計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：文章經(jīng)過(guò)對(duì)目前高等院校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行討論，重點(diǎn)探討把虛擬化技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從使用虛擬化技術(shù)設(shè)置計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程，減少資金投入的同時(shí)加強(qiáng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量以及效果，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中減少能耗等幾方面討論與研究所出現(xiàn)的問(wèn)題，從而全面的提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，在培養(yǎng)學(xué)生使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的能力改善教學(xué)效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)器利用率、改善教學(xué)環(huán)境的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬化技術(shù)；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TP391.6

目前，由于我國(guó)高等院校招生數(shù)量不斷增加，學(xué)校規(guī)模也不斷擴(kuò)大，但教學(xué)經(jīng)費(fèi)的投資卻無(wú)法滿足不斷增加的學(xué)生數(shù)目，學(xué)校里的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具沒(méi)有得到及時(shí)的更新?lián)Q代，這就無(wú)法滿足平時(shí)教學(xué)與教學(xué)實(shí)踐時(shí)所需的必要設(shè)施。如何恰當(dāng)合理的利用學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)資源，正常完成學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程目標(biāo)，而且可以確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，這是每個(gè)學(xué)校需要及時(shí)解決的問(wèn)題。面對(duì)目前學(xué)校的這一現(xiàn)狀，學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)利用虛擬化的產(chǎn)品與技術(shù)，構(gòu)建虛擬化的教學(xué)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)不但可以高效的增強(qiáng)教學(xué)的服務(wù)質(zhì)量與支撐水平，還可以減少實(shí)驗(yàn)室機(jī)器的檢修運(yùn)營(yíng)的資本，最終收獲實(shí)驗(yàn)室最高的效益。

1 當(dāng)前學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

在目前的學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：

首先，因?yàn)閷W(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)較多，所以，機(jī)器容易發(fā)生故障?；旧险麄€(gè)學(xué)校的計(jì)算機(jī)課都是在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室完成的，計(jì)算機(jī)每天都在超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，因此設(shè)備的硬件與軟件就容易出現(xiàn)各種問(wèn)題。

其次，由于計(jì)算機(jī)軟件的升級(jí)與更新比較頻繁，而無(wú)法及時(shí)替換計(jì)算機(jī)的硬件。由于不同年級(jí)、專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容不同，他們需要的學(xué)習(xí)軟件也不一樣，而且軟件的型號(hào)與類別升級(jí)速度快，計(jì)算機(jī)設(shè)備為了符合所有教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，就需要不斷安裝與更新軟件，還可能一臺(tái)電腦上要安裝不同類型的操作系統(tǒng)，經(jīng)常要依據(jù)每個(gè)學(xué)期的課程要求重裝系統(tǒng)及軟件。于是就出現(xiàn)了問(wèn)題，由于計(jì)算機(jī)硬件更新周期較長(zhǎng)，從而造成高級(jí)版本的軟件不能在配置低的計(jì)算機(jī)上安裝或者運(yùn)行。

第三，實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有機(jī)器配置較低以及學(xué)校投資方面的短缺造成不能開(kāi)展前沿性的實(shí)驗(yàn)。對(duì)媒體技術(shù)與并行計(jì)算技術(shù)等前沿性技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方面需求量較大，但由于資金與機(jī)器的缺乏致使無(wú)法進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)。

第四，學(xué)校計(jì)算機(jī)的品牌、型號(hào)種類繁多，而且不同的計(jì)算機(jī)在性能上差距很大。學(xué)校大都是分批采購(gòu)計(jì)算機(jī)設(shè)備，一些早期置辦的設(shè)備性能就不如新設(shè)備，由于計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)施的使用期限是固定的，一些即將或者已經(jīng)老化的機(jī)器就容易出現(xiàn)故障。因?yàn)橘Y金不充足，學(xué)校無(wú)法一次性把全部試驗(yàn)機(jī)器替換掉，這就使得目前高校實(shí)驗(yàn)室的電腦品牌、型號(hào)種類繁多，機(jī)器的性能也有很大的差距，加上硬件的種類繁多，這就加大了實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)檢修難度，容易對(duì)一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性造成破壞。

第五，在實(shí)驗(yàn)室中不能進(jìn)行具有破壞性以及危險(xiǎn)性的操作。在學(xué)校的課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有一些試驗(yàn)存在一定的危險(xiǎn)性和破壞性，例如，硬盤格式化與分區(qū)，CMOS設(shè)置，裝設(shè)多個(gè)操作系統(tǒng)，CPU的超頻以及使用克隆軟件等。此外，有些網(wǎng)絡(luò)攻防型實(shí)驗(yàn)也無(wú)法在電腦上執(zhí)行，因?yàn)槿粲幸稽c(diǎn)不對(duì)整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)面臨被攻擊。所以，教師大都使用講解代替操作的形式或者課堂演示的模式進(jìn)行教授。這樣，學(xué)生就不能親自動(dòng)手實(shí)踐，使得學(xué)生理解起來(lái)有一定的難度，從而喪失了自信心。

