VMware虚拟机技术在计算机实践教学中的应用
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摘 要：本文分析了高校计算机实验教学的设备及环境状况，提出了虚拟机技术的解决办法。通过虚拟机技术可以缓解设备紧缺、实验环境缺乏等问题。本文通过对计算机一些课程实验特殊性的分析，结合实验环境的公共特性，阐述了vmware虚拟机在这些课程中的具体应用。
关键词：VMware虚拟机 计算机实验教学 公共环境 应用
一、引言
高校是培养人才的重要摇篮，当前我国正朝着现代化、信息化、工业化的大国快速发展，迫切需要大量的技能型人才，高校如何能顺应市场的需求，将走进学校的学生培养成适合国家发展和企业需求的有用人才，培养这种计算机技能型紧缺人才是职业教育的根本使命和当前的紧迫任务。而我国高校教育资源的投入有限，使得计算机专业课程的实验环境难以满足实践教学要求。另一方面，无论是计算机专业的教师还是学生，由于计算机专业的特殊性――动手实践，如果都只是从课本中寻求知识，不能动手实践，很难达到预期的教学和学习效果，再加上当前大学生就业的压力，学生希望能在学校学得更多技能，为就业创造良好的基础，如何才能为计算机专业的师生创造一个好的教学实践环境，完成实验教学，确保实验质量，成为各高校面临的重要课题。
针对高校设备资金投入有限、实验设备及场地紧缺和不足等问题，引入虚拟机技术――使用VMware虚拟机软件来构建所需要的教学和实验环境，无疑是解决当前计算机实验环境的最好办法。由虚拟机构成的虚拟实验环境，可在学校的公共机房运行，开展一些拓展性、开放性的实验而不会损害现有的环境，不仅提高了设备的利用率，节省了资金的投入，而且为计算机课程的实验提供了良好的条件，为学生的自主学习和创造性地实验提供了可能。
二、VMware虚拟机技术简介
1.虚拟机概念
什么是虚拟机？所谓虚拟机就是虚拟的计算机，它是通过虚拟机软件在实际的物理计算机上模拟出虚拟的一个硬件环境，我们称运行虚拟机的物理计算机为宿主机器，由宿主机器创建的虚拟机，和真实的计算机几乎一模一样，拥有自己独立的CPU、硬盘、内存及其他硬件，这些硬件是标准的，能被大多数系统所支持。虚拟机可以使用宿主机器上的一些资源，如软驱、光驱等设备。用户在虚拟机上分区、格式化、安装操作系统或应用软件等任何操作均不会对宿主机器系统产生任何影响。
2.VMware虚拟机主要特点
VMware虚拟机软件是VMware workstation，它是由VMware公司出品的。要构建一个虚拟实验环境，不需要额外的硬件设备，只需要在现有的系统上安装上VMware虚拟机软件即可。目前现有的主要虚拟机软件除了VMware虚拟机软件，还有Virtual PC。本文就VMware workstation构建虚拟计算机实验平台作初步的探讨。VMware虚拟机的主要特点如下：
（1）使用虚拟机技术可以在物理电脑上虚拟出多台虚拟电脑，每个虚拟机如同独立的PC机，可以安装不同的操作系统，这些虚拟的电脑可以独立运行和并发运行，各虚拟机之间、虚拟机和主机之间还可以进行对话、文件共享、应用网络资源，并可以以C/S方式工作运行。
（2）虚拟机虚拟出来的硬件都是标准硬件，这有效地降低了由于硬件不一致导致的兼容性问题或难找驱动程序的问题。在主系统上虚拟出的硬件都是相同的，可以简单地在不同的主机之间复制后直接使用，不用考虑硬件差异，因此在实验中对虚拟机造成的任何损坏可以得到快速地恢复。
（3）虚拟机使用的虚拟硬盘实际上是一个或多个文件，因此虚拟机具有可快速恢复的特点，而且具有保存系统状态和还原系统的功能，虚拟机系统和宿主机系统具有良好的隔离性，在虚拟机上对现有主机的硬盘分区和数据不会造成任何影响。
（4）因为虚拟机的硬件都是虚拟出来的，所以虚拟机具有灵活的扩展性，可以任意添加或删除硬件。
（5）由于虚拟机硬件是标准硬件，在虚拟机上安装的操作系统，不仅可以克隆到另一台虚拟机上，还可以克隆到不在同一台物理电脑的虚拟机上，甚至还可以在虚拟机上做系统克隆映像。
（6）其他特点。虚拟机还具有屏幕截图和视频捕捉功能，真实主机和虚拟机之间、虚拟机和虚拟机之间拖动文件进行文件的复制和粘贴操作等。
三、虚拟机在教学和实践环节中的应用及意义
1.计算机维护实验
学校的机房是面向全校学生公用的，由专门的机房管理人员管理，统一安装必要软件，学生上机的时候，一人一机，不允许学生随意安装软件，更不允许学生对硬盘分区、格式化、安装操作系统以及设置BIOS等操作，因为这些操作会改变甚至破坏计算机系统，可能导致计算机无法正常工作，教师上课时也难以现场演示，因为操作的计算也是公用的。教师和学生可以利用虚拟机，在虚拟机上进行这些破坏性操作，保证了主机系统的正常运行，也保证了实验的顺利完成。
2.计算机网络实验
