虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

呂杰英

摘要：計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普及，成為必不可少的實(shí)用工具，計(jì)算機(jī)掌握的熟練程度已成為企業(yè)招聘員工的必要條件之一。在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，中職教育非常注重學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，但往往由于學(xué)校機(jī)房的軟硬件條件和安全考慮限制，不能很好地滿足教學(xué)實(shí)際需要。而應(yīng)用虛擬機(jī)技術(shù)卻能很好地彌補(bǔ)這方面的不足，本文就如何把這項(xiàng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用作一些探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)教學(xué)；虛擬機(jī)技術(shù)；操作應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.024

1 虛擬機(jī)技術(shù)介紹

虛擬機(jī)（Virtual Machine）是指通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它具有與真實(shí)系統(tǒng)完全一樣的界面和功能，進(jìn)入虛擬系統(tǒng)后，所有操作都是在這個(gè)全新的獨(dú)立的虛擬系統(tǒng)里面進(jìn)行，可以獨(dú)立安裝運(yùn)行軟件，保存數(shù)據(jù)，擁有自己的獨(dú)立桌面，切換簡(jiǎn)便自由，不會(huì)對(duì)真正的系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，而且具有能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬鏡像之間靈活切換的一類操作系統(tǒng)。

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware系列、Virtual Box和Virtual PC等，它們都能在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上虛擬出多臺(tái)計(jì)算機(jī)和多種不同的操作系統(tǒng)。其中VMware Workstation（中文名“威睿工作站”）是一款功能強(qiáng)大的桌面虛擬計(jì)算機(jī)軟件，下面內(nèi)容主要以它為例子進(jìn)行闡述。

2 虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 安裝操作系統(tǒng)實(shí)踐

安裝操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容之一，也是每位學(xué)生必須掌握的知識(shí)點(diǎn)，更是計(jì)算機(jī)普及后要實(shí)際用到的技能之一，事實(shí)上很多學(xué)生都沒(méi)有學(xué)會(huì)這項(xiàng)技能，究其原因是學(xué)生缺少一個(gè)安裝操作系統(tǒng)的實(shí)踐機(jī)會(huì)。學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室主要考慮到日常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和保證其設(shè)備的完好性，所以在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件安裝完畢后對(duì)其進(jìn)行了保護(hù)，因而操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件不允許學(xué)生擅自改變，否則會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用軟件出錯(cuò)甚至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰影響整個(gè)教學(xué)。所以實(shí)際教學(xué)中操作系統(tǒng)安裝內(nèi)容往往只能紙上談兵，學(xué)生缺少實(shí)際動(dòng)手環(huán)節(jié)，而利用虛擬機(jī)技術(shù)就可以進(jìn)行操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件安裝練習(xí)，盡管在虛擬機(jī)中進(jìn)行軟件操作時(shí)，軟件有可能破壞，數(shù)據(jù)有可能丟失，操作系統(tǒng)有可能一樣會(huì)崩潰，但是崩潰的只是虛擬機(jī)上的操作系統(tǒng)，對(duì)宿主機(jī)來(lái)說(shuō)不過(guò)是一個(gè)文件損壞而已，對(duì)物理計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)和其它應(yīng)用軟件不會(huì)產(chǎn)生任何影響。

要在一臺(tái)電腦上模擬出若干臺(tái)PC，利用虛擬機(jī)技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)，并且這些PC可以獨(dú)立運(yùn)行而互不干擾，這臺(tái)電腦還可以“同時(shí)”運(yùn)行幾種不同的操作系統(tǒng)，盡管我們經(jīng)常在一臺(tái)PC機(jī)上安裝多操作系統(tǒng)，不過(guò)其同一時(shí)間只能運(yùn)行一種操作系統(tǒng)，如果想切換到不同的操作系統(tǒng)，必須重新啟動(dòng)電腦進(jìn)行選擇。而在虛擬機(jī)環(huán)境下情況就不同，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，并且不需要重啟電腦，就可以在多個(gè)操作系統(tǒng)之間隨意切換，這樣大大地節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。學(xué)生通過(guò)在一臺(tái)電腦中學(xué)習(xí)安裝不同的操作系統(tǒng)，除常用的windows系列（如windows XP、windows 7）外，還可以學(xué)習(xí)安裝蘋果MAC系統(tǒng)、安卓系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)等等，對(duì)不同操作系統(tǒng)的安裝練習(xí)，有效提高了學(xué)生工作后遇到不同操作系統(tǒng)的適應(yīng)性，極大地?cái)U(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面、提高了他們的動(dòng)手操作能力。如圖1可以看到VMware Workstation中安裝了多種不同的操作系統(tǒng)，并且可以同時(shí)或獨(dú)立運(yùn)行：

