VMware虛擬機技術在實訓教學中的應用與實踐

姜曉武

摘要：虛擬化技術是21世紀的一項重要技術。作為虛擬化技術的佼佼者，VMware技術在實訓教學中具有廣泛的應用前景和深遠的意義。VMware技術不僅可以提高學生實訓操作的效率，促進實訓環境的搭建和管理，提高實訓安全性，提升實訓教學質量，降低實訓教學成本，還可以培養學生良好的實踐能力和創新精神，提高學生的職業競爭力，為學生的未來發展打下堅實的基礎。

關鍵詞：虛擬化；VMware；實訓教學

一、虛擬化技術的基本原理

隨著虛擬化技術的不斷發展，VMware技術作為虛擬化技術的領先者，在高職院校實訓教學環節中得到了大量應用。在教學中，VMware技術的實現原理是通過在宿主操作系統上安裝虛擬化平臺軟件VMware Workstation，并在此平臺的基礎上創建多個虛擬機。虛擬機是指基于物理計算機的軟件模擬，而且每個虛擬機都可以視作一個獨立的設備，它有自己的虛擬處理器、虛擬內存、虛擬硬盤、虛擬網卡等硬件資源，也擁有獨立的操作系統以及應用程序，虛擬機與虛擬機之間也可以擁有獨立的網絡連接方式[1]。

下面將以Windows Server操作系統安全配置課程為例，對VMware虛擬機技術在實訓教學中的研究與應用做一個較為詳細的闡述。

二、虛擬化技術在實訓教學中的優勢

（一）方便實驗環境的搭建和管理

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以方便實驗環境的搭建和管理。VMware技術的優勢首先在于它可以方便地創建、復制和刪除虛擬機，從而實現快速搭建和管理實驗環境。教師可以根據不同的實驗需求，設定不同的實驗環境，比如，硬盤大小、內存大小、核心數量、網絡連接方式、IP地址等都可以進行精確設置，避免了實驗環境的沖突和資源浪費。而且搭建好的實驗環境，可以通過復制的方式共享給學生，學生免去了安裝和搭建環境的煩瑣前奏，可以快速地進入實驗環境，開始學習和實驗。

此外，還可以通過克隆功能，在本地復制多份相同的操作系統環境，來進行多臺設備之間相互協調、相互驗證的實驗實訓環境，只需要給不同的虛擬機修改一下計算機名及IP地址即可實現一個小型的網絡實驗環境。

（二）提高學生的實驗操作效率

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以提高學生的實驗操作效率。以往在進行Windows Server操作系統相關課程時，因為學校計算機室的計算機都是帶有還原卡的，所以無法向學生教授系統安裝的內容，只能通過視頻觀看，然后有條件的學生可以在自己的電腦上練習安裝。現在機房里都安裝了VMware，學生可以在VMware中練習安裝操作系統，并且不用擔心安裝失敗導致電腦無法正常開機，還可以在一臺計算機上安裝多個操作系統，且不受操作系統版本的限制。

同時，使用VMware技術可以在校內教學服務器上安裝多臺實驗虛擬機，并在其中安裝不同的實驗環境。這樣，學生既可以在教室，也可以在宿舍或者家里通過網絡遠程連接到虛擬機中進行實驗。每個學生都可以擁有自己的實驗環境，不會受到其他學生的干擾，多名學生可以同時進行實驗。這不僅避免了實驗室資源的浪費，還提高了實驗操作的效率[2]。

另外，學生可以在自己的電腦上安裝VMware Workstation單機版軟件，然后在虛擬機內安裝服務器操作系統以及設置相關的實驗環境。這樣，學生在下課后可以繼續完成課堂上未完成的實驗，或者進行更深入的實驗拓展，不再受到實訓場地的制約，極大地提高了學生的實驗操作效率和學習成果的生成。

（三）提高實驗的安全性

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以提高實驗的安全性。在VMware技術中，每個虛擬機都是獨立的設備，相互之間不會受到彼此的影響，學生可以在虛擬機中進行各種實驗操作，不會影響到其他虛擬機的正常使用。同時，實驗結束后可以隨時刪除虛擬機，確保實驗的安全性和保密性。