公共机房为了满足一般实验要求，只安装必要的应用软件，为了防止系统遭受破坏，保证正常教学的顺利进行，便于机房的管理和维护，通常为所有的计算机安装硬盘保护卡，应用系统策略限制学生的某些操作等，计算机网络实验需要对计算机进行一定的设置，安装相应的软件，而某些设置或软件的安装需要重新启动计算机，由于系统有还原卡，一旦重启机器，之前的设置便又恢复初始状态，无法完成用户的要求。另外计算机网络实验需要多台计算机多种设备，利用虚拟机可以在一台电脑上虚拟出多台虚拟机，还可以虚拟出诸如交换机、网卡等设备，以满足组网的需要。在虚拟机的世界里，可以在一台物理机器上组建网络环境，学生可以在虚拟的网络里组建基于工作组的对等网以及基于域的局域网，并在此基础上进行Ｗeb、DNS、FTP服务器，邮件服务器，DHCP服务器，流媒体服务器等服务器的搭建。根据虚拟机任意删除硬件的特性，通过删除虚拟机的硬盘，还可以组建无盘网络。我们在虚拟网络里，将某些虚拟机配置为服务器，某些虚拟机作为客户端，让学生从中学到服务器的配置，加深对网络原理的理解，更充分地体会到什么是服务器、工作站，什么是对等工作模式、客户服务器工作模式等等抽象概念，学生更能在虚拟的平台上面搭建满足一定条件及应用的网络，为学生的设计和创新创造了实验平台。
3.网络安全实验
伴随着互联网的发展和普及，网络病毒的传播和破坏方式也越来越网络化，计算机网络安全课程也就显得非常重要，而教师在讲解计算机病毒、木马等只能停留在讲述阶段，利用虚拟机可以改变这一状况，我们可以在虚拟机系统上植入病毒文件进行系统攻击实验，以及实现安全防御等操作，让学生更加直观地了解系统的安全及防御技术，以达到知识巩固及提高的目的。
4.软件测试
学生在学习软件设计、网页设计等课程中，编写的程序，需要在多种环境（单机环境、网络环境、不同的浏览器版本等）以及多种操作系统（windows XP操作系统、windows 2000操作系统、Linux等）环境下进行测试，有了虚拟机，可以方便、快捷地进行。
5.PC机群搭建
为了满足人们对高性能计算机的需求，并行计算机已成为当今计算机发展的一个重要方向，对并行计算机的了解和使用也成为计算机教学上的一个重要内容。在虚拟环境下搭建PC机群的操作，与构建虚拟机网络教学环境的操作基本一样，只是还需在每台虚拟机上安装并行计算软件PVM，再在虚拟机上运行PVM并执行相关的命令。
6.其他应用
（1）某些问题需要特定的软件环境，而这些环境并非所有的计算机都能提供，如果用户所使用的机器经常更换，每更换一次都在所用的计算机上安装所需软件，是一件很繁琐的事情，有些时候环境也不允许我们安装，比如需要某种操作系统，我们可以利用虚拟机来解决这一问题，把我们所要解决的问题在虚拟机上解决，在虚拟机上安装问题所需的软件，这样每次更换了机器，不管机器是否提供相应的软件环境，我们只需要在其上运行虚拟机就可以了。
（2）如今许多高校开设有Linux、Unix等操作系统课程，而实验室计算机基本还是windows操作系统。虚拟机可以完全实现Unix、Linux操作系统的功能，这样就可以在虚拟机上安装Unix、Linux操作系统。安装操作系统过程中，需要动手设置的地方不多，大多时候用户都在等待计算机自动安装，在虚拟机里装操作系统可以使我们“工作”和“安装”两不误，一方面在虚拟机里安装操作系统，另一方面在本主机继续我们的工作，只需要在本主机和虚拟机之间切换就可以实现。而且像安装操作系统这样的实验通常需要的时间比较长，但学生上机的时间又有限，虚拟机中的挂起功能可以方便地保留当前状态，以便下一次继续实验。在虚拟机环境下，多个操作系统可以同时运行，人们可以像对待标准的Windows应用程序那样在多个操作系统之间来回切换，而不需要重新启动机器。
（3）利用VMware虚拟机可以进行屏幕截图和视频捕捉。在授课过程中，某些操作单纯用语言可能无法表达清楚，或者由于条件所限，无法现场演示某些操作，对于这种情况，可以利用屏幕截图功能事先把操作画面抓取下来，或者直接利用视频捕捉功能把操作过程全部录制下来，然后在课堂上使用投影仪播放出来。
四、总结
虚拟机技术的出现，给计算机实践教学提供了一种有效的手段，虚拟机实验环境很好地模拟了真实环境，在虚拟机上完成的实验效果等同于在真实机器上完成的实验效果，完全符合教学要求和满足试验意义。在虚拟环境下，学生可以放心地进行各种实验操作，不用顾虑对主机系统的破坏，可以增加学生的实践动手机会，加强学生的实践技能。基于虚拟机技术的虚拟实验环境的建设，在一定程度上不仅可以缓解当前实验设备和场地不足的问题，提高实验设备的安全性和利用率，降低实验室的管理难度，而且在不额外添加硬件设备的条件下，很好地满足了实验课多种环境的需求，保证了实验课的正常开出，可见将VMware虚拟机技术应用到计算机类课程的教学实践中具有经济性、安全性、实用性等优点。当然在同一台物理电脑上通过虚拟机运行多个操作系统，这会占用大量的CPU和内存资源，从而影响真实主机的反应速度。
参考文献：
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