莊 城 山

(安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 銅陵 244000)

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虛擬機技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用

莊 城 山

(安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 銅陵 244000)

摘要：從高職院校網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)中存在的問題出發(fā)，以Windows Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程為例，深入分析了影響課程實踐教學(xué)效果的主要問題及原因，研究了虛擬機軟件VMWare的主要功能特點以及在教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬機；VMWare；操作系統(tǒng)；實踐教學(xué)

Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是目前在中小企業(yè)信息化建設(shè)中廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)具有安全性、可靠性、可用性和伸縮性等特點，不僅如此，微軟公司還針對Windows服務(wù)器產(chǎn)品家族不斷進行了改進與擴展。在國內(nèi)的企業(yè)級服務(wù)器市場，Windows Server系列網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)始終占有較大份額。因此Windows Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的教學(xué)自然成為高等院校網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)的重要內(nèi)容。

該門課程的實踐教學(xué)質(zhì)量對該門課程的整體教學(xué)質(zhì)量有著決定性的影響。能否讓學(xué)生真正熟練掌握網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的配置和使用是該門課程教學(xué)成功與否的重要標志。需要學(xué)生通過大量的動手實踐方可獲得。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)尚未采用虛擬機技術(shù)教學(xué)之前，該門課的實踐教學(xué)就在連接成局域網(wǎng)絡(luò)的普通機房里進行。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式有著更貼近真實環(huán)境的特點，但在實際教學(xué)過程中卻發(fā)現(xiàn)存在諸多弊端。對該門課的實踐教學(xué)效果產(chǎn)生不利影響，甚至難以實現(xiàn)教學(xué)目標[1]。

1傳統(tǒng)實驗環(huán)境中操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程的實踐教學(xué)環(huán)境通常就是普通機房，因為此類機房并非為實踐教學(xué)(尤其是操作系統(tǒng)課程的實踐教學(xué))而專門設(shè)計，在將傳統(tǒng)的機房真正用于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程的實踐教學(xué)時會發(fā)現(xiàn)存在較多問題和困難。

1.1計算機數(shù)量不足

在真實的實訓(xùn)室中計算機數(shù)量不足這個問題經(jīng)常會碰到。為此，通常將學(xué)生劃分成若干小組，以小組為單位共同完成實驗。這樣做雖然可以在一定程度上解決因為機器數(shù)量不足無法完成實驗的問題，甚至有利于培養(yǎng)團隊精神，但也會帶來新的問題。分組讓學(xué)生個人單獨完成實驗的機會減少，對學(xué)生獨立工作能力的培養(yǎng)不利。最終影響了實踐教學(xué)的效果。

1.2計算機硬件設(shè)備的添加和刪除較為困難

在“Windows Server”課程的實踐教學(xué)中經(jīng)常遇到需要給計算機添加和刪除硬件設(shè)備的情況。經(jīng)常需要添加的設(shè)備有硬盤、網(wǎng)卡等，這使傳統(tǒng)的實踐教學(xué)變得較為困難。首先需要準備大量的硬盤、網(wǎng)卡等設(shè)備。其次，是設(shè)備的安裝，需要打開機箱。更關(guān)鍵的是這個過程并不是教學(xué)的主要內(nèi)容，且容易出錯，甚至設(shè)備的損壞，影響后續(xù)教學(xué)。

1.3按實驗拓撲搭建實驗環(huán)境較費時費力

在“Windows Server”課程的實踐教學(xué)中，在實驗課的開始時首先要根據(jù)實驗內(nèi)容搭建實驗網(wǎng)絡(luò)。這個過程讓實踐經(jīng)驗并不豐富的學(xué)生完成常常會碰到很多困難。雖然可以讓學(xué)生從真實的操作和遇到的問題中得到鍛煉，但對維持正常的教學(xué)秩序，對于教師整體把握教學(xué)進度和教學(xué)質(zhì)量非常不利，也有喧賓奪主之嫌。

1.4重復(fù)實驗和錯誤更正困難

因為有些實驗的不可逆性，如實驗 “域功能級別的提升”,實驗重復(fù)同樣變得困難。同時在類似這樣的實驗中一旦犯了錯誤想要更正錯誤，將會變得十分困難，或者為重新建立實驗環(huán)境需要耗費較多的時間。這在課堂教學(xué)的有限時間內(nèi)幾乎是不可完成的任務(wù)。但傳統(tǒng)的實驗實訓(xùn)教學(xué)對此無能為力。