2.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)實(shí)踐

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)14]是計(jì)算機(jī)日常操作的一項(xiàng)基本技能，也是衡量一個(gè)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作熟練程度的重要標(biāo)志之一。試想如果到企業(yè)工作后能幫同事維護(hù)計(jì)算機(jī)，恢復(fù)操作系統(tǒng)、安裝軟件、殺毒、清理垃圾等，一定會(huì)被刮目相看，可以增強(qiáng)彼此間的信任感和改善人際關(guān)系，這就需要學(xué)生在校其間掌握必要的從裸機(jī)到操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件的安裝和維護(hù)能力，而這些實(shí)際動(dòng)手能力顯然不是靠聽(tīng)聽(tīng)理論、看看書就能解決的，必須付諸實(shí)踐。然而在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)校機(jī)房不可能提供這種“破壞力”如此強(qiáng)的操練機(jī)會(huì)。故必須借助虛擬機(jī)的高度仿真性和安全性來(lái)完成這一項(xiàng)學(xué)習(xí)操作任務(wù)，彌補(bǔ)以往不能動(dòng)手操作的短板。

（1）CMOS設(shè)置（BIOS Setup）

CMOS設(shè)置對(duì)大部分普通電腦操作者來(lái)說(shuō)不會(huì)運(yùn)用，但其又是電腦維護(hù)的必備技能之一，尤其是面對(duì)一臺(tái)“裸機(jī)”時(shí)更是如此。因此，學(xué)習(xí)CMOS設(shè)置顯得非常重要，而通過(guò)Vmware workstation的虛擬機(jī)菜單項(xiàng)中電源子項(xiàng)設(shè)置（啟動(dòng)時(shí)進(jìn)入BIOS）就能解決實(shí)踐學(xué)習(xí)，用虛擬機(jī)啟動(dòng)后模擬進(jìn)入CMOS設(shè)置（BIOSSetup）的程序界面，如圖2所示，就可以對(duì)系統(tǒng)日期時(shí)間、硬件配置參數(shù)、系統(tǒng)口令及啟動(dòng)順序等等方面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置。而且VMware虛擬機(jī)中的BIOS設(shè)置屬于比較復(fù)雜，它模擬Phoenix BIOS程序編寫，如果讓學(xué)生熟練掌握了該BIOS設(shè)置，就可以輕而易舉實(shí)現(xiàn)對(duì)于大部分的PC機(jī)和筆記本電腦BIOS進(jìn)行設(shè)置了。

（2）硬盤分區(qū)、格式化

硬盤分區(qū)和格式化操作也不適合在完好的實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)上直接操作，操作不好會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰、應(yīng)用軟件癱瘓和數(shù)據(jù)丟失，這種操作行為，在學(xué)校計(jì)算機(jī)操作課中往往會(huì)受到嚴(yán)厲的禁止，但是學(xué)生又必須要掌握這項(xiàng)技能，使得教學(xué)雙方處于兩難的境界。而采用虛擬技術(shù)問(wèn)題就迎刃而解，目前使用的較多硬盤分區(qū)、格式化軟件為Partition-Magic（分區(qū)魔術(shù)師）或DM，我們可以從網(wǎng)上下載這些軟件的光盤鏡像文件（ISO文件），把它們保存在物理主機(jī)的硬盤中，然后將虛擬機(jī)的CD/DVD（IDE）光驅(qū)通過(guò)使用ISO映像文件方式指向這些軟件光盤鏡像文件，在虛擬機(jī)啟動(dòng)后，選擇啟動(dòng)進(jìn)入BIOS子項(xiàng)，通過(guò)設(shè)置系統(tǒng)第一啟動(dòng)為CD-ROM，就運(yùn)行虛擬機(jī)光盤中的分區(qū)軟件對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)或格式化操作練習(xí)。也可以在虛擬機(jī)系統(tǒng)中直接運(yùn)行分區(qū)軟件進(jìn)行各類操作（如圖3所示）。虛擬機(jī)中的硬盤是由虛擬機(jī)系統(tǒng)模擬出來(lái)的，它只是保存在物理硬盤上的特殊文件，我們?cè)谔摂M機(jī)中多次執(zhí)行格式化操作、分區(qū)或發(fā)生誤操作，至多是這個(gè)文件損壞，對(duì)真正物理硬盤的其它內(nèi)容不會(huì)損壞。

