虛擬機技術(shù)在《計算機系統(tǒng)與維護》教學中的應(yīng)用

摘 要：針對目前計算機系統(tǒng)與維護實驗室硬件條件的瓶頸，采用虛擬機技術(shù)構(gòu)建實驗環(huán)境，有效緩解了計算機實驗設(shè)備以及各類硬件設(shè)施不足的問題，降低了機房維護難度，提高了學生的動手實踐能力，取得了較好的教學效果。

關(guān)鍵詞：虛擬機；系統(tǒng)與維護；VMWare Workstation

中圖分類號：TP305-4；TP307-4；G652.4

計算機系統(tǒng)與維護是一門以動手實踐為主的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學好該課程可以了解計算機軟硬件的系統(tǒng)構(gòu)成、掌握磁盤分區(qū)、系統(tǒng)安裝、性能測試與優(yōu)化，系統(tǒng)備份與還原，計算機軟硬件故障診斷與排除等系統(tǒng)維護能力，對于信息時代的今天，這是廣大用戶必須具備的應(yīng)用技能?？墒牵嬎銠C系統(tǒng)維護的實驗環(huán)境有其特殊性，相關(guān)實驗項目要求進行硬件裝卸、參數(shù)配置、程序安裝等等，這些反復(fù)操作會對系統(tǒng)造成破壞性的影響，導(dǎo)致計算機無法啟動。如果每次實驗后都需要重新安裝或配置系統(tǒng)，這也將成為實驗室管理與維護工作的一個難題。因此，如何搭建一個方便實用的實驗環(huán)境，一直是計算機系統(tǒng)維護實驗開設(shè)亟需解決的問題，本文就虛擬機技術(shù)在計算機系統(tǒng)與維護教學中的應(yīng)用展開探討。

1 虛擬機技術(shù)及其特點

虛擬機（Virtual Machine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。通過虛擬機軟件，在已有的系統(tǒng)內(nèi)部，利用軟件虛擬出另外的計算機，包括虛擬的硬件環(huán)境（CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)卡等），并在此環(huán)境下和真實的計算機一樣，真實的安裝操作系統(tǒng)、真實的運行軟件及各種應(yīng)用。對于用戶而言，它只是運行在物理計算機上的一個應(yīng)用程序，但是對于在虛擬機中運行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺真正的計算機。

圖1 虛擬計算機的體系結(jié)構(gòu)

虛擬機具有如下特點：

（1）不需要分區(qū)或重開機就能在同一臺PC上使用兩種以上的操作系統(tǒng)，操作方便、快捷。

（2）完全隔離并且保護不同OS的操作環(huán)境以及所有安裝在OS上面的應(yīng)用軟件和資料，即使某個系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也不會對其它虛擬系統(tǒng)和物理主機系統(tǒng)造成影響，維護方便。

（3）不同的OS之間還能互動操作，包括網(wǎng)絡(luò)、周邊、文件分享以及復(fù)制粘貼功能。

（4）虛擬設(shè)備不存在兼容性問題，實驗中造成硬件損壞率低，安全可靠。

（5）能夠自由設(shè)定并且隨時修改操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境，如：內(nèi)存、磁盤空間、周邊設(shè)備等。

（6）熱遷移，高可用性，具有快照（snapshot）功能。

2 虛擬機實驗環(huán)境的構(gòu)建

目前常用的虛擬機軟件有兩個，一個是VMWare Workstation（VMWare公司開發(fā)，簡稱VM），另一個Virtual PC（Microsoft開發(fā)）。這兩款軟件由不同的公司開發(fā)，但設(shè)置和使用都不復(fù)雜，非常容易上手，下面以VM為例簡述虛擬機實驗環(huán)境的構(gòu)建。

首先需要從網(wǎng)上下載虛擬機安裝程序及漢化補??；其次安裝虛擬機軟件；然后根據(jù)需安裝漢化補??；再進行配置及安裝需要的虛擬操作系統(tǒng)（winxp/win7/win8/linux）；最后可以安裝VMware-tools。其中VMware-tools是Vmware提供的增強虛擬顯卡和硬盤性能、以及同步虛擬機與主機時鐘的驅(qū)動程序，安裝完成后虛擬機的鼠標指針就可以和物理機的鼠標指針統(tǒng)一，不需要使用組合鍵Ctrl+Alt來進行切換，還可以實現(xiàn)物理機的文件直接拖到虛擬機上去使用。這樣一個虛擬機實驗環(huán)境就搭建好了，只需要根據(jù)實驗任務(wù)準備相關(guān)資源就可以進行實踐操作。

3 虛擬機技術(shù)在系統(tǒng)維護教學中的應(yīng)用

虛擬機在實踐操作方面能夠發(fā)揮很大的作用，可以在一臺電腦上練習組網(wǎng)技術(shù)、學習操作不同的操作系統(tǒng)、測試開發(fā)的軟件在各個操作系統(tǒng)平臺下的效果和可靠性、安裝不可靠的軟件、測試病毒等。在虛擬系統(tǒng)崩潰之后可直接刪除不影響本機系統(tǒng)，同樣，本機系統(tǒng)崩潰后也不影響虛擬系統(tǒng)，重裝后可再加入以前的虛擬系統(tǒng)。

圖2 基于虛擬機技術(shù)的系統(tǒng)維護實踐項目

3.1 BIOS參數(shù)設(shè)置

在所有實踐操作項目中，BIOS的設(shè)置最為抽象，同時還具有一定的危險性，如果操作不當就會破壞BIOS參數(shù)的設(shè)置，導(dǎo)致計算機無法正常啟動。并且BIOS的設(shè)置界面一般是英文標識，初學者會感到枯燥，存在一定的難度，利用虛擬機模擬的硬件系統(tǒng)可以較為真實地反映系統(tǒng)的引導(dǎo)順序、CPU頻率、端口設(shè)置、主從硬盤等BIOS設(shè)置情況，一般開機按下F2后即可進入BIOS，使用方向鍵移動并選擇菜單進行相關(guān)設(shè)置。

