計算機實驗教學中虛擬化技術的應用

李麗萍

摘要：文章以引入虛擬化的計算機技術為前提，旨在提高學生學習的質量，從計算機虛擬化專業教學管理質量的角度來對給計算機專業教學的目標進行深度的管理。通過對計算機教學實踐內容和形式加以說明，以此來改善現有的教學質量，提高學生對于虛擬化技術學習的熱情，構建更加完善的計算機實驗教學的體系。

關鍵詞：虛擬化技術；計算機實驗教；學應用分析；教學管理

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0045-02

1 概述

近些年以來，計算機技術被廣泛應用于高校的教學工作當中。這項新技術的許多高校很感興趣，再加上一些相關的延伸技術，使得教學的質量大大的提升，使學生在培訓的時間會更直接地觀察和學習。而且也大大的減少了傳統教學的抽象的方式，同時也使得學習中資源的浪費現象減少。為了能給學生在實驗課中使用計算機方法和設備帶來操作上的方便和安全，并提供了一種新的技術用于計算機教學的支持。對實驗中的虛擬化設備的操作，設置多位的接地元件，設置相似參數，并根據分析的虛擬化試驗，最后將實驗結果與理論計算結果相互結合，借此來起到教學質量提升的目的。

目前中國的高等院校在日常的教學中使用的計算機技術和設備相對的陳舊，培養出的專業技術人才的水平很難達到現階段用人單位的需求，很多計算機設備在使用中會出現各種各樣的問題，很難保證實驗教學的正常進行，嚴重的影響了高校教學質量快速的發展。其中最為突出的是實驗內容和機械之間的配合，在實驗教學協調規劃的同時，很多高校的學院還是單一運轉，學校之間不能形成具體的教學安排，學校領導無法準確的下達進度任務安排，各個學院之間更是沒有有效的溝通，常常會導致機械多余的運行而浪費資源，更者是白白的對機械進行損耗，降低了機械在實驗教學的使用年限。整體看來現在使用的計算機虛擬化技術為基礎的計算機模擬可以大大改善這一現象。在高校實驗教學的方案能有效地運用信息資源的管理機制，從而促進高校教學的質量提升，加強學生通過專業學校適應社會的能力。

2 虛擬化技術的使用

虛擬化的相關技術的出現要追溯到上個世紀的六、七十年代，該技術真正發展起來的時間也就是最近的幾年里。正是由于看到了虛擬化技術在計算機領域中出色的發揮，才使得該技術得到廣泛的使用和人們普遍的認識。虛擬機械設備（virtualmachine，簡稱為VM）是基于多元化的操作系統下的一種服務系統，它在原有單一的操控系統中增加了多種不同種類的處理模式系統，使得現有的物理器可以在多種操作模式下快速的工作，在很大的程度上可以將計算機的軟、硬件的水平發揮的更好。在硬件的基礎部分，將器件中的物理單元模塊逐一分解使用，形成多個固定的邏輯路徑，在程序運行的過程中發揮效能。在現有的虛擬機械設備系統中，中央處理器發揮著核心的作用，處理器中的芯片將系統的工作區域和存儲區域劃分開來，形成了數據的存儲和數據的處理兩個單獨的模塊，同時這兩個模塊還能相互直接形成連接。使用這樣模式下的計算機程序應用方式可以單獨的對系統進行處理，就會形成一定的系統自我保護功能。即使如果在某個虛擬機中凍結程序的現象的出現也不會影響到那些運行在虛擬機外部的操作系統和程序控制的正常的運行。這樣做的目的就是為了增強有限資源的利用率并且能夠方便管理資源。與此同時我們計算機實驗教學中需要的各樣的操作系統都能很透明地運行在其自身的虛擬機中。

非線性的仿真實驗法，非線性仿真結果的不同虛擬計算模式所產生的數值格式有著不同的功能。這種新形式下的計算方法可以作為計算方案來列入實驗內容，方案可分為兩種類型。一種是使用目標將在乘法函數中再次加權的情況下進行運算，是一個完整的函數體系，通過和兩個點的重新加權，得到對應的模擬實驗方案。這種方法特別是共軛置換法，這樣模式類的方法和多普勒平方根法有著相似之處。基于虛擬化的實驗機械仿真由于其穩定性好，計算上較為簡單，教學使用廣泛得到應用。另一個是一個多變量函數的假設，在該定義域的范圍內定義的函數減少到有效值以內的個數，對規劃的目標函數的第三種類型可以分析區域界限。這種方法雖然比較簡單，但很少使用的機械模擬，最主要的原因是在轉變編程中多次使用虛擬進程，導致系統的數據無法完全復制到實驗機械中，機械執行的命令和指令都是很片面，具體變現在工作斷斷續續，不能系統的完成整個工程的協調指令。

