虛擬機技術在計算機實驗教學中的應用研究

谷 豐

虛擬機技術在計算機實驗教學中的應用研究

谷 豐

提出了利用虛擬機技術進行計算機實驗教學的意義，簡單介紹了虛擬機技術的基本原理和特點，總結出虛擬機的體系結構，最后以VMWare 構建DOS操作系統實驗環境為例介紹了虛擬機在實驗教學中的應用。實踐證明，虛擬機技術的采用能有效地解決當前計算機實驗教學中存在的一些困難。

虛擬機；計算機實驗教學；VMware

一、引 言

目前,許多學校的計算機學科教學與實踐出現了發展需求與現實設備脫節的矛盾。一方面許多學校的招生規模都在不斷擴大,另一方面，計算機實驗設備和實驗場地不能及時得到擴充,使得計算機專業課的教學實驗資源非常緊張,同時設備的過度使用和得不到應有的維護,更加重了這一惡性循環,如何利用有限的設備,完成更多的教學實驗,并確保實驗質量,成為各個高校面臨的重要課題。通過多方調研及實驗探索,合理利用“虛擬機”可在很大程度上解決上述難題[1]。

二、虛擬機技術簡介

虛擬機技術的發展已經有幾十年的歷史,近兩年更是火爆,虛擬機越來越受到企業和媒體的關注。

虛擬機是指運行在Windows 或Linux 平臺上的一個應用程序, 它利用軟件的方法來模擬硬件。這個虛擬出來的電腦和真實的電腦幾乎完全一樣,它擁有真實電腦擁有的幾乎所有硬件設備: CPU、內存、硬盤、顯卡、聲卡、網卡、軟驅等, 當然這些都是虛擬出來的[2]。

我們能夠在虛擬機上做任何可以在真實計算機上能進行的幾乎所有操作, 如開機、關機、對硬盤進行格式化、設置BIOS, 而所有這些操作對主機沒有任何影響。在虛擬機崩潰時可直接將其刪除而不影響主機,同樣主機崩潰后也不會影響虛擬機,可以在下次重裝系統后再加入先前創建的虛擬機, 繼續使用它。使用虛擬機軟件可以在一臺電腦上使用多個操作系統,不但方便, 而且安全。虛擬機的這些特點非常適用于進行實驗或進行程序開發與測試。目前, 虛擬機軟件有很多,如VMWare、Virtual PC、twoOStwo、simics、VGS、Virtual Server、Cherry OS、SkyEye 等都屬此類。本文將以應用廣泛,功能強大的VMWare構建DOS操作系統實驗環境為例來介紹虛擬機在實驗教學中的應用。

三、虛擬機的體系結構

從圖1可看出,虛擬機是操作系統之中運行的軟件,利用其功能,可創建多個與宿主操作系統不同的客戶操作系統,并進一步在客戶操作系統中安裝各種應用軟件[3]。

圖1 虛擬機體系結構

四、用VMware構建DOS操作系統實驗環境

VMware目前的最新版本是VMwareWorkstation 6.5,對PC機的配置要求不高, 目前的PC機基本都能安裝。為了保證其順利運行, CPU最好采用雙核, 內存容量512MB以上,可用硬盤空間1GB 以上。這里我們使用VMwareWorkstation 6.5 來創建虛擬機, 以Windows XP為宿主機。

4.1 虛擬計算機與主機的網絡關系[3-4]

虛擬計算機與主機的網絡關系有四種模式(如圖2) : Bridged模式、NAT模式、Host - only模式、custom模式。

圖2 網絡連接模式

（1）Bridged模式: 這一模式適用于宿主機需要獨立上網的情況。默認與VMnet0 (如圖3) 接口相連, 在這種模式下,客戶機通過網橋直接連接外部物理網絡,客戶機和宿主機地位相同,都是本地網絡的一個獨立主機,客戶機與宿主機處于同一網段內,使用本地網絡的不同IP地址。

圖3 默認虛擬網卡

（2）NAT模式: 默認與VMnet8接口相連,該模式采用網絡地址轉換(Network Address Translation, 簡稱NAT) 技術,客戶機經宿主機間接連接外部網絡,所有客戶機構成一個內部私有網絡,使用私有IP地址,除宿主機和同一虛擬網絡內其他客戶機外, 其他外部主機一般不能訪問客戶機。

（3）Host - only模式: 默認與VMnet1 接口相連, 這種模式是一個封閉的模式,客戶機與外界隔離, 默認情況下,客戶機只能訪問宿主機,如果只需建立客戶機與宿主機網絡連接的實驗環境,可以采用這種模式。

（4） Custom模式: 不使用網絡,虛擬機作為單機使用。

4.2 創建DOS系統的虛擬機[5]

VMware虛擬機軟件的安裝設置步驟如下[5]：

（1）軟件安裝

登錄http://www.skycn.com/soft/5535.html，下載該軟件的安裝文件。系統安裝過程中需要使用到序列號，可以到公司的網站http://www.vmware.com上免費申請一個30天的試用序列號。為更方便地滿足學生的實驗需要，可同時下載并安裝該軟件的漢化軟件包HB_VMwareWorkstation_553_34685，實現操作界面的漢化。

