計算機實訓(xùn)教學(xué)構(gòu)想及虛擬機技術(shù)的運用研究

唐彧++王淵

摘要：隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，實訓(xùn)教學(xué)構(gòu)想在計算機教學(xué)中得到實踐，為提高計算機教學(xué)質(zhì)量創(chuàng)造有利條件。虛擬機技術(shù)是一種實現(xiàn)虛擬機所采用的技術(shù)，主要包括硬件虛擬化技術(shù)和指令集虛擬化技術(shù)，是計算機工作者研究的重點話題。鑒于此，如何將虛擬機技術(shù)高效應(yīng)用至計算機實訓(xùn)教學(xué)中去，成為相關(guān)人員關(guān)注的焦點。該文筆者將以虛擬機技術(shù)為出發(fā)點，分析虛擬機技術(shù)的優(yōu)點，探究虛擬機技術(shù)在計算機實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：計算機；實訓(xùn)教學(xué)；虛擬機技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0132-02

實訓(xùn)教學(xué)是計算機教學(xué)的重點和難點，是提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)水平與實踐能力的有效手段。目前，由于諸多客觀因素，導(dǎo)致計算機實訓(xùn)教學(xué)效果并不理想，難以達到預(yù)期教學(xué)效果。鑒于此，虛擬機技術(shù)逐漸得到計算機實訓(xùn)教學(xué)的關(guān)注與重視。

1 虛擬機技術(shù)基本概述

1.1 虛擬機

虛擬機，指以軟件模擬為基礎(chǔ)條件，且硬件系統(tǒng)功能具有完整性的，在隔離環(huán)境下運行的計算機系統(tǒng)。虛擬系統(tǒng)，以生成當(dāng)前操作系統(tǒng)的全新虛擬鏡像的基礎(chǔ)上，其與Windows系統(tǒng)共同大同小異，在進入到虛擬系統(tǒng)后，通過一個全新的、獨立的虛擬系統(tǒng)為界面，完成相關(guān)操作。獨立安裝運行軟件是其基本功能，既能對數(shù)據(jù)進行有效保存，且能夠設(shè)置具有個性化的獨立桌面，同時，對真正的系統(tǒng)不存在明顯影響，能達到現(xiàn)有系統(tǒng)與虛擬系統(tǒng)靈活切換的效果。對于虛擬系統(tǒng)與傳統(tǒng)虛擬機，兩者存在一定差別：針對虛擬系統(tǒng)，其不會影響電腦性能，與Windows系統(tǒng)啟動相比較，大大縮短了其啟動時間，方便、快捷是虛擬系統(tǒng)運行程序的基本特點，且虛擬系統(tǒng)只能模擬與現(xiàn)有操作系統(tǒng)一致的環(huán)境，傳統(tǒng)虛擬機，則可模擬出多個不同類型的操作系統(tǒng)。由于虛擬機需對底層硬件指令進行模擬，因此，應(yīng)用程序運行所需耗費的時間明顯多于虛擬系統(tǒng)。其中，VMware、Virtual Box以及Virtual PC是常用的虛擬機軟件，其以Windows系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可模擬出多個計算機。

1.2 虛擬機技術(shù)

虛擬機技術(shù)，屬于虛擬化技術(shù)范疇，然而，虛擬化技術(shù)，指將事物由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N不同的形式，其中，操作系統(tǒng)中內(nèi)存的虛擬化是較常使用的虛擬化技術(shù)，實際運行過程中，用戶所需內(nèi)存空間明顯高大于物理機器的內(nèi)存，基于內(nèi)存虛擬化技術(shù)作用下，用戶可將部分硬盤虛擬化為內(nèi)存，針對用戶，其具有透明性。同時，將虛擬專用網(wǎng)技術(shù)（VPN）應(yīng)用至公共網(wǎng)絡(luò)中，虛擬化出一條具有安全性和穩(wěn)定性的“隧道”，促使用戶感覺其與私有網(wǎng)絡(luò)無差別。

上世紀六七十年代，IBN正式提出虛擬機技術(shù)，并將虛擬機技術(shù)進行如下定義：虛擬機技術(shù)，即用以實現(xiàn)硬件設(shè)備軟件模擬，達到分時共享目的的大型機的應(yīng)用模式。虛擬機監(jiān)視器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虛擬機技術(shù)的核心與關(guān)鍵，其屬于位于操作系統(tǒng)和計算機硬件間的一層代碼，主要作用在于將硬件平臺分割為多個虛擬機?；谔貦?quán)模式前提下，VMM運行可隔離并管理上層運行的虛擬機，實現(xiàn)對底層硬件訪問的仲裁效果，同時，為不同的客戶操作系統(tǒng)虛擬出一套具有獨立性的實際硬件的虛擬硬件環(huán)境，其中，內(nèi)存、處理器以及I/O設(shè)備均屬于該范疇。