3.2 硬盤分區(qū)與格式化

分區(qū)即將硬盤劃分為若干個邏輯區(qū)域，格式化即為硬盤分別建立引導(dǎo)區(qū)（BOOT）、文件分配表（FAT）和數(shù)據(jù)存儲區(qū)（DATA），新配置的硬盤如果沒有進行格式化和分區(qū)，可能無法正常使用，也可能影響用戶數(shù)據(jù)的管理，并且不同類型的操作系統(tǒng)要求相對應(yīng)的硬盤格式，各種分區(qū)工具的操作方法也不盡相同。如果在真實PC上練習硬盤分區(qū)及格式化，會對硬盤造成損傷，大大縮短硬盤的使用壽命。而在虛擬機環(huán)境下，硬盤的分區(qū)操作不會有任何損傷，只是類似一個文件的讀寫操作，卻能達到和物理機一樣的操作效果。

3.3 安裝操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的安裝是學生最感興趣的內(nèi)容，但在實際操作過程中受到諸多硬件的限制，比如需要光驅(qū)和啟動盤，要配置一個機房的光驅(qū)和幾十張系統(tǒng)盤，這也是不常見的。在虛擬機環(huán)境下，可以較好地解決這些硬件需求問題，先使用虛擬機軟件在宿主機（物理機）中劃分一部分硬件資源，虛擬出一臺計算機，然后利用UltraISO（軟碟通）將操作系統(tǒng)的安裝光盤制作成一個ISO鏡像文件，在虛擬機中將ISO鏡像文件導(dǎo)入光驅(qū)中，就可以直接安裝操作系統(tǒng)了，其安裝步驟和過程跟物理機完全一樣。

3.4 系統(tǒng)配置

對操作系統(tǒng)的使用有時需要進行必要的設(shè)置，比如網(wǎng)絡(luò)IP地址和安全策略的的配置，如果在物理機的環(huán)境下操作實踐，重啟后會受到機房安全還原保護限制，相關(guān)的配置不能生效。在虛擬機環(huán)境中，可以避免這種機房系統(tǒng)還原保護的限制，更不會損壞物理機的軟件和硬件系統(tǒng)。

3.5 系統(tǒng)備份與還原

操作系統(tǒng)的使用時間越長其運行速度會越慢，如果系統(tǒng)感染了病毒，破壞了系統(tǒng)文件還會導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，重裝系統(tǒng)又很耗時，這些都是電腦用戶最頭痛的，卻又是不可避免的。使用Ghost技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)備份和還原是目前快速解決這一問題的有效途徑，但是Ghost的操作具有一定的難度和復(fù)雜性，一不小心就可能將硬盤的所有數(shù)據(jù)清零，損失慘重。在虛擬機環(huán)境中，可以反復(fù)應(yīng)用Ghost工具進行備份還原系統(tǒng)，而不用擔心物理機的數(shù)據(jù)受損。

3.6 系統(tǒng)優(yōu)化及病毒查殺

對于系統(tǒng)優(yōu)化及病毒排殺等操作需要重新啟動系統(tǒng)才能生效，而且有的相關(guān)設(shè)置會影響系統(tǒng)的啟動和正常運行，嚴重的還會導(dǎo)致操作系統(tǒng)崩潰，但在虛擬機環(huán)境中可以大膽操作，無需擔心設(shè)置影響物理機的正常運行，同時，虛擬機還可以通過復(fù)制、覆蓋虛擬硬盤的方式快速解決問題。

4 虛擬機技術(shù)在系統(tǒng)維護實踐中的不足

引入虛擬機技術(shù)可以彌補大部分系統(tǒng)維護實驗在實際操作過程中的問題，但也存在一些不足。

（1）模擬環(huán)境中虛擬機的硬件均來自宿主機，因此要求物理機的硬件配置較高，特別是對處理器和內(nèi)存的配置要求很高，不然，虛擬機的啟動和運行會很慢。

（2）在虛擬機模擬的環(huán)境下，虛擬硬件一般不會發(fā)生故障，不能較好模擬真實硬件環(huán)境中可能出現(xiàn)的問題，因此對電腦硬件故障診斷與排除的相關(guān)操作不多，不能動手練習裝卸硬件。

（3）對于驅(qū)動程序的安裝、系統(tǒng)性能測試與優(yōu)化等項目，在虛擬機模擬環(huán)境中實踐效果不理想，因為虛擬機基于宿主機，相關(guān)驅(qū)動程序均已自動安裝，不能很好地模擬物理機驅(qū)動的安裝和更新，與真實過程的差別較大。

5 結(jié)束語

在計算機系統(tǒng)與維護的教學過程中，靈活運用虛擬機技術(shù)，能有效緩解計算機實驗設(shè)備以及各類硬件設(shè)施不足的問題。在虛擬機環(huán)境下進行的所有實驗操作均不會對計算機硬盤的數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何影響，從而降低了機房的維護難度，同時，又增加了學生的動手實踐機會，極大地豐富了學生計算機軟硬件系統(tǒng)維護的實戰(zhàn)經(jīng)驗，鍛煉與提高了學生解決各類計算機實際問題的能力。

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作者簡介：廖堅（1978-），男，碩士，講師，主要研究方向：智能算法、信息安全及企業(yè)信息化。

作者單位：湖南機電職業(yè)技術(shù)學院，長沙 410151