虛擬化技術在計算機實踐教學中的應用研究

張月娟

【摘要】：本文針對計算機實踐教學中存在的問題，提出一種基于虛擬機技術的解決方法，從一定程度上緩解實驗設備緊張的問題，保證實驗課的正常開出，加強學生學習的積極性和主動性，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

【關鍵詞】：虛擬化技術；VMware；計算機實踐教學

當前，由于我國高校招生規(guī)模不斷擴大，學生越來越多，而教學經(jīng)費的投入?yún)s遠遠跟不上學生數(shù)量的增長，實驗設備不能及時得到擴充，無法滿足實踐教學的需要。如何利用有限的資源，完成實踐教學，并確保實驗質(zhì)量，成為各高校面臨的重要課題。

計算機網(wǎng)絡實驗，如局域網(wǎng)的組建，網(wǎng)絡配置與管理，Telnet、FTP、IIS 等各種網(wǎng)絡服務的配置，遠程訪問和路由的設置等，這類實驗需要用到多臺計算機和多種設備，而現(xiàn)有的實驗教學條件有限，導致學生學完課程后無法進行實驗，從而在工作中無法解決實際問題。利用虛擬化技術，上述問題可以在一定程度上得到解決，從而保證實驗課的正常開出，加強學生學習的積極性和主動性，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

一、虛擬機技術的必要性

虛擬機（virtual machine，簡稱VM）是支持多操作系統(tǒng)并行運行在單個物理服務器上的一種系統(tǒng)，能夠提供更加有效的底層硬件使用。在虛擬機中，中央處理器芯片從系統(tǒng)其他部分劃分出一段存儲區(qū)域，操作系統(tǒng)和應用程序運行在“保護模式”環(huán)境下。虛擬機具有四種體系結(jié)構。第一種為“一對一映射”。 其中以IBM虛擬機最為典型。第二種由機器虛擬指令映射構成，其中以Java虛擬機最為典型。Unix虛擬機模型和OSI 虛擬機模型可以直接映射部分指令，而其他的可以直接調(diào)用操作系統(tǒng)功能。

在真實計算機系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)組成中的設備驅(qū)動控制硬件資源，負責將系統(tǒng)指令轉(zhuǎn)化成特定設備控制語言。在假設設備所有權獨立的情況下形成驅(qū)動，這就使得單個計算機上不能并發(fā)運行多個操作系統(tǒng)。虛擬機則包含了克服該局限性的技術。虛擬化過程引入了低層設備資源重定向交互作用，而不會影響高層應用層。通過虛擬機，客戶可以在單個計算機上并發(fā)運行多個操作系統(tǒng)。

VMware Workstation 是 VMware 公司出品的一款虛擬機軟件。利用它可以在一臺電腦上模擬出若干臺機器。這臺虛擬機與真正的物理主機沒有太大的區(qū)別，都需要分區(qū)、格式化、安裝操作系統(tǒng)和應用程序，就像一臺真正的計算機一樣，提供這個應用程序的“窗口”就是虛擬機的顯示器。

VMware 虛擬機的最大特點是不需要重新開機就能在一臺電腦上同時運行多個操作系統(tǒng)。這跟在同一臺PC機上安裝多操作系統(tǒng)是不同的。在PC機上安裝多個操作系統(tǒng)，但在任一時刻，只能運行其中的一個系統(tǒng)，如果想切換到其他系統(tǒng)，必須重新啟動機器。而在虛擬機環(huán)境下，多個操作系統(tǒng)可以同時運行，人們可以像對待標準的Windows 應用程序那樣在多個操作系統(tǒng)之間來回切換，而不需要重新啟動機器。

二、VMware 在計算機實踐教學中的應用

1、操作系統(tǒng)實驗

利用虛擬機可以在一臺電腦上將硬盤和內(nèi)存的一部分拿出來虛擬出若干臺機器，每臺機器可以運行單獨的操作系統(tǒng)而互不干擾，這些“新”機器各自擁有自己獨立的 CMOS、硬盤和操作系統(tǒng)，可以像使用普通機器一樣對它們進行分區(qū)、格式化、安裝系統(tǒng)和應用軟件等操作。利用 Windows 系統(tǒng)下的虛擬機軟件來使用 Unix、Linux 等操作系統(tǒng)，可以方便地進行各個操作系統(tǒng)的切換，同時虛擬機又可以完全實現(xiàn) Unix、Linux 操作系統(tǒng)的功能。

2、計算機網(wǎng)絡實驗

網(wǎng)絡實驗要用到較多的設備，可能要用到多臺計算機，這不僅造成實驗設備的緊張，也占用較大場地，此種情況下，采用虛擬環(huán)境也是很有意義的。對于一個 40人的基本教學班，在一個標準的50臺計算機的網(wǎng)絡實訓室進行網(wǎng)絡實訓實驗，基本是兩個學生一組做實訓，復雜的實驗還必須3人以上，學生缺乏足夠的動手機會和全局的掌控能力。使用了虛擬機技術，一個高性能的普通機房就能讓學生人手一臺單機完成大多數(shù)網(wǎng)絡實訓任務，大大提高了設備的利用率，并保證了學生實訓的時間和機會。

學生通過實際的操作過程，掌握各種工具的具體使用方法。從各種攻擊工具具體對系統(tǒng)產(chǎn)生的危害結(jié)果，以及 采取的相關防范措施中，加深了學生對理論知識的理解，同時提高了學生的學習興趣，起到良好的教學效果。

結(jié)束語：

虛擬化技術的出現(xiàn)，給計算機實踐教學提供了一種有效的輔助工具，它充分挖掘了現(xiàn)有設備的潛力，提高了現(xiàn)有系統(tǒng)的利用率，而且在不額外添加硬件設備的條件下，可以增加學生的實踐動手機會，加強學生的實踐技能。因此，在計算機實踐教學中推廣虛擬機技術具有非常積極的教學意義。

參考文獻：

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