唐彧++王淵

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)訓(xùn)教學(xué)構(gòu)想在計(jì)算機(jī)教學(xué)中得到實(shí)踐，為提高計(jì)算機(jī)教學(xué)質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。虛擬機(jī)技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)所采用的技術(shù)，主要包括硬件虛擬化技術(shù)和指令集虛擬化技術(shù)，是計(jì)算機(jī)工作者研究的重點(diǎn)話題。鑒于此，如何將虛擬機(jī)技術(shù)高效應(yīng)用至計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中去，成為相關(guān)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。該文筆者將以虛擬機(jī)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，分析虛擬機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，探究虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；虛擬機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）11-0132-02

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是計(jì)算機(jī)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)水平與實(shí)踐能力的有效手段。目前，由于諸多客觀因素，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果并不理想，難以達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。鑒于此，虛擬機(jī)技術(shù)逐漸得到計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的關(guān)注與重視。

1 虛擬機(jī)技術(shù)基本概述

1.1 虛擬機(jī)

虛擬機(jī)，指以軟件模擬為基礎(chǔ)條件，且硬件系統(tǒng)功能具有完整性的，在隔離環(huán)境下運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬系統(tǒng)，以生成當(dāng)前操作系統(tǒng)的全新虛擬鏡像的基礎(chǔ)上，其與Windows系統(tǒng)共同大同小異，在進(jìn)入到虛擬系統(tǒng)后，通過一個(gè)全新的、獨(dú)立的虛擬系統(tǒng)為界面，完成相關(guān)操作。獨(dú)立安裝運(yùn)行軟件是其基本功能，既能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效保存，且能夠設(shè)置具有個(gè)性化的獨(dú)立桌面，同時(shí)，對(duì)真正的系統(tǒng)不存在明顯影響，能達(dá)到現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)靈活切換的效果。對(duì)于虛擬系統(tǒng)與傳統(tǒng)虛擬機(jī)，兩者存在一定差別：針對(duì)虛擬系統(tǒng)，其不會(huì)影響電腦性能，與Windows系統(tǒng)啟動(dòng)相比較，大大縮短了其啟動(dòng)時(shí)間，方便、快捷是虛擬系統(tǒng)運(yùn)行程序的基本特點(diǎn)，且虛擬系統(tǒng)只能模擬與現(xiàn)有操作系統(tǒng)一致的環(huán)境，傳統(tǒng)虛擬機(jī)，則可模擬出多個(gè)不同類型的操作系統(tǒng)。由于虛擬機(jī)需對(duì)底層硬件指令進(jìn)行模擬，因此，應(yīng)用程序運(yùn)行所需耗費(fèi)的時(shí)間明顯多于虛擬系統(tǒng)。其中，VMware、Virtual Box以及Virtual PC是常用的虛擬機(jī)軟件，其以Windows系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可模擬出多個(gè)計(jì)算機(jī)。

1.2 虛擬機(jī)技術(shù)

虛擬機(jī)技術(shù)，屬于虛擬化技術(shù)范疇，然而，虛擬化技術(shù)，指將事物由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N不同的形式，其中，操作系統(tǒng)中內(nèi)存的虛擬化是較常使用的虛擬化技術(shù)，實(shí)際運(yùn)行過程中，用戶所需內(nèi)存空間明顯高大于物理機(jī)器的內(nèi)存，基于內(nèi)存虛擬化技術(shù)作用下，用戶可將部分硬盤虛擬化為內(nèi)存，針對(duì)用戶，其具有透明性。同時(shí)，將虛擬專用網(wǎng)技術(shù)（VPN）應(yīng)用至公共網(wǎng)絡(luò)中，虛擬化出一條具有安全性和穩(wěn)定性的“隧道”，促使用戶感覺其與私有網(wǎng)絡(luò)無差別。

上世紀(jì)六七十年代，IBN正式提出虛擬機(jī)技術(shù)，并將虛擬機(jī)技術(shù)進(jìn)行如下定義：虛擬機(jī)技術(shù)，即用以實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備軟件模擬，達(dá)到分時(shí)共享目的的大型機(jī)的應(yīng)用模式。虛擬機(jī)監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虛擬機(jī)技術(shù)的核心與關(guān)鍵，其屬于位于操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)硬件間的一層代碼，主要作用在于將硬件平臺(tái)分割為多個(gè)虛擬機(jī)?；谔貦?quán)模式前提下，VMM運(yùn)行可隔離并管理上層運(yùn)行的虛擬機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層硬件訪問的仲裁效果，同時(shí)，為不同的客戶操作系統(tǒng)虛擬出一套具有獨(dú)立性的實(shí)際硬件的虛擬硬件環(huán)境，其中，內(nèi)存、處理器以及I/O設(shè)備均屬于該范疇。

2 虛擬機(jī)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)虛擬機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，涉及所方面內(nèi)容，現(xiàn)將其進(jìn)行如下歸納：