2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組建和安全實(shí)踐

計(jì)算機(jī)組建局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全是操作性非常強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，如果學(xué)生沒(méi)有通過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練和具體實(shí)踐操作根本無(wú)法掌握其要點(diǎn)，特別是網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中的模擬網(wǎng)絡(luò)攻擊會(huì)對(duì)實(shí)際的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶來(lái)危害，造成計(jì)算機(jī)損壞或網(wǎng)絡(luò)癱瘓。為此利用虛擬機(jī)來(lái)仿真組建網(wǎng)絡(luò)就沒(méi)有這些當(dāng)心了。以VMware為例其網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有三種模式：在橋接模式下，虛擬機(jī)與宿主機(jī)保持在同一網(wǎng)段但I(xiàn)P地址不同，表現(xiàn)出虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)直接連接到物理局域網(wǎng)上，這與在該局域網(wǎng)中添加其它宿主主機(jī)在效果上沒(méi)什么區(qū)別，虛擬機(jī)就象一臺(tái)物理機(jī)與其它計(jì)算機(jī)形成對(duì)等關(guān)系；在NAT模式下，宿主機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)NAT網(wǎng)關(guān)，虛擬機(jī)借用它的IP地址和網(wǎng)絡(luò)連接，可以直接進(jìn)行上網(wǎng)，虛擬機(jī)在對(duì)外訪問(wèn)時(shí)，完全“冒用”宿主主機(jī)的IP地址，這樣從外部網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，只能看到宿主主機(jī)，完全看不到虛擬機(jī)；在Host-Only（僅主機(jī)）模式下，虛擬機(jī)被隔離到一個(gè)虛擬的局域網(wǎng)中，這種方式只能進(jìn)行虛擬機(jī)和宿主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)通信，此局域網(wǎng)與物理局域網(wǎng)不會(huì)發(fā)生任何數(shù)據(jù)交換，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它宿主機(jī)與該虛擬機(jī)系統(tǒng)不能相互訪問(wèn)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，學(xué)生在虛擬機(jī)系統(tǒng)中，可通過(guò)上述不同的情景、方式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組建的基本知識(shí)，如圖4所示既直觀又方便。

3 虛擬機(jī)技術(shù)的其它應(yīng)用

3.1 軟件測(cè)試

利用虛擬機(jī)可以方便地進(jìn)行各種有風(fēng)險(xiǎn)的破壞性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行病毒干擾和軟件測(cè)試，它能避免病毒對(duì)宿主機(jī)操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的侵害，一旦虛擬機(jī)的系統(tǒng)崩潰也不會(huì)對(duì)宿主機(jī)的系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)造成傷害。在軟件測(cè)試中還可以利用VMware的快照功能來(lái)保留虛擬機(jī)的狀態(tài)，以便您可以隨時(shí)恢復(fù)到該狀態(tài)，從而節(jié)省大量的啟動(dòng)時(shí)間，提高工作效率。

3.2 便于攜帶的虛擬機(jī)器

由于VMWare虛擬機(jī)模擬出來(lái)的硬件是固定型號(hào)的，與宿主機(jī)的實(shí)際硬件無(wú)關(guān)。比如，在一臺(tái)機(jī)器里用VMWare安裝了linux，可以把整個(gè)虛擬機(jī)文件COPY到其它有VMWare的機(jī)器里運(yùn)行，不必再安裝。同時(shí)VMware也能識(shí)別一些其它軟件的開(kāi)放虛擬化格式分發(fā)程序包文件（如Virtual Box的ova文件），這樣就可以將一臺(tái)機(jī)器中生成的虛擬機(jī)文件復(fù)制到優(yōu)盤或移動(dòng)硬盤，在實(shí)驗(yàn)室任一臺(tái)安裝有虛擬機(jī)環(huán)境的計(jì)算機(jī)中插入該盤，就可以達(dá)到在自己的虛擬機(jī)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的，附身攜帶的優(yōu)盤或移動(dòng)硬盤就成為一臺(tái)名符其實(shí)的虛擬機(jī)器。

3.3 屏幕錄像

在計(jì)算機(jī)教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常需要將一些操作過(guò)程進(jìn)行屏幕錄像以進(jìn)行直觀教學(xué)。平時(shí)常用的是“屏幕錄像專家”等一些專業(yè)軟件，而VMware可以通過(guò)“虛擬機(jī)”菜單下“捕捉視頻”命令將虛擬機(jī)里的操作過(guò)程錄下來(lái)，并以視頻AVI格式保存，這些文件還可以作為教師多媒體教學(xué)的素材，提高多媒體教學(xué)視覺(jué)沖擊，加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解與掌握。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬機(jī)技術(shù)為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)帶來(lái)了極為便利的仿真實(shí)踐，利用虛擬機(jī)的可靠性、獨(dú)立性、安全性、移植性、仿真性等特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)進(jìn)行了全面的改革與創(chuàng)新，尤其對(duì)于提高技校學(xué)生的計(jì)算機(jī)綜合操作能力，有著特別重要的意義。