開放式虛擬化實驗平臺的構(gòu)建

張浩　張燕姑

摘要：針對傳統(tǒng)模式下由于實驗資源、教學條件的限制，以及設(shè)備維護成本等的計算機實驗環(huán)境，提出構(gòu)建虛擬化實驗平臺將是計算機實訓教學改革的新趨勢，也是對傳統(tǒng)實驗教學的重要輔助，以“計算機安裝與維護”軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試為例，從當前實驗環(huán)境入手，闡述研究開放式虛擬化實驗平臺的重要意義，指出構(gòu)建開放式虛擬化實驗平臺的實現(xiàn)途徑及應(yīng)用案例，力圖形成一套涵蓋教學、實訓和測試等環(huán)節(jié)的實驗平臺。

關(guān)鍵詞：計算機安裝與維護；虛擬化實驗平臺；操作系統(tǒng)

0 引言

計算機已經(jīng)成為大學生學習中必不可少的工具之一，如何“利其器”是當前大學生欲“善其事”所應(yīng)該掌握的基本技能之一。計算機安裝與維護課程除了作為計算機專業(yè)必修的基礎(chǔ)課以外，也作為高等職業(yè)類學校公選課之一，受到廣大學生的歡迎。該課程的實驗性要求很高，內(nèi)容主要涉及了計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大模塊。硬件系統(tǒng)模塊包括硬件拆解與安裝、硬件調(diào)試與維護等；軟件系統(tǒng)模塊包括操作系統(tǒng)安裝、軟件系統(tǒng)安裝與維護、工具軟件使用等。其中硬件系統(tǒng)對于實訓的要求較高，因為硬件系統(tǒng)的實訓對硬件設(shè)備的依賴很大，根據(jù)課程要求需要學生在學習過程中完成真實的操作過程，所以在課程實施過程中會利用更新替換的舊機器讓學生實際演練，以達到教學效果。帶來的問題是這部分機器在經(jīng)過學生的反復拆裝后很難應(yīng)用于軟件系統(tǒng)這個模塊的實施。針對這種情況，通過多年的教學積累，歷經(jīng)了數(shù)次的教學調(diào)整，參考對比兄弟院校本課程的教學方式，我們在計算機安裝與維護課程軟件系統(tǒng)模塊的教學和實驗中引入虛擬實驗平臺的概念，其涵蓋整個教學的各個環(huán)節(jié)，包括：教學、實訓、測試，為教學提供了真實的操作環(huán)境，改善了教學計劃的實施，同時降低了機房機器的維護強度，提高了教學的組織實施與教學的效果。

1 實施方法的比較

大部分高等職業(yè)院校對于課程中軟件系統(tǒng)實施的方法有：①傳統(tǒng)做法。主講教師利用教師機直接演示，給學生提供真實的操作參考，直觀而且形象，缺點也顯而易見，每次實際演示都將導致教師機的系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生根本的改變，同時也增加了實訓室機器維護的強度。②利用虛擬化技術(shù)。利用當前流行的虛擬機技術(shù)VMware、Virtual Box和Virtual PC，在現(xiàn)有的實訓室物理機器上模擬出多臺虛擬的計算機，這些虛擬機就像真正的計算機一樣進行工作，如安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)等。優(yōu)點是充分利用了現(xiàn)有的計算機機房環(huán)境，避免了操作對計算機硬件的損壞，大大降低了機房維護強度。缺點是這種操作過程雖然較接近真實環(huán)境，但執(zhí)行的效果并不能讓學生真正領(lǐng)會軟件系統(tǒng)安裝的精髓，碰到實際機器安裝系統(tǒng)時仍然不知道該如何著手處理。③利用諸多的光盤來實施教學計劃。該方法需要獨立的軟件安裝機器，能提供真實的操作過程，缺點是光盤損耗較大，一學期每臺機器需要4套光盤以上，光盤磨損嚴重，并且光驅(qū)讀取速度相比較而言太慢，同時機房管理難度較大。

2 虛擬化實驗平臺的設(shè)計思路

計算機安裝與維護課程中的軟件系統(tǒng)模塊包括操作系統(tǒng)安裝、軟件系統(tǒng)安裝與維護、工具軟件使用等，在具體實施中課程對應(yīng)安排了7個實驗項目，如表1所示。

每個項目實際上還包括了多個子項目，例如項目②安裝操作系統(tǒng)，可以包括Windows 2000在內(nèi)的多個版本操作系統(tǒng)、甚至是多操作系統(tǒng)的安裝。

為得到最佳的實驗效果，就需要盡量地貼近真實環(huán)境，由于軟件系統(tǒng)部分的操作直接與計算機的操作系統(tǒng)環(huán)境相關(guān)聯(lián)，操作的過程有可能需要對磁盤進行重新劃分、有可能需要重裝系統(tǒng)、也有可能只需要對指定的操作系統(tǒng)進行設(shè)置或優(yōu)化等。如何在每個實驗項目實施之前讓機房每臺機器可以快速地調(diào)整至預設(shè)的真實環(huán)境，這正是我們要考慮解決的問題。

以項目②“操作系統(tǒng)安裝與設(shè)置”為例，項目目的是通過安裝Windows 2000、Windows XP、Windows 7等常用操作系統(tǒng)，實現(xiàn)多系統(tǒng)安裝、多系統(tǒng)并存，還包括操作系統(tǒng)安裝后的相關(guān)設(shè)置，從而讓學生掌握常用操作系統(tǒng)安裝和設(shè)置的能力。重點是操作系統(tǒng)安裝的標準方法和流程，難點是操作系統(tǒng)安裝過程中應(yīng)該要注意的事項。