2 虛擬機技術(shù)的主要優(yōu)點

針對虛擬機技術(shù)的優(yōu)點，涉及所方面內(nèi)容，現(xiàn)將其進行如下歸納：

第一，一機多用，減少浪費。在虛擬機技術(shù)指導(dǎo)下，無需進行分區(qū)或重新開機。兩種或兩種以上的操作系統(tǒng)可在同一計算機上完成，達到降低過分依賴多系統(tǒng)的目的，無需借助多分區(qū)或多硬盤，實現(xiàn)對多個操作系統(tǒng)的安裝，不僅有利于節(jié)省資源，避免不必要的浪費，而且有助于減少維護費用。

第二，兼容性好，移植性強。虛擬機，將操作采用設(shè)置為映像文件格式，并存儲至宿主機硬盤內(nèi)，在保證無任何問題的基礎(chǔ)上，將其拷貝至其他計算機上去，為多機統(tǒng)一部署和安裝提供便利。

第三，高度集成，操作簡單。在任何一臺計算機上，虛擬機均可同時集成出多個不同的操作系統(tǒng)，且系統(tǒng)間可實現(xiàn)隨意切換效果，達到互動操作目標。與此同時，借助聯(lián)網(wǎng)功能，促使虛擬網(wǎng)絡(luò)得以重建，將較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)實驗實現(xiàn)于一臺計算機上。

第四，有利于對操作環(huán)境進行修改和完善，通過虛擬機軟件，在設(shè)定系統(tǒng)操作環(huán)境的基礎(chǔ)上，為修改操作環(huán)境提供便利，例如，周邊設(shè)備、內(nèi)存以及磁碟空間等。

第五，系統(tǒng)具有較強的安全性。對于虛擬機，操作系統(tǒng)若出現(xiàn)問題，不會對宿主機系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生明顯影響作用，實現(xiàn)對宿主機系統(tǒng)的保護，以達到增強系統(tǒng)安全性的目的。

3 虛擬機技術(shù)在計算機實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展諸多軟件已具備虛擬機的功能，例如，常見的VMware Wokrstation、Virtual PC、Virtual Box等。本文筆者將以VMware Wokrstation為依據(jù)，分析計算機實訓(xùn)教學(xué)中虛擬機技術(shù)的實際應(yīng)用。

3.1 虛擬機技術(shù)應(yīng)用至實訓(xùn)環(huán)境維護中

公共機房是計算機實訓(xùn)教學(xué)的主要形式，常常需將大量實訓(xùn)軟件安裝至每臺計算機中去。然而，實際情況并非如此，由于軟件與軟件間安裝運行環(huán)境沖突事件頻頻發(fā)生，導(dǎo)致其難以達到正常安裝使用效果。在此基礎(chǔ)上，安裝多操作系統(tǒng)來分別安裝軟件屬于傳統(tǒng)解決方法，其效果并不顯著，大大增加了實訓(xùn)環(huán)境維護負擔(dān)，基于此，利用虛擬機，促使公共機房軟件沖突問題得以解決，達到改善實驗環(huán)境的目的。

例如，若將用友財務(wù)通2005和用友財務(wù)通v10同時安裝至一個機房內(nèi)，且兩個軟件均依賴于一個數(shù)據(jù)庫，即Microsoft SQL 2000數(shù)據(jù)庫，同時，沖突現(xiàn)象頻頻發(fā)生于數(shù)據(jù)庫實例文件中，需安裝分操作系統(tǒng)。在此背景下，將虛擬機新建于一臺實訓(xùn)計算機中，采用正確的方式，安裝Windows XP操作系統(tǒng)與Microsoft SQL 2000數(shù)據(jù)庫軟件。在VMware Wokrstation軟件指導(dǎo)下，執(zhí)行“克隆”命令，基于較短時間內(nèi)，克隆出原系統(tǒng)一致的虛擬機系統(tǒng)，并將用友財務(wù)通2005和用友財務(wù)通v10分別安裝至克隆出的系統(tǒng)中，再利用Ghost或同傳系統(tǒng)，促使整個機房的軟件環(huán)境得到更新和維護?；诖?，計算機實訓(xùn)教學(xué)過程中，以教學(xué)具體需求為指導(dǎo)，合理選擇虛擬機系統(tǒng)，達到實訓(xùn)教學(xué)目的，促使虛擬機技術(shù)無需將多系統(tǒng)安裝至實訓(xùn)計算機上，實現(xiàn)靈活切換系統(tǒng)的目標，為計算機實訓(xùn)教學(xué)工作的有序開展創(chuàng)造有利條件，提高計算機實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，緩解機房軟件環(huán)境維護負擔(dān)，優(yōu)化機房軟件環(huán)境。

