虛擬機技術在高校專業密集型實驗室的應用研究

余彬

（1.溫州大學城市學院，浙江溫州325035；2.同濟大學，上海200092）

虛擬機技術在高校專業密集型實驗室的應用研究

余彬1，2

（1.溫州大學城市學院，浙江溫州325035；2.同濟大學，上海200092）

虛擬機技術目前在很多領域的應用都相當成熟，而如何利用虛擬機技術改進高校實驗室的管理與運作，卻是管理者們一直追求和探索的課題，具有廣泛的實用價值和理論研究意義.本文提出利用相應的虛擬機技術方案解決目前高校專業密集型實驗室面臨的種種管理困境，揭示了虛擬機技術在高校實驗室應用中的優越性、可行性、安全性和推廣性.

虛擬機；虛擬機技術；實驗室應用

隨著高校教學改革的深化和計算機技術的廣泛發展，許多高校學科的教學重心都從普通說教課程轉移到了專業實訓實驗室中來.資源緊張而又現正處于硬件過渡期的高校各個基礎機房，逐步正在向各專業實驗室的角色進行轉變，其面臨的課程壓力和專業性要求也不斷升高，甚至出現一個“專業”實驗室兼任多個“專業”課程的管理模式.不同的專業課程對計算機有不同的系統配置和軟硬件環境要求，這為實驗室的管理與專業課程的正常教學帶來了很多困擾.且實驗室往往還承擔著每學期的計算機等級考試、普通話考試等等大規模的機考任務，每一項任務都對實驗環境有著苛刻的要求.因此，更使得研究如何通過新技術改進高校實驗室傳統管理模式的問題變得迫在眉睫.

文章通過引入VMware虛擬機技術，利用其多種不同工作模式的配置來解決高校專業密集型實驗室在日常管理與運行中常遇到的幾種典型問題，為當前實驗室管理方法的改進提供一些見解與建議.

1 當前高校實驗室的管理困難

1.1 日常專業課程對實驗室有不同的需求

1)多操作系統要求配置困難：根據不同的專業、不同的課程要求，往往需要實驗室提供與日常不同的計算機操作系統作為實驗環境，例如Linux、Windows2000專業版、Windows2000服務器版、Win2003或Mac等等，這都會增加管理與維護的難度.

2)軟件需求沖突問題難解決：不同的課程、不同的任課教師、不同的教材經常會導致同一專業實驗室所需求的專業軟件安裝相沖突的情況，例如同一軟件的不同版本需求或不同公司開發的同一專業類型軟件都有相沖突的情況存在，這為實驗室的管理者提出了一個很大的需求難題.

3)特殊課程需要一人多臺機器調試的情況：例如我校信息分院開設的計算機基礎網絡課程，需要每位學生實驗時配置服務器與客戶訪問計算機的網絡，這就使得實驗室的計算機不僅需要多系統，更需要將計算機組成兩兩配對，在硬件上進行網線直連.而這種環境的配置，又會影響其它課程實驗的正常開展.

4)還原卡不支持發送的手動注冊、破解類軟件：目前實驗課程的大部分軟件是從網絡上下載的，而相當一部分軟件在安裝完之后是需要手動注冊或破解后才能使用，當使用實驗室的還原卡發送功能將新安裝的系統發送至每一臺實驗機之后，往往會發生該類軟件注冊碼沖突或mac地址綁定沖突無法運行的情況，需人為手動逐一破解才能使用.這為專業實驗室的管理工作，帶來一個很大困擾.

5)大量軟件堆積安裝導致系統緩慢：在一些功能集成化較高的專業實驗室里，往往安裝了大量不同的專業軟件.這些軟件在開機后多多少少要占用實驗機的系統資源，軟件互相拖累，導致實驗機的系統響應緩慢，速度大大不如系統初裝.這讓實驗者怨聲載道.

6)帶有系統損傷性與破壞性的實驗：部分實驗課程需要實驗者對實驗機進行一些損傷性或破壞性的設置，從而進行測試與觀察，例如安裝系統、配置網絡環境等，在實驗完成后，實驗機往往呈現一片狼藉的狀況，讓后續實驗者無法正常進行實驗.

1.2 各類上機考試對實驗室有特殊需求

高校的各類專業機房專業實驗室，在大規模上機考試的時候，往往不可避免地要被征為考試機房，而諸如計算機等級機考等大多類型的上機考試都對考試機有大致相同的要求：干凈的操作系統，相應的考試軟件環境，指定的網絡訪問配置及對本地考試服務器的設置.而這種要求，和平時的專業課程環境均相沖突，往往需要提前停課，對實驗機做好現有備份并進行批量設置和發送，消耗管理者大量的精力，同時占用了實驗室寶貴的正常工作時間.

2 虛擬機及VMware介紹

虛擬機（VirtualMachine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統.通過虛擬機軟件，你可以在一臺物理計算機上模擬出二臺或多臺虛擬的計算機，這些虛擬機完全就像真正的計算機那樣進行工作，例如你可以安裝操作系統、安裝應用程序、訪問網絡資源等等.對于你而言，它只是運行在你物理計算機上的一個應用程序，但是對于在虛擬機中運行的應用程序而言，它就是一臺真正計算機.

目前流行的虛擬機軟件有VMware、VirtualBox和VirtualPC，它們都能在Windows系統上虛擬出多個計算機.

VMware虛擬機是VMware公司出品的一個多系統安裝軟件.VMware虛擬機最大特點即不需要在重新開機的情況下，就能在一臺電腦上同時運行多個操作系統，他們使用的功能也都基本相同，但是前者更具有強大的網絡支持功能和支持不同類型的操作系統，因此，他更具有可用性.

