行必要的設(shè)置，比如網(wǎng)絡(luò)IP地址和安全策略的的配置，如果在物理機(jī)的環(huán)境下操作實(shí)踐，重啟后會(huì)受到機(jī)房安全還原保護(hù)限制，相關(guān)的配置不能生效。在虛擬機(jī)環(huán)境中，可以避免這種機(jī)房系統(tǒng)還原保護(hù)的限制，更不會(huì)損壞物理機(jī)的軟件和硬件系統(tǒng)。

3.5 系統(tǒng)備份與還原

操作系統(tǒng)的使用時(shí)間越長其運(yùn)行速度會(huì)越慢，如果系統(tǒng)感染了病毒，破壞了系統(tǒng)文件還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，重裝系統(tǒng)又很耗時(shí)，這些都是電腦用戶最頭痛的，卻又是不可避免的。使用Ghost技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)備份和還原是目前快速解決這一問題的有效途徑，但是Ghost的操作具有一定的難度和復(fù)雜性，一不小心就可能將硬盤的所有數(shù)據(jù)清零，損失慘重。在虛擬機(jī)環(huán)境中，可以反復(fù)應(yīng)用Ghost工具進(jìn)行備份還原系統(tǒng)，而不用擔(dān)心物理機(jī)的數(shù)據(jù)受損。

3.6 系統(tǒng)優(yōu)化及病毒查殺

對(duì)于系統(tǒng)優(yōu)化及病毒排殺等操作需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)才能生效，而且有的相關(guān)設(shè)置會(huì)影響系統(tǒng)的啟動(dòng)和正常運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)崩潰，但在虛擬機(jī)環(huán)境中可以大膽操作，無需擔(dān)心設(shè)置影響物理機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)，虛擬機(jī)還可以通過復(fù)制、覆蓋虛擬硬盤的方式快速解決問題。

4 虛擬機(jī)技術(shù)在系統(tǒng)維護(hù)實(shí)踐中的不足

引入虛擬機(jī)技術(shù)可以彌補(bǔ)大部分系統(tǒng)維護(hù)實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過程中的問題，但也存在一些不足。

（1）模擬環(huán)境中虛擬機(jī)的硬件均來自宿主機(jī)，因此要求物理機(jī)的硬件配置較高，特別是對(duì)處理器和內(nèi)存的配置要求很高，不然，虛擬機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行會(huì)很慢。

（2）在虛擬機(jī)模擬的環(huán)境下，虛擬硬件一般不會(huì)發(fā)生故障，不能較好模擬真實(shí)硬件環(huán)境中可能出現(xiàn)的問題，因此對(duì)電腦硬件故障診斷與排除的相關(guān)操作不多，不能動(dòng)手練習(xí)裝卸硬件。

（3）對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序的安裝、系統(tǒng)性能測試與優(yōu)化等項(xiàng)目，在虛擬機(jī)模擬環(huán)境中實(shí)踐效果不理想，因?yàn)樘摂M機(jī)基于宿主機(jī)，相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序均已自動(dòng)安裝，不能很好地模擬物理機(jī)驅(qū)動(dòng)的安裝和更新，與真實(shí)過程的差別較大。

5 結(jié)束語

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與維護(hù)的教學(xué)過程中，靈活運(yùn)用虛擬機(jī)技術(shù)，能有效緩解計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及各類硬件設(shè)施不足的問題。在虛擬機(jī)環(huán)境下進(jìn)行的所有實(shí)驗(yàn)操作均不會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)硬盤的數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何影響，從而降低了機(jī)房的維護(hù)難度，同時(shí)，又增加了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，極大地豐富了學(xué)生計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)維護(hù)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，鍛煉與提高了學(xué)生解決各類計(jì)算機(jī)實(shí)際問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：廖堅(jiān)（1978-），男，碩士，講師，主要研究方向：智能算法、信息安全及企業(yè)信息化。

作者單位：湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410151