在Windows Server操作系統安全配置課程中經常會遇到在配置一些服務或者功能設置的時候，一個失誤導致整個服務不可用，而且很難查找到問題所在。這種情況，在以往的實驗環境下，可能不得不重新安裝操作系統才能解決，但是在VMware中，可以利用快照技術進行實驗結果的保存。做完一個關鍵節點的實驗操作后，可以點擊快照功能來增加一個節點，以防后續的一些操作影響到前面的操作。當真的遇到操作失誤的時候，可以通過還原快照的功能快速地回到上一個保存節點，這樣可以大幅提高實驗的安全性和穩定性。如圖1所示。

（四）增強學生的實踐能力

采用VMware技術進行實驗實訓教學，可以增強學生的實踐能力。以往教學中，學生在按照實驗要求對Windows Server操作系統進行配置后，很難原樣恢復到初始狀態。如果學生想進行第二次實驗，就必須重新安裝操作系統。而使用VMware技術，學生可以利用快照功能，隨時還原到任何一個實驗節點，然后在虛擬機中進行多次反復實驗和嘗試，不斷發現和解決問題。通過對實驗的不斷探索和發現，學生可以更好地理解實驗原理和方法，從而培養出良好的實踐能力和創新精神。同時，教師可以根據學生的實驗情況，及時調整實驗內容和方案，引導學生進行深入思考和探究，讓學生積極參與到實驗教學中，提高團隊合作和溝通能力。這可以使學生更好地理解和掌握實驗內容，提升實驗教學質量，形成良性循環。

（五）降低實驗教學成本

采用VMware技術進行實驗教學，可以大幅降低實驗教學成本。傳統的實驗教學需要消耗大量的實驗室資源。例如，需要采購價格昂貴的物理服務器，并且需要為物理服務器搭建專用的服務器機房，采購配套的網絡設備和空調等，在使用過程中還需要采購相關配件進行維護。關鍵是這些硬件資產在使用6—8年后就會面臨性能急劇降低，而且在市場上也很難買到相關配件進行升級換代，只能面臨報廢。而采用VMware技術可以在一臺計算機上完成多個實驗環境的搭建，從而大大降低了實驗教學成本[3]。

例如，在Windows Server操作系統安全配置課程中，使用VMwre15版本，可以經歷3代Windows Server版本的更新，從Server2012到2019都可以正常安裝和教學使用。另外，在虛擬機中增加硬件，只需要在虛擬機設置中添加虛擬硬件即可，無需采購實際硬件，這種方式使得實驗更加靈活。例如，當需要搭建RAID1時，只需添加2塊硬盤；搭建RAID5時，需要至少3塊硬盤，此時再添加一塊硬盤即可。在做VPN服務配置的時候，只需在設置里額外添加一張網卡，即可實現服務器擁有2個不同的IP地址，模擬內網和外網環境。

通過這種方式，學校可以節省大量的實驗室維護和更新費用，把有限的經費用于采購無法使用虛擬化環境的設備和耗材上。

（六）促進教學模式創新

采用VMware技術進行實驗教學，可以促進教學模式的創新。教師可以根據學生的實驗情況及時調整實驗內容和方案，引導學生進行深入思考和探究，從而實現更好的教學效果，探索出更加適合學生的教學模式。同時，教師可以通過VMware技術的實時監控功能，對學生的實驗情況進行實時監控，及時發現問題并指導學生進行改進。學生也可以通過自主探究和合作學習，積極參與到實驗教學中，從而促進教學模式的創新。這樣，學生可以更好地適應未來的職業發展和社會需求。

三、在使用VMware實訓教學過程中容易遇到的問題與解決方法

當然，使用VMware技術也并非毫無缺陷。在VMware Workstation軟件平臺使用過程中，需要做好相應的配置和管理，才能更好地完成實驗，減少實驗過程中遇到各類非實驗本身的操作問題。比如在Windows Server操作系統安全配置課程實驗時，經常會遇到以下四類問題：

（一）未正確配置網絡

在VMware虛擬機中，網絡配置是非常重要的一部分。在Windows服務器操作系統配置實驗中，如果沒有正確配置網絡，可能導致虛擬機無法連接到Internet或與其他計算機通信，從而影響實驗的進行。為避免這種情況，需要在虛擬機開啟之前選擇正確的網絡模式，打開VMware中的虛擬機選擇“編輯虛擬機設置”，在虛擬機設置對話框中選擇“網絡適配器”，并選擇要連接的網絡類型，如橋接模式、NAT模式或僅主機模式。

