將虛擬化技術引入中小學機房管理

王曦輝

計算機教育在中小學中廣泛展開，有效提高機房的綜合應用管理水平，已經成為一個緊迫而又實際的問題。筆者從事機房管理近十年，采用多種管理策略，但大多有其局限。隨著虛擬化技術的發展、多家企業的支持、節能環保的要求與硬件效能的發展，虛擬化技術已經步入成熟期，在很多領域內虛擬化技術已經得到應用，取得滿意效果，但在中小學的機房管理、使用中卻很少被應用，這為虛擬化技術應用引入中小學機房管理帶來契機。

一、機房管理中存在的問題

1.機房設備管理方面

（1）機房管理老師的日常維護工作量很大。

當前計算機實驗室的應用涉及多個班級的多門課程，每個課程都需要不同的計算機操作系統和各類相應的應用軟件，而計算機操作系統網絡同傳的時間長達一個小時，其后的計算名稱和ip地址的設置需要大約一個，大量的時間被浪費，使得機房使用率下降，加上其他不確定因素的影響，使得同傳與部署的時間往往更長，維護人員經常從事重復性工作。

（2）計算機硬件環境配置不同，管理復雜度。

由于不同硬件環境的計算機的操作系統需要單獨安裝，而每臺計算機又可能需要安裝多操作系統，極易混淆，加上各應用程序版本不同及升級問題，使得系統本身的創建就帶有諸如軟件兼容與版本沖突等問題。

（3）病毒預防隔離困難。

目前各類病毒猖獗，且增長迅猛，僅靠計算機還原卡或還原軟件預防病毒是不現實的。若使用還原卡與還原軟件隔離病毒，還會帶來操作系統和軟件升級及硬盤死鎖等問題。

2.輔助教學與軟件應用方面

（1）軟件增加和更新耗時，靈活性不夠。

其一，有些課程需要使用某個特定軟件，且時間緊迫，在以往的管理模式下很難實現，往往要求工作人員付出大量的勞動，還不一定能完全滿足應用需求。其二，無紙化考試的出現使得考試需要特殊的軟件環境和要求極高的穩定性與安全性，此類環境的構建往往要求嚴苛，對計算機房的軟件增加與更新有嚴格的限制，幾乎沒有靈活性可言。

（2）個性化應用不足。

由于學生個體的差異特性，必然使其使用習慣與個人愛好有極大的差異，從而使其對系統的環境設置有不同的要求，雖然可以通過多用戶設置滿足其中部分要求但不能滿足學生的個性化要求。

（3）多考試的環境的構建困難。

多考試環境之間有較大的差異，在傳統管理模式中雖然可以通過多系統引導實現，但其風險較高，往往牽一發而動全身。例如國家計算機等級考試一級的考試環境要求為Win7與Office2010的組合，而高中信息技術學業水平的測試為WinXP與office2000的組合，這兩者要在同一臺計算機中實現大約只能依靠雙系統，但考慮到考試的嚴苛與特殊性，往往還是考試環境定制與獨占。

（4）系統出錯無法回寫。

龐大的軟件應用數量使得軟件沖突的潛在風險大幅上升，單軟件獨占系統則開銷太大，軟件沖突導致的系統出錯是無法恢復與回寫的。

（5）特殊教學實驗無法實現。

有些教學與實驗及其特殊，但又有其存在的意義與價值，需要演示與實驗，在以往的管理模式中很難被實現。如局域網架構實驗演示等，這在傳統的機房管理中是難以實現的。

二、虛擬化技術引入機房管理的優勢

1.最小化的硬件成本與資金投入

虛擬化能減輕采購更多硬件代理的經濟負擔。企業級的虛擬化應用也許需要購買相應的硬件、軟件與解決方案，以及相應的人員配備與培訓，但在中小學機房引入虛擬化技術，只需要安裝相應的軟件而已，進行合理的設置，幾乎不需要資金投入。

2.系統環境的文件封裝與便捷管理

（1）將原來龐大而繁雜的系統完全而私密的封裝在單一文件中，從而將原來復雜的系統管理降級為相對簡單的文件管理。

虛擬技術的引入，會產生相應的虛擬機，而虛擬機則將整個系統封裝到一個或多個文件之中，此文件本身并不能被窺探，其中所存儲的信息不能被隨意讀出與改寫，從而保證其私密性。由于虛擬機文件的出現，使得原本對于系統的管理變更為面向文件的管理，從而使得管理更便捷。

（2）加快系統的恢復速度，有效減少平均故障恢復時間。

系統的重建與架構都是以小時為單位的，機房系統的配置與恢復大多是以天為單位，而文件的恢復與備份則是以秒為單位，大文件的同傳基本可以在半小時內完成。因為虛擬技術的引進，將系統管理降級為文件管理，所以系統恢復時間也降級為文件恢復時間，從而加快系統恢復速度，有效減少平均故障恢復時間。

（3）可以提供容災，在一臺計算機硬件上可以容留多個系統，快速完成系統間的切換。

當系統完成文件封裝之后，系統的備份則變為文件的備份與存儲。多個文件的備份、容災及與切換相較于系統的相應管理，都相對方便與容易，而且虛擬機還可以以關聯的方式創建（即以一個虛擬機文件為基礎，其他虛擬以此文件為基礎且不改寫在此文件的基礎上創建），從而在更小的開銷下提供多系統封裝與切換。。

3.屏蔽底層硬件，擁有強大的環境適應性

虛擬機是有軟件調用硬件資源模擬的計算機硬件環境形成的，所以此環境是獨立于操作系統與硬件系統的，從而將虛擬機的系統的依存環境與底層硬件相隔離，使得虛擬機文件可以在任意安裝相應虛擬機軟件的機器上打開運行，甚至跨平臺操作，擁有強大的適應性。

4.特殊教學內容的支持與實現

使用虛擬機，則可以展示機器的開機過程，實現主板設置的演示，也可在在一臺物理計算機上模擬多臺計算機，創建相應的網絡，完成相關的網絡教學與實驗。

四、虛擬化的實現

虛擬化的實現有許多的方案，考慮到中小學機房的實際應用與資金限制，最理想最現實的方案是滿足我們的需求且沒有資金負擔的方案。本著實事求是一切從實際出發的原則，我們選用VirtualBox軟件，實現客戶機操作系統/宿主機操作系統虛擬化方案（通過在一個現存的操作系統上安裝第三方虛擬軟件，并創建多個客戶機操作系統來實現）。VirtualBox是德國一家軟件公司InnoTek所開發的虛擬系統軟件。VirtualBox特色豐富且性能優異，可免費使用。

通過在現有操作系統中安裝VirtualBox軟件，則可以完成宿主機的創建。運行VirtualBox軟件后，可以通過向導與設置得到虛擬的客戶機；對于虛擬客戶機的操作與對于日常物理計算機的操作幾乎一致，需要完成相應的系統創建與架構，創建完成之后即可正常使用，即完成客戶機操作系統。