第一，一機(jī)多用，減少浪費(fèi)。在虛擬機(jī)技術(shù)指導(dǎo)下，無需進(jìn)行分區(qū)或重新開機(jī)。兩種或兩種以上的操作系統(tǒng)可在同一計(jì)算機(jī)上完成，達(dá)到降低過分依賴多系統(tǒng)的目的，無需借助多分區(qū)或多硬盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)操作系統(tǒng)的安裝，不僅有利于節(jié)省資源，避免不必要的浪費(fèi)，而且有助于減少維護(hù)費(fèi)用。

第二，兼容性好，移植性強(qiáng)。虛擬機(jī)，將操作采用設(shè)置為映像文件格式，并存儲(chǔ)至宿主機(jī)硬盤內(nèi)，在保證無任何問題的基礎(chǔ)上，將其拷貝至其他計(jì)算機(jī)上去，為多機(jī)統(tǒng)一部署和安裝提供便利。

第三，高度集成，操作簡單。在任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，虛擬機(jī)均可同時(shí)集成出多個(gè)不同的操作系統(tǒng)，且系統(tǒng)間可實(shí)現(xiàn)隨意切換效果，達(dá)到互動(dòng)操作目標(biāo)。與此同時(shí)，借助聯(lián)網(wǎng)功能，促使虛擬網(wǎng)絡(luò)得以重建，將較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。

第四，有利于對(duì)操作環(huán)境進(jìn)行修改和完善，通過虛擬機(jī)軟件，在設(shè)定系統(tǒng)操作環(huán)境的基礎(chǔ)上，為修改操作環(huán)境提供便利，例如，周邊設(shè)備、內(nèi)存以及磁碟空間等。

第五，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的安全性。對(duì)于虛擬機(jī)，操作系統(tǒng)若出現(xiàn)問題，不會(huì)對(duì)宿主機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生明顯影響作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)宿主機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)，以達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)安全性的目的。

3 虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展諸多軟件已具備虛擬機(jī)的功能，例如，常見的VMware Wokrstation、Virtual PC、Virtual Box等。本文筆者將以VMware Wokrstation為依據(jù)，分析計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中虛擬機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

3.1 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用至實(shí)訓(xùn)環(huán)境維護(hù)中

公共機(jī)房是計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要形式，常常需將大量實(shí)訓(xùn)軟件安裝至每臺(tái)計(jì)算機(jī)中去。然而，實(shí)際情況并非如此，由于軟件與軟件間安裝運(yùn)行環(huán)境沖突事件頻頻發(fā)生，導(dǎo)致其難以達(dá)到正常安裝使用效果。在此基礎(chǔ)上，安裝多操作系統(tǒng)來分別安裝軟件屬于傳統(tǒng)解決方法，其效果并不顯著，大大增加了實(shí)訓(xùn)環(huán)境維護(hù)負(fù)擔(dān)，基于此，利用虛擬機(jī)，促使公共機(jī)房軟件沖突問題得以解決，達(dá)到改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境的目的。

例如，若將用友財(cái)務(wù)通2005和用友財(cái)務(wù)通v10同時(shí)安裝至一個(gè)機(jī)房內(nèi)，且兩個(gè)軟件均依賴于一個(gè)數(shù)據(jù)庫，即Microsoft SQL 2000數(shù)據(jù)庫，同時(shí)，沖突現(xiàn)象頻頻發(fā)生于數(shù)據(jù)庫實(shí)例文件中，需安裝分操作系統(tǒng)。在此背景下，將虛擬機(jī)新建于一臺(tái)實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)中，采用正確的方式，安裝Windows XP操作系統(tǒng)與Microsoft SQL 2000數(shù)據(jù)庫軟件。在VMware Wokrstation軟件指導(dǎo)下，執(zhí)行“克隆”命令，基于較短時(shí)間內(nèi)，克隆出原系統(tǒng)一致的虛擬機(jī)系統(tǒng)，并將用友財(cái)務(wù)通2005和用友財(cái)務(wù)通v10分別安裝至克隆出的系統(tǒng)中，再利用Ghost或同傳系統(tǒng)，促使整個(gè)機(jī)房的軟件環(huán)境得到更新和維護(hù)。基于此，計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，以教學(xué)具體需求為指導(dǎo)，合理選擇虛擬機(jī)系統(tǒng)，達(dá)到實(shí)訓(xùn)教學(xué)目的，促使虛擬機(jī)技術(shù)無需將多系統(tǒng)安裝至實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)靈活切換系統(tǒng)的目標(biāo)，為計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作的有序開展創(chuàng)造有利條件，提高計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，緩解機(jī)房軟件環(huán)境維護(hù)負(fù)擔(dān)，優(yōu)化機(jī)房軟件環(huán)境。

3.2 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用至難以實(shí)施的實(shí)訓(xùn)課程中