①橋接模式：虛擬機會分配一個IP地址并連接到物理網絡。

②NAT模式：虛擬機會通過虛擬NAT設備連接到Internet，并使用虛擬IP地址。

③僅主機模式：虛擬機可以與物理計算機通信，但無法連接到Internet。

（二）操作系統版本不匹配

雖然VMware虛擬機支持多種操作系統，但并不是所有操作系統的版本都可以完全兼容。在Windows服務器操作系統配置實驗中，如果選擇了錯誤的操作系統版本，可能會導致某些功能無法正常運行。以下是解決此問題的一些方法：

①更新VMware版本：打開VMware控制臺，通過Help>Software Updates選項卡檢查更新。如果有可用的更新，安裝它們并重新啟動VMware。

②降低虛擬機的操作系統版本：在VMware中，選擇虛擬機，點擊Edit virtual machine settings，然后在Options中選擇General。在Guest Operating System中選擇虛擬機運行的操作系統版本。如果虛擬機的操作系統版本過高，選擇一個更低版本的操作系統保存更改并重新啟動虛擬機。

（三）分配的硬件資源過少

在VMware虛擬機中，CPU、內存、硬盤等硬件資源都必須合理分配，否則虛擬機的性能會受到一定的影響。如果在Windows服務器操作系統配置實驗中，分配的硬件資源過少，可能會導致虛擬機運行緩慢或無法正常啟動。這種問題可以通過以下方式來解決：

①調整虛擬機的硬件資源：通過增加虛擬機的內存、CPU、硬盤等硬件資源，使虛擬機可以更好地運行。可以在虛擬機設置中進行修改。

②禁用不必要的服務和程序：可以禁用虛擬機中不必要的服務和程序，減少運行負荷，從而提高運行效率。在Windows系統中，可以在“服務”中進行查看和禁用；在Linux系統中，可以在命令行中使用“systemd”命令對服務進行管理。

（四）安裝驅動或應用程序錯誤

在Windows服務器操作系統配置實驗中，由于虛擬機的一些特殊設置和限制，安裝驅動或應用程序時需要更加注意。如果驅動或應用程序的版本不兼容或未按照正確的安裝流程操作，可能會導致虛擬機出現藍屏、系統崩潰等問題。一般可以從以下幾個方面進行解決：

①檢查驅動或應用程序要求的操作系統版本是否與VMware中安裝的操作系統版本一致。如果不一致，需要升級或降級VMware的操作系統，或者安裝相應版本的驅動或應用程序。

②檢查VMware中的虛擬硬件是否滿足驅動或應用程序的硬件要求。如果硬件不滿足，需要調整VMware的虛擬硬件配置，例如增加虛擬機內存、增加虛擬機CPU核數等。

③檢查VMware中的虛擬機網絡設置是否符合驅動或應用程序的網絡要求。如果不符合，需要修改虛擬機網絡設置，例如為虛擬機配置靜態IP地址、修改網絡適配器類型等。

四、未來發展方向

隨著虛擬化技術的不斷發展，VMware技術也在不斷更新和升級。未來，VMware技術在實訓教學中的應用將會更加廣泛和深入。首先，隨著5G技術的普及和應用，VMware技術可以在更廣闊的范圍內進行實驗教學。其次，隨著人工智能和大數據技術的不斷發展，VMware技術可以與這些新興技術結合，探索出更加適合未來發展的實驗教學模式。最后，隨著云計算技術的普及，VMware技術可以與云計算技術結合，實現虛擬化資源的共享和管理，提高實驗教學效率和質量。

五、結束語

VMware技術因其易用性、容錯性和安全性等特點，在實驗和實訓教學中逐漸被廣大師生認可和使用。近年來，越來越多的教育類企業在進行課程開發、實驗環境開發時都朝著虛擬化方向發展。隨著云計算技術的普及和發展，越來越多的學校和機構將選擇使用云端虛擬化技術來進行教育服務。這將使得VMware技術在教育領域的應用范圍更加廣泛。