1.5實訓(xùn)室運行綜合成本較高

因為課程特點，傳統(tǒng)的實驗實訓(xùn)過程需要大量的硬件設(shè)備，如光驅(qū)、硬盤、網(wǎng)卡等。這些設(shè)備需要頻繁的裝入機箱，或從機箱中取出，因此故障或損壞在所難免。另外，實驗過程需要大量的耗材，如線纜、壓線鉗等，消耗數(shù)量也較為可觀。

1.6指導(dǎo)教師授課負擔重、管理難度大

為保證實踐教學(xué)的順利進行，指導(dǎo)教師要考慮的因素較多。如實驗前的準備工作，實訓(xùn)器材、光盤和配件的需求；實訓(xùn)過程的組織；器材、設(shè)備的整理還原；其他突發(fā)情況的處理等。如此大的工作量要在實踐教學(xué)中與實踐過程同時完成，對教師的組織能力和工作效率提出了很高的要求。

1.7學(xué)生課后難以自主學(xué)習(xí)

因為課程自身特點，經(jīng)常需要學(xué)生課后能夠利用時間復(fù)習(xí)練習(xí)甚至預(yù)習(xí)課程相關(guān)內(nèi)容，但因缺乏硬件環(huán)境和資源，課后學(xué)生的自主學(xué)習(xí)無從談起。而且無論學(xué)生在實訓(xùn)室課堂教學(xué)的學(xué)習(xí)情況怎樣，學(xué)生幾乎沒有機會再去重復(fù)練習(xí)以前的內(nèi)容，使課堂教學(xué)中遺留和存在的問題沒有任何彌補的機會，實質(zhì)上影響了實踐教學(xué)的質(zhì)量，也在一定程度上影響了學(xué)生的自信心。

2VMWare虛擬機軟件功能特點及其在實踐教學(xué)中的應(yīng)用

2.1VMWare虛擬機軟件功能特點

VMWare虛擬機雖然名為“虛擬機”，但實際上所能完成的功能一點也不“虛”，如圖1所示。首先在宿主機上安裝虛擬化軟件，然后在軟件中新建虛擬機并安裝操作系統(tǒng)產(chǎn)生虛擬機。虛擬機完全可以作為獨立的邏輯實體對外提供服務(wù)，第三者并不會知道給他提供服務(wù)的是一臺虛擬機。虛擬機具有高度的仿真性，他們幾乎可以像真實的計算機一樣工作，這是將虛擬機應(yīng)用于工程實踐和實踐教學(xué)的前提。[2]

圖1VMWare中的5臺虛擬機

VMware 作為世界領(lǐng)先的桌面和數(shù)據(jù)中心虛擬化提供商，提供了最可靠的最佳解決方案，旨在將目前通常缺乏靈活性的 IT 環(huán)境轉(zhuǎn)換為靈活的自動化云計算基礎(chǔ)架構(gòu)，幫助用戶在實現(xiàn)成本節(jié)約的同時獲得生產(chǎn)效率優(yōu)勢。VMware也同樣適用于網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)類課程的實踐教學(xué)，突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，使教學(xué)效果得到極大改善。[3]

2.2VMWare虛擬機主要功能在“Windows Server課程”實踐教學(xué)中的應(yīng)用

(1) 快速便捷的產(chǎn)生多臺虛擬機

如果在虛擬機環(huán)境中進行“Windows Server課程”實踐教學(xué)則計算機數(shù)量不足的問題將迎刃而解。因為在VMWare虛擬機軟件中可以非常方便的產(chǎn)生若干臺虛擬計算機，這些計算機幾乎完全具有真實計算機的功能和特點，這樣坐在一臺普通物理機前的學(xué)生所擁有的不再是一臺普通的計算機，他擁有的是一臺包含物理機及若干臺虛擬機在內(nèi)的一個局域網(wǎng)。

(2) 豐富的虛擬機工作模式

虛擬機具有豐富的工作模式可供選擇。對于直接接入真實網(wǎng)絡(luò)的虛擬機可以采用“橋接模式”，與外界物理網(wǎng)絡(luò)完全隔絕的虛擬機可以采用“主機模式”，介于兩者之間的虛擬機可以采用“NAT模式”。另外，虛擬機也可以自定義網(wǎng)絡(luò)工作模式。豐富的工作模式，使虛擬機可以方便的構(gòu)建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，巧妙的融入真實網(wǎng)絡(luò)。