第六，目前許多學(xué)校為了便捷的管理計(jì)算機(jī)，安裝了許多保護(hù)軟件，設(shè)立了BIOS的密碼，導(dǎo)致學(xué)生不能練習(xí)設(shè)立BIOS；在主板上安裝硬件保護(hù)卡，造成學(xué)生不能安裝其他的軟件；設(shè)備管理人員屏蔽了計(jì)算機(jī)的控制面板，致使學(xué)生不能聯(lián)系設(shè)置操作系統(tǒng)的有關(guān)信息等，嚴(yán)重妨礙了學(xué)生動(dòng)手能力的提高。

應(yīng)用虛擬化技術(shù)，可以在一定程度上完善上述情況存在的不足，從而確保學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的正常進(jìn)行，并且能夠加強(qiáng)學(xué)生的積極主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)際動(dòng)手能力。

2 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代，虛擬化技術(shù)至今以來(lái)，備受重視。虛擬機(jī)是一種高度隔離的軟件容器，它能夠執(zhí)行自帶的程序與系統(tǒng)，類似于一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)。憑借虛擬化，能夠在一臺(tái)物理機(jī)上運(yùn)行幾個(gè)虛擬機(jī)。虛擬機(jī)包括自身的虛擬CPU、硬盤、內(nèi)存以及網(wǎng)卡。操作系統(tǒng)不能辨別兩者之間的區(qū)別，網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用程序中的其他計(jì)算機(jī)也不能辨別。虛擬機(jī)只有軟件，沒(méi)有硬件。所以，虛擬機(jī)擁有物理硬件所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。

尤其是在目前經(jīng)濟(jì)匱乏、機(jī)器整合繁瑣、管理成本不斷增加的情況下，虛擬化的優(yōu)勢(shì)就更加明顯：節(jié)約資本、節(jié)約能耗、服務(wù)器整合、利于規(guī)范化、易于管理以及增加資源利用率。

虛擬化技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中都有使用，也研發(fā)了成熟的虛擬化軟件體系。目前，一些高等學(xué)校在許多方面開(kāi)始使用虛擬化技術(shù)。另外，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)就虛擬化技術(shù)的應(yīng)用做出了許多貢獻(xiàn)。

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

文章主要是針對(duì)當(dāng)前學(xué)校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問(wèn)題進(jìn)行合理科學(xué)的探討，合理運(yùn)用虛擬化技術(shù)從以下幾個(gè)方面完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足。

3.1 教學(xué)優(yōu)勢(shì)。運(yùn)用虛擬化技術(shù)設(shè)置幾門擁有創(chuàng)新性以及實(shí)踐性的虛擬化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，例如計(jì)算機(jī)安全、可編程數(shù)字電路、并行計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理以及多操作系統(tǒng)交互等實(shí)驗(yàn)性課程無(wú)法在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)機(jī)器上開(kāi)設(shè)。把現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)硬件資源，使用虛擬化技術(shù)，建立一個(gè)功能齊全、可以像實(shí)際的計(jì)算機(jī)一樣運(yùn)行自帶的程序與系統(tǒng)的虛擬機(jī)。

3.2 成本優(yōu)勢(shì)。成本優(yōu)勢(shì)是指通過(guò)虛擬化技術(shù)不但可以極大地減少成本，還可以高效的減少實(shí)驗(yàn)課程的能耗，并可以提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率與質(zhì)量。在當(dāng)前資金缺乏的狀況下，高等院校不可能投入大量資金增設(shè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。在資金、時(shí)間以及資源的壓力下，怎樣提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量以及效率是必須要解決的問(wèn)題，運(yùn)用VMware虛擬化技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)所有程序都適用的虛擬PC機(jī)環(huán)境，利用硬件需求量的降低來(lái)提升當(dāng)前資源的利用率，提升教學(xué)質(zhì)量，革新教學(xué)環(huán)境。當(dāng)前的一些計(jì)算機(jī)與服務(wù)器耗能較多，而VMware虛擬化技術(shù)具備內(nèi)存管理以及高級(jí)資源的功能特征，能夠達(dá)到甚至超過(guò)15：1的整合率，硬件利用率升高到85%，而且可以自動(dòng)將許多閑置的物理服務(wù)器關(guān)掉，最大程度的降低能耗卻不會(huì)影響功能的正常使用。

3.3 管理優(yōu)勢(shì)。管理優(yōu)勢(shì)指的是運(yùn)用虛擬化技術(shù)融合學(xué)校學(xué)生的特殊設(shè)立恰當(dāng)科學(xué)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，確保教研工作的正常實(shí)施。高校優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不單是具備一些良好的實(shí)驗(yàn)課程，還需要設(shè)立一個(gè)完善的教學(xué)體系，方便管理。VMware work station一直相當(dāng)便捷，虛擬機(jī)的模板形式一般使用復(fù)制與備份虛擬機(jī)文件的手段，這樣可以極大地減少規(guī)劃實(shí)驗(yàn)環(huán)境的時(shí)間，增加搭建的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境更加復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程也更加豐富。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與動(dòng)手操作能力，我們需要注重虛擬化技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的深遠(yuǎn)意義，并且需要合理科學(xué)的運(yùn)用虛擬化技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)，只有這樣才能更加完善計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與水平。

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作者簡(jiǎn)介：楊玲（1981.10-），女，湖北人，教師，助教，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：武漢交通職業(yè)學(xué)院，武漢 430065