虚拟机软件构建计算机实训教学环境的探索与实践

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摘 要：随着我国高等教育规模的不断扩大，各高校在计算机类实验实训设备的场地和经费投入上都明显不足，严重制约了各工科类专业特别是计算机类专业教育质量的提高。主要论述通过在计算机实训教学中引入虚拟机技术可有效地破解场地和设备不足的难题，为提高计算机类实训教学的质量提供了新的辅助教学手段。

关键词：虚拟机；实训教学；计算机；实训

如何在场地和经费投入都得不到充分保障的情况下，更加有效地利用现有设备，通过不断改进和完善实训教学方法、教学形式和教学内容，培养出满足社会需要的基本素质好、应用能力强和具有创新精神的专业人才已经成为各高校教师面临的重要课题。计算机实训教学中引入虚拟机（Virtual machine）技术将可在一定程度上解决这一难题。

1 利用虚拟机技术构建计算机实训教学实验平台技术的可行性

1.1 虚拟机工作原理

首先从技术层面来说，以虚拟机技术构建实训课的实验平台是完全可行的。虚拟机是在某台物理计算机上虚拟出来的独立运行逻辑的软件，通过虚拟机软件创建，虚拟技术可以在现有的操作系统上实现独立运行的子系统，可应用自己独立的硬件资源。虚拟机技术可以在主系统上建立多种同构或异构的虚拟计算机系统，全部系统可同时运行并相互切换，不需要重新启动系统。这一系统同样可以相互连接构成局域网络，所以虚拟机技术能构建起一个虚拟的实验室环境，大部分的计算机实训都可在虚拟机上执行。

1.2 软件技术

当前有多种虚拟机技术，包括Virtuozzo、Boch、ParallelsOpenVZ等，多种系统及技术为虚拟机的运行维护提供了可靠的保障，当前国内和国际很多大型计算机公司都有相对成熟的技术，并具有各自的有点，所以，首先从软件技术层面来说，利用虚拟机技术构建计算机实训课教学实验平台是完全可行的。VMware和VirtualPC是当前主要应用的两大虚拟机软件，VMware在网络支持和稳定性上具有更大的优势，所以应用较多，但VirtualPC在操作性上具有更大的优势，较适合一般企业及普通用户使用，鉴于高校计算机实训课的特殊性，个人认为类似VMware的软件系统更适合于教学使用。

2 硬件技术的可行性

2.1 硬件设备的可行性

从硬件系统上说，当前很多虚拟机的要求并不高，如VM-ware的基本要求配置为CPU主频在266MHz以上，运行内存在128MB以上，硬盘空间有600MB以上的空间。对于当前的网络技术和高效计算机的配置来说，已经远远高出这些要求。构建多台虚拟机的虚拟网络除了在内存上具有更高的要求外，在硬盘等方面并无过多的要求，所以完全可以对学校的计算机进行局部升级，对应多种实验内容可交叉开展，节省了大量的资金、设备方面的投入。

2.2 管理维护及操作的可行性

教学活动中，对应计算机系统的管理维护一直是学校工作的重点内容之一，如维护管理不及时，很有能造成计算机系统

的瘫痪或设施的损害。虚拟机系统安装方便快捷，同时各系统提供的管理工具可以允许终端用户参与虚拟服务的重建、备份、迁移、灾难恢复等，降低了系统维护的成本和技术要求，所以，在运行维护上是完全可行的。

从应用操作上说，一台物理计算机能同时搭载多台虚拟机及不同种类的操作系统，形成构造复杂的局域网络，在切换操作也只是对不同窗口的操作。利用虚拟机自身的suspend功能可保留操作现场，大型的实验可分多次完成，方便学生的操作。所以，利用虚拟机技术构建计算机实训课的教学实验平台是完全可行的。

3 实验平台的搭建

VMware是由IBM公司研制，可以构建异构的操作环境，与计算机实训课的授课要求相契合，所以构造计算机实训课的实验平台可选用VMware系统。

VMware系统对于计算机的要求并不高，但为了保持系统的流畅性，最好采用双核的CPU，内存容量在512MG～1GB 之间，硬盘空间1GB就可以。如构建多台虚拟机并行的实验环境可相应调整内存。安装运行VMware系统，打开软件，通过安装向导，新建虚拟计算机，设置独立的硬盘配置、显卡、驱动、网卡等。在创建过程中，用户可选择客户机中的多种操作系统类型，如Windows、Linux、Novell、Sun Solaris等，根据教学需要可选择不同的操作系统。或者可根据宿主机的配置系统自动生成与配置相适应的配置。通过VM-Setting可对系统的运行参数进行修改，包括调整客户机硬盘、内存大小、添加或删除硬盘等。在存储方面，可直接复制客户机的系统文件，通过FILEOPEN软件进行加载。

在安装完成后，可自动创建10个虚拟设备，可具有以太网交换机的作用。客户机能对任意的虚拟以太网交换机接口进行连接。VMware系统自身提供三种虚拟网络连接形式，分别是Bridged、NAT及Host-Only三种模式。Bridged模式可与VM-net0接口连接，通过Bridged连接，用户可通过网桥直接与外部物理网路相连接，客户机与宿主机处于同一网段内，使用不同的IP地址；NAT模式可与VMnet8相连接，采用Network AddressTranslation技术，客户机可通过宿主机间接连接外部网络，使用同一IP地址；Host-Only模式与VMnet1相连接，客户机遇外界隔离，不可连接外部网络。

4 计算机实训课教学实验平台的运用

在进行实验之前，教师可把VMware系统安装在教师及学生的计算机中，然后安装还原卡或软件，避免了大量的维护工作。利用这一软件，学生科学习硬盘分区、操作系统安装、格式化操作等多种操作项目。如多操作系统安装实验，教师可任选一台宿主机，利用Alcohol软件在我的电脑中生成虚拟光驱，制作操作系统安装光盘的镜像文件，存入“操作系统镜像”文件夹中。以本台计算机作为发射平台，采用硬盘管理系统进行网络复制，快速生成计算机实验平台。学生启动试验机的VMware系统，并创建虚拟机，在虚拟光驱上载入操作镜像系统。在虚拟机中双击光驱设备，按照安装向导的提示进行虚拟硬盘的分区格式化，安装操作系统。如需生成操作系统的多台虚拟机，可在VMware系统中克隆，如需在计算机中创建不同的操作系统，可在我的电脑中选择卸载镜像，并再次载入不同的操作系统镜像。

也可通过VMware系统建立局域网，进行不同类型的网络实验。如组建对等网络、进行分级网络实验等。

5 结束语

利用虚拟机技术可以“扩建”现有的计算机房，创建多操作系统的实践教学环境，承担传统的实践教学平台难以完成的实操训练任务。虚拟机技术在计算机实训教学中的深入应用不但提高了教学效率，节省了经费，更为提高教学质量提供了新的辅助教学手段。

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