（2）系統配置

當系統安裝成功后，桌面有其快捷圖標，雙擊桌面圖標，即可啟動軟件，并創建新的虛擬機。啟動后主界面如圖4。

圖4 VMwareWorkstation 主界面

當系統啟動后，需要對虛擬機進行配置。選擇“文件→新建→虛擬機”菜單選項，彈出創建虛擬機的向導。

在向導窗口中選擇創建虛擬機的類型。“典型”是默認的方式，此方式中包括了常用的“硬件”配置：顯卡、聲卡、網卡，要注意的是這些設備并不依賴于你真正的硬件設備，它們通常是凌駕于硬件之上的虛擬設備，這也正是它拷貝到任何機器上都可以運行的原因；另一種“自定義”方式則可以根據自己的需要進行其他設置，并可以自主選擇虛擬機內需要哪些“硬件”設備，一般情況下我們選擇前一種就可以了。

接著選擇我們需要在虛擬機上運行的操作系統。從圖5中可以看出該虛擬機軟件可以支持的操作系統包括從MS-DOS到Windows 2003以及Unix、Linux、Netware等眾多版本的操作系統。本文中我們以安裝DOS操作系統的虛擬機為例，在圖6中選擇“其他”及“MS-DOS”選項。

圖5 選擇客戶機操作系統

下面我們要輸入該虛擬機的名字（任意的）以及該虛擬機文件將要存放的位置，本例中我們選擇名字為MSDOS，文件路徑為默認，至此，系統在指定的路徑下將自動產生一個MSDOS文件夾和一個MS－DOS.vmx 的虛擬機文件。在“網絡選擇”設置界面中，由于DOS系統不需要網絡，我們選擇“不使用網絡”。至此，一個虛擬機系統(MS-DOS)的設置工作已經完成，如圖6。

圖6 虛擬機系統

4.3 虛擬機軟件系統的使用

單擊圖6中左邊名為“MSDOS”的虛擬機，再單擊工具欄中的綠色三角標志，啟動該虛擬機（紅色鈕表示停止虛擬機運行，中間按鈕表示暫停虛擬機運行）。

首先啟動的是虛擬機的自檢過程，調用虛擬機的BIOS。因為我們安裝“MS-DOS”系統需要使用光盤引導，所以此時需要按F2鍵進入虛擬機的BIOS設置程序，設置為光盤啟動。

接下來在光驅中放入MS-DOS系統的安裝光盤（也可放入鏡像光盤文件），重新啟動虛擬機，然后就如同在實體計算機上一樣安裝MSDOS 系統。

至此整個虛擬機的設置與安裝工作全面完成，虛擬機的啟動過程如圖7所示。由于這個虛擬的MSDOS系統是以文件的形式存放在你的硬盤中，此時虛擬機的硬盤就如同剛剛買回的新硬盤一樣，可充分滿足MSDOS教學中的“分區”、“格式化”等實驗操作，學生在實驗中對設備的真實系統絲毫不會造成損壞。由于整個虛擬機系統只是以一個文件的形式存放在磁盤上，如果人們不需要這個虛擬機系統了，直接將對應文件夾或虛擬機文件刪除就可以了。當然，我們也可以將該路徑下的文件拷貝到其他裝有VMware軟件的機器中使用，就如同在本地創建的一樣。

圖7 虛擬操作系統(MSDOS)啟動界面

五、結束語

VMvare虛擬機系統也可以同樣的方法安裝其他的操作系統使用，如Linux虛擬機系統等，它們同樣與主系統完全沒有沖突，實踐證明：在計算機實驗教學中，虛擬機技術的應用能較好地滿足學生的教學實驗需要，具有實驗效率高、設備費用低、實驗內容豐富、使用方便、界面友好、集成性強、與計算機技術同步發展等明顯優勢。

總之，虛擬機技術的發展有效地解決了當前學校教學設備不足的問題，減輕了機房管理人員的維護負擔，為計算機教學提供了一個非常廣闊的空間，如何有效利用虛擬機更好地為教學和研究服務是一個值得計算機教師長期關注的問題。

[1]方向陽.“虛擬機”在實驗教學中的應用探索[J].中國現代教育裝備.2006年第11期(總第45期).第34-35頁

[2]杜化美, 張更路, 吳亞峰.虛擬機在實驗教學中的應用[J].電腦知識與技術.2008年第4期.第979-980頁

[3]何珍祥, 任 文.計算機實驗教學的利器——虛擬機之應用研究[J].高校實驗室工作研究.2010年6月, 總第104期第2期.第53-54頁

[4]劉智運.21世紀初葉中國高等教育的基本走向[J].高等教育研究,2003, 3.第52-55頁

[5]李群.Vmware 虛擬機軟件在《DOS 操作系統》實驗教學中的應用.恩施職業技術學院學報（綜合版）[J].2009 年第21 卷第3 期.第47-49頁

[6]郝尚英.淺談虛擬機在計算機教學中的應用[J].新課程(教育學術).2010第7期, 第87頁

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.086