利用虛擬機技術可以很好地解決以上實驗室所日常遇到的難題.

3 實驗室VMware技術解決方案

硬件前提：計算機配置滿足.虛擬機對硬件配置要求比較高，現在的大部分學校計算機機房基本滿足VMware的要求.CPU主頻：建議2G；內存：建議2G；硬盤：建議160GB；網卡：建議結合帶還原卡功能的網卡；操作系統：WindowsXP以上版本.

環境規劃：根據不同專業實驗室的功能與實際用處，建議針對不同課程，規劃各專業實驗室虛擬機裝機方案，結合VMwareWorkstation與VMwarePlayer虛擬機技術安裝不同操作系統及軟件環境的虛擬機.VMwareWorkstation用于管理者創建虛擬機，VMwarePlayer用于后期實驗者快速運行各虛擬機系統.

創建與安裝：使用VMwareWorkstation，創建該專業實驗室課程所需幾種操作系統的基礎虛擬機各一臺，例如Windows2000Server與WindowsXP.然后在各基礎機上打好系統補丁，安裝虛擬機優化軟件VMwareTools（不安裝任何課程專業軟件），創建克隆鏈接的多臺虛擬機，按前期規劃的虛擬機功能分別命名，例如ERP、VC、SQL2000等等.在這些虛擬機中分別安裝好課程要求相應的專業軟件.

網絡配置：VMWare提供了三種工作模式，它們是bridged(橋接模式)、NAT(網絡地址轉換模式)和host-only(主機模式).在創建虛擬機的時候，這一步選擇是解決專業實驗室不同問題的關鍵.具體如何選擇，后文我們進一步詳加說明.

簡化設置與運行：通過修改桌面多個VMwarePlayer快捷方式的指向，讓每個VMwarePlayer的快捷方式分別對應不同的虛擬機，通過雙擊直接運行.例如：將其中一個快捷方式的“目標”文本框的內容修改為："C:Program FilesVMwareVMwareWorkstationvmplayer.exe""C:VMS JFVM-VCJFVM-VC.vmx"(使用英文雙引號)，其中前半句是VMwarePlayer的快捷方式，后面的參數是指定VMware Player運行的虛擬機.然后修改其快捷方式的名稱與該虛擬機相對應即可.

4 VMware虛擬機網絡模式與選擇

4.1 在bridged(橋接模式)模式下，VMWare虛擬出來的操作系統就像是局域網中的一臺獨立的主機，它可以訪問網內任何一臺機器.在橋接模式下，你需要手工為虛擬系統配置IP地址、子網掩碼，而且還要和宿主機器處于同一網段，這樣虛擬系統才能和宿主機器進行通信.同時，由于這個虛擬系統是局域網中的一個獨立的主機系統，那么就可以手工配置它的TCP/IP配置信息，以實現通過局域網的網關或路由器訪問互聯網.

4.2 在host-only(主機模式)下，所有的虛擬系統是可以相互通信的，但虛擬系統和真實的網絡是被隔離開的.虛擬系統和宿主機器系統是可以相互通信的，相當于這兩臺機器通過雙絞線互連.

4.3 使用NAT(網絡地址轉換模式)，就是讓虛擬系統借助NAT(網絡地址轉換)功能，通過宿主機器所在的網絡來訪問公網.也就是說，使用NAT模式可以實現在虛擬系統里訪問互聯網.NAT模式下的虛擬系統的TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虛擬網絡的DHCP服務器提供的，無法進行手工修改，因此虛擬系統也就無法和本局域網中的其他真實主機進行通訊.采用NAT模式最大的優勢是虛擬系統接入互聯網非常簡單，你不需要進行任何其他的配置，只需要宿主機器能訪問互聯網即可.

普通的專業實驗課程，只要求學生能運行軟件獨立操作即可，不要求各實驗機內的虛擬機與其它真實主機進行通訊，所以一般我們選擇NAT模式.只要虛擬機與本機能進行網絡互通和訪問外網，課程要求基本都能滿足.并且，這種模式的選擇，避免了因手動注冊而導致檢測到的局域網內軟件注冊碼沖突、mac地址沖突等問題，大大節省了管理安裝的時間.

而如果想要把虛擬機技術同樣運用在計算機等級考試這類大型機考上，則必須選擇bridged(橋接模式)，且必須為每一個虛擬機分配與物理機相同網段的ip地址.但如果該模式下虛擬機通過實驗室的還原卡功能發送，會發生mac地址沖突、ip地址沖突的問題.mac地址沖突的問題，我們可以通過GNUBashforWindows工具自動修改每臺虛擬機的mac地址，簡化手動設置的繁雜流程，具體方法本文就不展開描述了.而ip地址可以通過設為自動獲取方式，這樣只需要在服務器上打開DHCP服務就可以了，可以使用Windows的DHCP服務，也可以用小巧的TFTPD32軟件中的DHCP服務.

如果一些課程需要利用VMWare創建一個與網內其他機器相隔離的虛擬系統，進行某些特殊的網絡調試工作，可以選擇host-only模式.

〔1〕國英梅.VMware虛擬機在計算機機房教學中的應用效果分析[J].計算機光盤軟件與應用，2012（22）.

〔2〕龍瑞，伍紅兵，俞海英，胡勇強.虛擬機在全國計算機等級考試機試中的應用[J].電腦知識與技術，2008，14（3）：687-688.

〔3〕冷飛，欒仕喜，鄭紅興.虛擬機技術在公共機房實驗教學中的運用[J].軟件導刊，2013，12（1）.

〔4〕高校專業機房使用VMwarePlayer解決方案.VMware Wordstation與ESXServer典型應用指南.

〔5〕虛擬機技術.百度百科，http://baike.baidu.com/view/ 1132.htm.

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