線性仿真實驗法，在計算機教學仿真實驗中是使用一個線性函數對問題進行解決，根據線性函數的數據可分為直接和間接的兩種方法。直接法通常在靜態復雜圖形的實現方法，計算機實驗中會遇到一些人工的情況下無法處理的事情，然后就產生了相應的智能處理技術，能很好的在特定網站尋找固定目標，利用電子跟蹤器運用到正確位置。使用迭代的連續函數，在一系列的數學模型計算后，使用線性方程的解，最終得到合理的解決方案用作實驗結果。

間接法常見的有共軛函數法、增廣矩陣變化法。它是將計算機的虛擬仿真問題轉化成非線性仿真問題，再通過非線性仿真方法來求解，或者非線性仿真問題轉化成線性規劃問題來處理。加運轉的指令以坐標的形式發散出去，得到的目標函數在通過重復的驗算，再次得到虛擬情況下的實驗所需要的數據和方案。

3 虛擬技術的計算使用方式

從上文的介紹中可以看出，虛擬模式下的計算機硬件程序在使用中會比傳統的教學系統更加的完善，其中有著很多較為優勢的項目。在使用相關的虛擬技術的過程中要發揮其獨特的物理性能，改善了教學過程中的一些不足之處。下面我們就虛擬化技術在計算機實驗教學中的優勢進行闡述。

其一，教學優勢，即利用虛擬化的技術開設一些具有創新特別且具有實踐能力的虛擬化實驗課程。比如計算機安全、計算機的組成原理、可編程的數字電路、多操作系統交互、并行計算機技術、多核編程技術以及集群技術等等一些實驗性的課程不能在目前的實驗設備上開展。將現有的計算機硬件資源，運用虛擬化的技術。創建一個功能齊全，能夠像一臺“真實”的計算機一樣運行自身應用程序及操作系統的虛擬機。把以前不能在現有的計算機上開展的計算機實驗課程移到這個虛擬機上開展。從而實現很多實驗課程從小心翼翼地進行到開放自由地進行、從無到有的跨越，最終達到開展適合高等學院的教學風格特點并且具有創新性實踐性特別的虛擬化的實驗課程的目的。

其二，成本優勢，即運用虛擬化技術不僅能大大地降低成本，還能有效地降低實驗環節的能耗，而且計算機實驗教學的效率和質量能得到很大的提升。在目前經濟嚴峻的情況下，高等院校不可能大幅度地增加實驗設備的預算。在時間、資源以及成本三重壓力下，如何讓計算機實驗教學質量和效率才能得到事半功倍的效果，利用VMware類型的虛擬化技術，建立一個適合于所有應用程序的虛擬的PC機環境，通過硬件需求量的減少以此提高目前資源的使用率，提高教學效果，改善教學環境。現有的很多服務器和計算機能耗比較大，而VMware類型的虛擬化技術擁有內存管理和高級資源的功能特點，可以實現高達15：1的整合率甚至更高，硬件的使用率提高到85%，并且能夠智能地把一些不用的物理服務器關閉，最大程度地減少能耗卻不會降低功能完整性和可靠性。

其三，管理優勢，即利用虛擬化的技術結合高等院校的學生的特別建設合理完善的計算機的實驗教學的體系，推動教研工作的順利進行。高等院校良好的計算機的實驗教學不僅僅是擁有幾門實驗教學課程比較優秀，而應該是要建立一個良好的教學體系，便于管理。

4 結語

在對于計算機的使用過程中，為了提高高校的實驗教學的質量，引入了相關的虛擬化的技術，本文中就虛擬化的技術的優勢詳細的介紹，并且就該技術的原理也詳細的分析，借此使用虛擬化技術的優勢，來對高校實驗教學起到積極的效果。

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