VMWare虚拟机在计算机教学中的应用
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【摘 要】 针对目前计算机实践教学中存在的设备及场地不足、硬件损坏、实验室维护工作量大等问题，提出了一种vmware虚拟技术的解决方法。该方法挖掘了现有设备的潜在力，提高了设备的利用率，可在一定程度上使上述问题得到缓解，并能够增加学生的实践动手机会。
目前有些高校特别是计算机专业由于经费投入不足，各学校的教学实验设备、实验场地的扩充数量在相当一部分高校中明显不足；由于新技术层出不穷、发展迅速、设备淘汰、更新较快，实验设备过度使用和不能及时进行维护，严重制约了专业教育教学质量的提高；在诸如计算机硬件与软件、网络操作系统等实践性课程的教学和实验中，经常会遇到软件与系统不兼容，操作系统间不能切换，系统配置和软件的调试会影响系统的正常运行等诸多困难。采用虚拟机技术构建教学实践环境来解决这些难题无疑是一种行之有效的解决方案。
1 虚拟机技术简介
虚拟机的实现技术主要有两种：①纯软件方式的虚拟机；②硬件辅助方式的虚拟机。前者是当前主流的虚拟机技术，具有成熟的应用，后者是今后的发展方向，本文内容运用前者。虚拟机技术是指将一台物理的计算机软件环境分割为多个独立分区，每个分区均可以按照需求模拟出一整计算机的技术，模拟出来的计算机称为虚拟机。
2 虚拟机软件
虚拟机软件具有以下几个方面的特点:①每个虚拟机都有一个VM控制块,它包括有关VM当前状态方面的信息，如VM的执行状态，VM调度优先级以及复制的VM寄存器内容等；②拥有独立的虚拟硬件设备，如CPU、存储器、设备等，并且这些设备及I/O端口等都受到保护，每个虚拟机都可以拥有计算机系统的所有资源；③系统分配给每个虚拟机的虚拟内存都采用了独立的地址空间，互相之间没有任何联系；④同一台主机上可以运行多个虚拟机，每个虚拟机都可安装不同的操作系统，各虚拟机与主机之间可以进行对话、共享文件和网络资源；⑤在虚拟机中，把操作系统安装在主机硬盘中虚拟出来的一个特定文件中，并不需要对物理硬盘进行分区操作，虚拟机系统与主机系统有良好的隔离性，在虚拟机上进行的操作对主机现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏；⑥具有硬件无关性，在主机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，不必考虑硬件差异，因此在实验中对虚拟机系统造成的任何损坏不会涉及物理设备且可以得到快速修复；⑦能够设置和修改虚拟机系统的各种配置参数,如虚拟机名称、内存容量、硬盘大小、设备参数等。
3.1 计算机硬件和软件课程教学内容主要涉及的实践性环节主要有：①计算机BIOS设置；②硬盘的分区、格式化；③操作系统的安装与配置；④应用软件的安装；⑤系统的备份与恢复。该课程实践性较强，而且学生一般是刚进入大学的新生，为突出“所见即所得”的教学效果，提高学生的实践动手能力，要求教师教学时能展示教学的内容，实验环节中能让学生动手实践。
3.2 由于多媒体教室的公用特性，一般只安装Windows 2000操作系统和基本的应用软件，不能随意修改、配置系统参数，采用虚拟机软件可以解决本门课程上述五个方面的需求。通过近几年在计算机硬件与软件课程教学中的实际应用和研究后，总结出采用虚拟机软件辅助教学具有以下优势：①物理计算机上对BIOS的设置过程无法在投影仪上显示，另外计算机管理员一般情况下也不允许任课教师随意进入和修改BIOS，采用虚拟机可以很好解决这一问题；②物理计算机上不允许对硬盘分区、格式化等破坏性操作，这样教师就无法为学生演示FDISK、Format等操作命令，采用虚拟机就可以为学生讲解、演示这些命令的操作过程；③物理计算机不允许任课教师自行安装其他操作系统和应用软件，采用虚拟机就不受此限制，还可以按照需要进行系统参数的修改和配置、根据需要进行应用软件的安装演示；④搭建网络环境，一台主机和多个虚拟机构成的局域网实现了课堂教学中对网络环境的要求，就像将网络实验室搬移到了课堂教学中来一样
3.3 实验环节中采用虚拟机软件构建计算机硬件和软件课程实验平台基于如下原因：①节约成本。虚拟机软件能够为实验提供真实的计算环境，实现用较少的实验设备完成大量的实验；②便于管理，降低管理成本。传统的实验是根据课程需要在一台计算机的不同分区上安装多个操作系统来满足实验环境的需求，由于实验的特殊性，不能像公共机房那样为了方便管理而安装还原卡，这样带来的后果就是系统可能经常崩溃，实验室管理员需要花大量的时间和精力来维护和恢复系统。采用虚拟机软件后，上面的问题就可迎刃而解。方法是物理计算机只需要安装一个Windows操作系统和虚拟机软件，实验时根据需要在虚拟机中安装操作系统来满足实验需求，不必担心系统崩溃而疲于恢复系统；③独立性强，有利于考核学生的实践动手能力。使用虚拟机软件能够为使用同一台计算机的每个学生提供独立的实验环境，在计算机硬件与软件课程实验中，采用传统的实验方法时，一台物理机器上同一操作系统只能安装一个，而这台机器会有多个学生先后使用。这样，只要第一个学生正确配置通过后，后面的学生就可坐享其成了，显然不便于考核学生真实的实践动手能力。采用虚拟机软件后，可以在虚拟机软件中安装同一个操作系统的多个副本，每个学生使用各自的Guest OS，这样能够真实和准确地考核学生的实践动手能力。
4 结束语
教学实践证明，采用虚拟机软件构建的教学、实验平台为教师教学提供了极大的便利，也给学生课内外的自主学习提供了可能，增强了学生学习的积极性和主动性。虚拟机技术为教学、实验提供了一个近似于真实的环境，除了硬件的物理连接外，在真实的机器上完成的实验基本上能在“虚拟机”上完成，完全能够满足诸如计算机硬件与软件等课程教学实践的要求。
（作者单位：鹤岗师范高等专科学校）