需要安裝操作系統(tǒng)的情況有兩種：一種是全新磁盤（未劃分）；另一種是有系統(tǒng)，但是原系統(tǒng)已經(jīng)損壞。因此需要創(chuàng)建兩種磁盤環(huán)境：一種是清空磁盤原有分區(qū)信息，相當于恢復至磁盤出廠設(shè)置，另外一種是已有多分區(qū)但系統(tǒng)已損壞的環(huán)境，分別針對這兩種情況將對應(yīng)環(huán)境的磁盤預先進行磁盤備份，形成獨立的鏡像文件或GHO文件并保留。將各個版本的操作系統(tǒng)安裝盤以ISO格式文件保存以待使用。常規(guī)系統(tǒng)安裝又有3種方式：全新安裝、升級/覆蓋安裝、多系統(tǒng)安裝。兩個環(huán)境文件（鏡像文件或GHO文件）和多個操作系統(tǒng)安裝的ISO格式文件組合產(chǎn)生了項目②“操作系統(tǒng)安裝與設(shè)置”中的多個子項目。

3 開放式虛擬化實驗平臺的構(gòu)建

依照上述設(shè)計思路，構(gòu)建一套開放式虛擬化實驗平臺需要考慮幾個方面：完備的實驗教學平臺、典型環(huán)境對應(yīng)磁盤（分區(qū)）的備份庫（低成本的創(chuàng)建）、光盤的ISO鏡像庫，以及能利用專家知識進行靈活添加和組合生成新的實驗項目。

3.1 完備的實驗教學平臺

針對軟件系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，虛擬化平臺最突出的特征是能夠?qū)⒃O(shè)備（機房的機器）按專家預設(shè)的環(huán)境快速搭建，從而讓對應(yīng)的實驗項目具備理想的環(huán)境，這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)真實教學中的所有操作步驟，得到既定的實驗目的，而且最大的優(yōu)點在于可以反復實踐和練習。這符合作為實驗平臺的要求。

3.2 低成本的典型環(huán)境備份庫

利用成熟的“系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)”，可以輕松地將軟件系統(tǒng)安裝與調(diào)試的各種典型環(huán)境進行快速備份，并以特定的格式文件存在。依照專家知識的要求對此類文件進行歸類和整理，形成環(huán)境備份庫。同樣，成熟的“系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)”也可以按專家知識的要求將指定的備份文件恢復至指定的磁盤或分區(qū)，完成專家知識所預制的要求。endprint

3.3 光盤的ISO鏡像庫

考慮到軟件系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，需要各種安裝光盤，實驗環(huán)境情況下，安裝光盤的使用會有很多不利因素，如讀盤速度、光盤磨損、光盤的管理。利用成熟的“光盤映像文件制作/編輯/轉(zhuǎn)換工具”將相關(guān)的光盤制作成ISO格式的文件，形成ISO鏡像庫進行統(tǒng)一的管理。

3.4 專家知識形成實驗項目

作為實驗平臺，需要全面收集專家知識，包括實驗涉及的知識、實驗相關(guān)的操作技能，才能使實驗內(nèi)容充分涵蓋教學內(nèi)容和知識點，并通過實驗項目將這些知識有機銜接起來。滿足在實驗教學中的3個重要環(huán)節(jié)：知識講解、技能訓練、能力測試。

開放式虛擬化實驗平臺中各個組成部分的創(chuàng)建方法和步驟如下：

（1）根據(jù)軟件系統(tǒng)模塊中預定的各個實驗項目（包括子項目），結(jié)合實驗用機器的實際配置，創(chuàng)建合適的實驗環(huán)境。

（2）系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)將各個實驗項目對應(yīng)的環(huán)境“拍照”保存，形成備份。

（3）利用優(yōu)盤啟動技術(shù)制作啟動優(yōu)盤，并按照分類的實驗順序制作命令菜單。

（4）將預先保存的環(huán)境“照片”，或者是軟件系統(tǒng)安裝所需要的鏡像文件存放至優(yōu)盤指定位置。

（5）通過系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復技術(shù)還原預設(shè)的實驗環(huán)境，加載所需要的鏡像文件，并執(zhí)行相應(yīng)的實驗操作。

（6）允許隨時根據(jù)專家知識的要求，增加新的備份環(huán)境或ISO鏡像文件，具備開放性

軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試的虛擬化平臺如圖1所示

4 預期效果

計算機安裝與維護課程軟件系統(tǒng)模塊的教學實施中，通過引入虛擬化實驗平臺，前期預先創(chuàng)建實驗需要的各種環(huán)境并保存，在軟件系統(tǒng)模塊相關(guān)的教學演示、實驗操作中都可以快速通過虛擬化實驗平臺快速生成實驗環(huán)境，完成相應(yīng)的實訓項目，達到實訓教學效果。本課程軟件系統(tǒng)模塊涉及安排的30個子項目均利用虛擬化實驗平臺快速實現(xiàn)環(huán)境并完成實施，且效果良好。

5 結(jié)語

我們通過對軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試虛擬化實驗平臺的使用和實踐，總結(jié)出虛擬化實驗平臺具備以下優(yōu)點：

（1）軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試的虛擬化實驗平臺存放于U盤中，也可以導入DVD光盤，制作攜帶非常方便。

（2）軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試的虛擬化實驗平臺為學生的重復實驗節(jié)約了大量的提前準備時間，同時也降低了實訓室維護工作強度。

（3）軟件系統(tǒng)安裝調(diào)試的虛擬化實驗平臺添加新環(huán)境簡單方便，極大程度上豐富了教學環(huán)境，最佳程度上提供了真實的模擬環(huán)境。

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（見習編輯：劉麗麗；編輯：趙廓）endprint