◎顧婷婷

虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方法

◎顧婷婷

針對現(xiàn)階段山東中醫(yī)藥大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，引入了虛擬化技術(shù)，介紹了虛擬化技術(shù)的基本原理，并闡述了將其運(yùn)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾大優(yōu)勢，最后針對三種不同的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，給出了虛擬化技術(shù)的應(yīng)用方法?；谔摂M化技術(shù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，極大的貼近真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，大大提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，也使學(xué)校的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理更便捷，教學(xué)方式更多樣化。

現(xiàn)階段，高校畢業(yè)生普遍存在實(shí)踐能力弱、創(chuàng)新能力差、缺乏實(shí)際工作所需技能等問題，導(dǎo)致就業(yè)率低。雖然各高校正努力改變專業(yè)、課程設(shè)置，改革教學(xué)模式，大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，但隨著招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大，學(xué)生的數(shù)量越來越多，而教學(xué)經(jīng)費(fèi)方面的投入捉襟見肘，高校里的實(shí)驗(yàn)設(shè)備得不到及時(shí)補(bǔ)充，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果欠佳。

我校現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境也存在同樣問題，主要表現(xiàn)在：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著全校計(jì)算機(jī)公共課及專業(yè)課的上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，幾乎全天開放，機(jī)器軟硬件故障頻發(fā)；各專業(yè)學(xué)生所需軟件多種多樣，且軟件版本更新較快，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要經(jīng)常安裝或升級軟件，但硬件更新周期長，新軟件無法在低性能機(jī)器上安裝或順暢運(yùn)行；計(jì)算機(jī)專業(yè)課實(shí)驗(yàn)中，有不少實(shí)驗(yàn)內(nèi)容帶有一定的危險(xiǎn)性或破壞性，教師一般采取課堂演示或以講代練的方式進(jìn)行教學(xué)，無法讓學(xué)生親自動(dòng)手操作。

基于上述問題，我?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，根本無法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，怎樣合理利用有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，并保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，成為我校所面臨的嚴(yán)峻問題。

虛擬化技術(shù)

虛擬化是一種資源管理技術(shù)，是對計(jì)算機(jī)的各類實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等的抽象化。在虛擬化技術(shù)中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以虛擬出多臺(tái)相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，每臺(tái)虛擬機(jī)都具有相互獨(dú)立的操作系統(tǒng)和硬件資源，每一個(gè)操作系統(tǒng)都可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用，各應(yīng)用之間互不干擾，因此可大大提高計(jì)算機(jī)資源的利用率。從用戶角度考慮，虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了軟硬件資源的分離，用戶只需負(fù)責(zé)在虛擬環(huán)境中運(yùn)行所需的應(yīng)用即可，不必考慮硬件如何實(shí)現(xiàn)，更加方便、易學(xué)。

虛擬化技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：一是方便維護(hù)，當(dāng)一臺(tái)虛擬機(jī)無法正常運(yùn)行時(shí)，物理主機(jī)和其他虛擬機(jī)仍可照常運(yùn)轉(zhuǎn)，不受干擾；二是可移植性，虛擬機(jī)將其系統(tǒng)文件存儲(chǔ)為一個(gè)映像文件或文件夾，只需將這個(gè)映像文件或文件夾復(fù)制到其他計(jì)算機(jī)上，就可以快速搭建新虛擬機(jī)，進(jìn)行多臺(tái)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一部署也更方便。三是較強(qiáng)安全性，即使在虛擬機(jī)上進(jìn)行有危險(xiǎn)性或破壞性的實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)影響物理主機(jī)，拓寬了實(shí)驗(yàn)范圍；四是貼近現(xiàn)實(shí)，如運(yùn)用虛擬機(jī)具備的網(wǎng)絡(luò)連接功能，可模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)搭建、管理、維護(hù)等操作，讓學(xué)生更直觀的掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

虛擬化技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用方法

針對目前我校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不同的實(shí)驗(yàn)要求，可從以下三個(gè)方面應(yīng)用虛擬化技術(shù)：