目前，由于多方面因素，導(dǎo)致部分實(shí)驗(yàn)無法在計(jì)算機(jī)課程實(shí)訓(xùn)中進(jìn)行，例如，計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)課程中的BIOS參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)如今，針對(duì)實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)，諸多計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)機(jī)房均采取了還原保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)BIOS和硬盤訪問設(shè)置了權(quán)限，導(dǎo)致相關(guān)的實(shí)驗(yàn)無法順利進(jìn)行。因此，在該部分計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，諸多授課者常利用圖片開展教學(xué)活動(dòng)，或純理論教學(xué)，或利用模擬器被動(dòng)完成較為簡單的實(shí)驗(yàn)，致使聽課者難以準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)流程，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。鑒于此，利用虛擬機(jī)技術(shù)，有效解決計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的相關(guān)問題，達(dá)到提高計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

例如，針對(duì)BIOS參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)，將任意的虛擬機(jī)新建配置至實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)中，在啟動(dòng)虛擬機(jī)時(shí)，按下“F2”按鍵，從而直接進(jìn)入虛擬機(jī)BIOS界面。在此基礎(chǔ)上，以虛擬機(jī)所模擬的BIOS界面為依據(jù)，進(jìn)行BIOS設(shè)置實(shí)驗(yàn)。在虛擬機(jī)BIOS環(huán)境下，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備得以模擬，可利用其進(jìn)行BIOS常規(guī)設(shè)置，例如，開機(jī)順序、調(diào)整時(shí)間以及主從盤等，聽課者可對(duì)虛擬機(jī)運(yùn)行環(huán)境變化情況進(jìn)行觀察。與此同時(shí)，宿主機(jī)硬件設(shè)備不會(huì)受到試驗(yàn)結(jié)果影響。由VMware Wokrstation提供的PhoenixBIOS的BIOS程序，在筆記本電腦和品牌機(jī)中得到廣泛應(yīng)用，且適用于計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)的開展。

3.3 虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用至復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的構(gòu)建

計(jì)算機(jī)技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展為顯著特征，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐能力是檢驗(yàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)。鑒于此，為達(dá)到信息化人才培養(yǎng)目標(biāo)，建設(shè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)訓(xùn)室顯得尤為重要。目前，由于客觀因素等條件的影響，諸多實(shí)訓(xùn)室難以提供良好的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果并不顯著，若以虛擬機(jī)技術(shù)為指導(dǎo)，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中合理應(yīng)用，促使該問題得到解決。

目前，針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)，以企業(yè)網(wǎng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)，是基于路由器、多臺(tái)計(jì)算機(jī)以及交換機(jī)共同作用下，從而構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)，以工作組模式為前提條件，合理配置Windows Sevrer操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。一般情況下，大量的實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)是完成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的重要支撐力量，因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)環(huán)境要求越來越高。但是，若實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)不斷更改操作系統(tǒng)，致使操作系統(tǒng)受到損害。在完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)的背景下，需重新安裝操作系統(tǒng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)維護(hù)工作量不斷增加。在此情況下，虛擬機(jī)與宿主機(jī)、虛擬機(jī)與虛擬機(jī)是VMware Wokrstation的基本媒介，通過給其提供的網(wǎng)絡(luò)通信虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以達(dá)到完成Web、FTP以及服務(wù)器配置等實(shí)驗(yàn)的目的。

例如，企業(yè)網(wǎng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，路由器、四臺(tái)計(jì)算機(jī)以及兩臺(tái)交換機(jī)是構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)所需設(shè)備。其中，PCI為FTP服務(wù)器，PC2為WEB服務(wù)器，其分別與SwitchA交換機(jī)和Route路由器連接，PC3與PV4屬于一般網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，其與SwitchB連接，并互相連接兩臺(tái)交換機(jī)。實(shí)驗(yàn)過程，如下所示：利用VMware Wokrstation軟件，在一臺(tái)實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)上模擬出PC1和PC2，并在虛擬機(jī)上安裝相對(duì)應(yīng)的Windows操作系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)模式為橋接，科學(xué)設(shè)置PC1和PC2中的FTP服務(wù)器與Web服務(wù)器。利用VMware Wokrstation軟件，將PC3與PC4模擬至第二臺(tái)計(jì)實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)上。在此基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)，將各個(gè)設(shè)備連接好，設(shè)置好每臺(tái)虛擬機(jī)的P1地址，以實(shí)驗(yàn)需求為指導(dǎo)，合理設(shè)置Vlan和路由器，并采用正確方式，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程相比，虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用是該實(shí)驗(yàn)的最大特點(diǎn)，基于此，促使所需實(shí)訓(xùn)計(jì)算機(jī)得以減少，以虛擬機(jī)為主要表現(xiàn)形式，以達(dá)到拓展變化空間的目的。

4 小結(jié)

綜上所述，在計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，合理利用虛擬機(jī)技術(shù)，增加計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的真實(shí)性與安全性，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)境，促使實(shí)訓(xùn)成本得以降低，有助于提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，以達(dá)到實(shí)訓(xùn)教學(xué)目標(biāo)。

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