VMWare提供了豐富的虛擬機工作模式。為虛擬機在真實網(wǎng)絡(luò)世界中的使用帶來很大的便利性和靈活性，也是將虛擬機技術(shù)應(yīng)用到操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中最常用的模式有三種：[4]

橋接網(wǎng)絡(luò)(Bridged Networking)。橋接網(wǎng)絡(luò)是指本地物理網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)卡通過VMnet0虛擬交換機進行橋接，物理網(wǎng)卡和虛擬網(wǎng)卡在拓撲圖上處于同等地位(虛擬網(wǎng)卡既不是Adepter VMnet1，也不是Adepter VMnet8)。這種工作模式下等于虛擬機被直接接入了真實網(wǎng)絡(luò)，此時的虛擬機和網(wǎng)絡(luò)上真實的計算機具有同等的邏輯地位，如圖2所示。

圖2橋接模式網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

NAT模式。在NAT工作模式下，虛擬機可以通過宿主計算機與外界取得有限的聯(lián)系，在真實的網(wǎng)絡(luò)中與宿主計算機共享同一個IP 地址，如圖3所示。

主機模式(Host-Only)。在Host-Only模式下，虛擬網(wǎng)絡(luò)是一個全封閉的網(wǎng)絡(luò)，它唯一能夠訪問的就是宿主機。其實Host-Only網(wǎng)絡(luò)和NAT網(wǎng)絡(luò)很相似，不同的地方就是Host-Only網(wǎng)絡(luò)沒有NAT服務(wù)，所以虛擬網(wǎng)絡(luò)不能連接到Internet。主機和虛擬機之間的通信是通過VMware Network Adepter VMnet1虛擬網(wǎng)卡來實現(xiàn)的，如圖4所示。

(3) 便捷的虛擬設(shè)備的添加刪除

設(shè)備的添加與刪除其實并不復(fù)雜，也不是本門課程的主要教學(xué)內(nèi)容，并且費時費力，通常不需要反復(fù)演練，但在傳統(tǒng)的實踐教學(xué)過程中，這是完成整個實驗必不可少的一步。在VMWare虛擬實驗環(huán)境下，這一切將變得異常簡單，只不過是一個普通的操作，而且具有完全仿真的效果。

(4) 虛擬機狀態(tài)的保存與恢復(fù)

在VMWare中提出了“快照(snapshot)”的概念，是指幾乎在瞬間就可以對虛擬機的狀態(tài)做一次保存，就像對虛擬機的狀態(tài)做了一次照相一樣保存起來。這種保存非常方便，而且可以對同一虛擬機做多次的快照。以后只要需要，就可以簡單的恢復(fù)到曾經(jīng)做過的任何一個歷史上的“快照”點去。這是在現(xiàn)實中不會有，也不可能有的。這可以讓學(xué)生以放松的心態(tài)投入到實踐中，不用擔心會犯錯。[5]

3虛擬化教學(xué)模式的教學(xué)效果及需注意的問題

3.1教學(xué)效果

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程實踐教學(xué)通過搭建完整的實驗拓撲結(jié)構(gòu)，安裝所需要的真實的硬件設(shè)備和必須的軟件組件，以完全真實的實驗過程對學(xué)生進行相關(guān)實踐技能的訓(xùn)練和培養(yǎng)。實訓(xùn)過程的真實性和貼近實戰(zhàn)程度是其他方式無法比擬的。

但這種理論上最優(yōu)的教學(xué)模式在實際執(zhí)行時遇到了較大的困難和挑戰(zhàn)，甚至影響到教學(xué)目標的實現(xiàn)，為此不得不尋求新的模式和方法改進實踐教學(xué)的效果。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)專業(yè)相關(guān)課程的實踐教學(xué)提供了新的方法和手段。如表1所示為在虛擬化模式下如何解決相關(guān)的問題或困難。

表1　虛擬機技術(shù)對傳統(tǒng)“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)課程”實踐教學(xué)中主要問題的解決措施

可見虛擬化的實踐教學(xué)模式不但能夠勝任實踐教學(xué)的需要，而且能夠創(chuàng)造性的解決傳統(tǒng)實踐教學(xué)中的諸多困難和問題。虛擬化下的“Windows Server課程”實踐教學(xué)為高職操作系統(tǒng)課程的實踐教學(xué)提供了新的方法，開辟了新的路徑。