（1）應(yīng)用于只需單機(jī)操作的實(shí)驗(yàn)課程。非計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的課程，雖然實(shí)驗(yàn)操作只需在單機(jī)上完成，無需搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，但不同的課程內(nèi)容對實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求卻千差萬別、日新月異。比如操作系統(tǒng)，從Windows系列到Linux、Unix，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的變化，需要隨時(shí)提供相應(yīng)版本，這就要求實(shí)驗(yàn)室的每臺(tái)計(jì)算機(jī)上都要具備多個(gè)版本的操作系統(tǒng)，但普通的計(jì)算機(jī)根本無法支持同時(shí)安裝多版本操作系統(tǒng)。又比如一些計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，需要的是一個(gè)綜合環(huán)境，如Windows+Visual Studio+SQL Server環(huán)境，或Linux+MySQL+Apache環(huán)境。

針對此類課程，可采用VMware Workstation虛擬化技術(shù)搭建多操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。首先在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上安裝Windows操作系統(tǒng)，并部署虛擬機(jī)系統(tǒng)VMware Workstation，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)可以安裝任意一種操作系統(tǒng)，最后為每臺(tái)虛擬機(jī)安裝所需的應(yīng)用軟件，至此一臺(tái)能支持多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境的計(jì)算機(jī)部署完成?；谠撚?jì)算機(jī)的虛擬機(jī)文件，可以快速的部署實(shí)驗(yàn)室中的其他計(jì)算機(jī)。因?yàn)樘摂M機(jī)的獨(dú)立性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，不必?fù)?dān)心因難免的操作失誤而破壞物理主機(jī)的操作系統(tǒng)，可以更大膽的開展實(shí)驗(yàn)，更好的鍛煉實(shí)踐能力。

（2）應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的課程，自然離不開網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持。每一位正在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)的學(xué)生，都希望能獲得親手搭建、配置網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)。但因?qū)W校經(jīng)費(fèi)有限，而且實(shí)驗(yàn)室的課程安排很滿，實(shí)驗(yàn)室里的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，不可能隨意的讓學(xué)生去配置網(wǎng)絡(luò)，否則極易造成設(shè)備損壞、網(wǎng)絡(luò)崩潰，進(jìn)而影響其他實(shí)驗(yàn)課程的正常進(jìn)行。

針對此類課程，可以采用虛擬化技術(shù)搭建一個(gè)局域網(wǎng)的虛擬環(huán)境。虛擬化技術(shù)不僅可以按方法（1）所述虛擬出具有完整硬件設(shè)備的虛擬機(jī)，還可以虛擬出交換機(jī)、虛擬網(wǎng)卡等一系列虛擬網(wǎng)絡(luò)組件。運(yùn)用這些組件可將各個(gè)虛擬機(jī)按不同的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行組網(wǎng)，練習(xí)配置各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，進(jìn)行DHCP、DNS服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的架設(shè)等實(shí)驗(yàn)。虛擬機(jī)中網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式與現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境基本相同，因此學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不僅可以獲取更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，還無需擔(dān)心虛擬網(wǎng)卡與虛擬交換機(jī)出現(xiàn)故障或沖突。

（3）應(yīng)用于學(xué)生的課后練習(xí)。由于實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)有限，很多學(xué)生在課上無法完全掌握所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，希望能在課后多加練習(xí)。針對學(xué)生課后練習(xí)的迫切需求，可以利用虛擬化技術(shù)的可移植性，將實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)部署好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境快速的遷移到個(gè)人電腦里。學(xué)生只需用移動(dòng)設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)部署好的虛擬機(jī)文件復(fù)制到個(gè)人電腦上，并將這個(gè)文件部署到機(jī)器上，啟動(dòng)虛擬機(jī)即可直接使用，個(gè)人電腦也就擁有了相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

同樣的，當(dāng)老師上課、作報(bào)告或舉行專業(yè)講座時(shí)，教室或報(bào)告廳的計(jì)算機(jī)未必支持所需的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，也可采用同樣方法，將所需環(huán)境部署為一個(gè)虛擬機(jī)文件，將其遷移至教室或報(bào)告廳的計(jì)算機(jī)中。

實(shí)踐證明，采用虛擬化技術(shù)搭建的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，極大的貼近真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生提供了豐富多樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大大提高了實(shí)驗(yàn)技能。基于此平臺(tái)，我校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理更便捷，教學(xué)方式更多樣化，同時(shí)提高了資金和設(shè)備的利用率，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的支撐水平和服務(wù)能力。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，我們將深入探究、合理科學(xué)的運(yùn)用虛擬化技術(shù)，進(jìn)一步提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與水平。

（作者單位：山東中醫(yī)藥大學(xué)）