3.2需注意的問題

需要較高配置的計算機。虛擬化環(huán)境下的實踐教學(xué)是通過在普通計算機上安裝虛擬機軟件，在虛擬機化軟件中安裝和配置虛擬的計算機產(chǎn)生。一臺普通計算機上到底可以同時運行多少臺虛擬機，以及虛擬機運行速度的快慢，主要取決于虛擬機的宿主計算機配置和性能的強弱?，F(xiàn)在的計算機性能普遍較高，對于一般虛擬機的運行困難不大。有的稍舊一些的計算機只要適當增大計算機內(nèi)存，也基本可以滿足運行虛擬機的需要。

需要掌握虛擬化軟件的配置和使用。使用虛擬機來進行相關(guān)課程的教學(xué)，需要大家對虛擬機的使用方法有一定的了解。不同的虛擬機軟件有不同的使用方法。虛擬機軟件不同于一般的軟件，它的配置和使用需要對計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有一定了解。

虛擬環(huán)境中的計算機網(wǎng)絡(luò)是對真實網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡化。虛擬環(huán)境中的計算機網(wǎng)絡(luò)是對真實網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡化。其核心是安裝有操作系統(tǒng)的虛擬機，在操作系統(tǒng)和計算機這個層次上來說，虛擬計算機具有高度的仿真性。但當以虛擬機為基礎(chǔ)構(gòu)建虛擬計算機網(wǎng)絡(luò)時并不包括構(gòu)建真實網(wǎng)絡(luò)所

必須的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝和通信介質(zhì)的連接。這些主要根據(jù)虛擬機工作模式的不同隱含在其中。所以說虛擬網(wǎng)絡(luò)是對真實網(wǎng)絡(luò)的抽象和簡化。

無法滿足構(gòu)建大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的需要。大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)往往需要較多計算機，具有復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。目前的虛擬機技術(shù)在構(gòu)建大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)面前還十分薄弱，其核心是虛擬化的軟件環(huán)境缺乏對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的支持。

虛擬環(huán)境下的實踐教學(xué)遠非完美，它只是突出的解決了傳統(tǒng)教學(xué)中的主要矛盾。在虛擬化技術(shù)還在不斷發(fā)展的今天，虛擬環(huán)境下的實踐教學(xué)仍然不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實踐教學(xué)。它也存在著自身的問題和缺點。有時優(yōu)點恰恰又成了缺點。如何揚長避短、虛實結(jié)合是我們在應(yīng)用虛擬化技術(shù)進行實踐教學(xué)所必須研究和關(guān)注的問題。

參考文獻:

[1]何增穎．虛擬機技術(shù)的實驗教學(xué)應(yīng)用[J]．實踐科學(xué)與技術(shù)，2010,8(1)：80-87.

[2]王春海． 高紅瑋．VMware Workstation與ESX Server典型應(yīng)用指南[M]．北京：中國鐵道出版社，2012：1-190．

[3]師雪霖．徐 恪．云虛擬機資源分配的效用最大化模型[J]．計算機學(xué)報，2013，36(2)：253-261.

[4]王春海. VMware 虛擬化與云計算應(yīng)用案例詳解[M]. 北京：中國鐵道出版社,2013:131-168.

[5]鄭婷婷．武延軍．云計算環(huán)境下的虛擬機快速克隆技術(shù)[J]．計算機工程與應(yīng)用，2011，47(13)：63-67.

Application of Virtual Machine Technology in the Network Operating System Course Teaching

ZHUANG Cheng-shan

(Department of Information Engineering, Anhui industry and professional technology college, Tongling 24400, China)

Abstract:Based on the existing problems of traditional operating system course of the network technology specialty in higher vocational college, and taking the course of Windows Server network operating system as an example, the major problems and the reasons which affecting the teaching effect of the course of practice are analyzed in detail. Furthermore, the main function and feature of the virtual machine software VMWare and its application in teaching are studied.

Key words:virtual machine, VMWare,operating system, practice teaching

文章編號：1007-4260(2015)02-0121-04

中圖分類號：TP391.9

文獻標識碼：A

作者簡介：莊城山，男，安徽銅陵人，安徽工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系高級工程師、講師,主要研究方向為計算機網(wǎng)絡(luò)、虛擬化技術(shù)。

收稿日期：2014-11-19