3.2 虛擬機技術(shù)應(yīng)用至難以實施的實訓(xùn)課程中

目前，由于多方面因素，導(dǎo)致部分實驗無法在計算機課程實訓(xùn)中進行，例如，計算機組裝與維護課程中的BIOS參數(shù)設(shè)置實驗?，F(xiàn)如今，針對實訓(xùn)計算機，諸多計算機實訓(xùn)機房均采取了還原保護系統(tǒng)，對BIOS和硬盤訪問設(shè)置了權(quán)限，導(dǎo)致相關(guān)的實驗無法順利進行。因此，在該部分計算機實訓(xùn)教學(xué)過程中，諸多授課者常利用圖片開展教學(xué)活動，或純理論教學(xué)，或利用模擬器被動完成較為簡單的實驗，致使聽課者難以準確把握實驗流程，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量受到嚴重影響。鑒于此，利用虛擬機技術(shù)，有效解決計算機實訓(xùn)教學(xué)中的相關(guān)問題，達到提高計算機實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

例如，針對BIOS參數(shù)設(shè)置實驗，將任意的虛擬機新建配置至實訓(xùn)計算機中，在啟動虛擬機時，按下“F2”按鍵，從而直接進入虛擬機BIOS界面。在此基礎(chǔ)上，以虛擬機所模擬的BIOS界面為依據(jù)，進行BIOS設(shè)置實驗。在虛擬機BIOS環(huán)境下，計算機硬件設(shè)備得以模擬，可利用其進行BIOS常規(guī)設(shè)置，例如，開機順序、調(diào)整時間以及主從盤等，聽課者可對虛擬機運行環(huán)境變化情況進行觀察。與此同時，宿主機硬件設(shè)備不會受到試驗結(jié)果影響。由VMware Wokrstation提供的PhoenixBIOS的BIOS程序，在筆記本電腦和品牌機中得到廣泛應(yīng)用，且適用于計算機實訓(xùn)教學(xué)活動的開展。

3.3 虛擬機技術(shù)應(yīng)用至復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)實驗環(huán)境的構(gòu)建

計算機技術(shù)以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展為顯著特征，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實踐能力是檢驗計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)質(zhì)量的重要指標。鑒于此，為達到信息化人才培養(yǎng)目標，建設(shè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實訓(xùn)室顯得尤為重要。目前，由于客觀因素等條件的影響，諸多實訓(xùn)室難以提供良好的網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺，導(dǎo)致實訓(xùn)教學(xué)效果并不顯著，若以虛擬機技術(shù)為指導(dǎo)，在實訓(xùn)教學(xué)中合理應(yīng)用，促使該問題得到解決。

目前，針對計算機網(wǎng)絡(luò)課程實訓(xùn)教學(xué)，以企業(yè)網(wǎng)構(gòu)建實驗為重點，是基于路由器、多臺計算機以及交換機共同作用下，從而構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)，以工作組模式為前提條件，合理配置Windows Sevrer操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。一般情況下，大量的實訓(xùn)計算機是完成實訓(xùn)內(nèi)容的重要支撐力量，因此，對網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)環(huán)境要求越來越高。但是，若實訓(xùn)計算機不斷更改操作系統(tǒng)，致使操作系統(tǒng)受到損害。在完成一個實驗的背景下，需重新安裝操作系統(tǒng)，導(dǎo)致實驗維護工作量不斷增加。在此情況下，虛擬機與宿主機、虛擬機與虛擬機是VMware Wokrstation的基本媒介，通過給其提供的網(wǎng)絡(luò)通信虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，以達到完成Web、FTP以及服務(wù)器配置等實驗的目的。

例如，企業(yè)網(wǎng)構(gòu)建實驗，路由器、四臺計算機以及兩臺交換機是構(gòu)建企業(yè)網(wǎng)所需設(shè)備。其中，PCI為FTP服務(wù)器，PC2為WEB服務(wù)器，其分別與SwitchA交換機和Route路由器連接，PC3與PV4屬于一般網(wǎng)絡(luò)計算機，其與SwitchB連接，并互相連接兩臺交換機。實驗過程，如下所示：利用VMware Wokrstation軟件，在一臺實訓(xùn)計算機上模擬出PC1和PC2，并在虛擬機上安裝相對應(yīng)的Windows操作系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)模式為橋接，科學(xué)設(shè)置PC1和PC2中的FTP服務(wù)器與Web服務(wù)器。利用VMware Wokrstation軟件，將PC3與PC4模擬至第二臺計實訓(xùn)計算機上。在此基礎(chǔ)上，以實驗網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為出發(fā)點，將各個設(shè)備連接好，設(shè)置好每臺虛擬機的P1地址，以實驗需求為指導(dǎo)，合理設(shè)置Vlan和路由器，并采用正確方式，測試實驗結(jié)果。與傳統(tǒng)實驗過程相比，虛擬機技術(shù)的應(yīng)用是該實驗的最大特點，基于此，促使所需實訓(xùn)計算機得以減少，以虛擬機為主要表現(xiàn)形式，以達到拓展變化空間的目的。

4 小結(jié)

綜上所述，在計算機實訓(xùn)教學(xué)過程中，合理利用虛擬機技術(shù)，增加計算機實訓(xùn)教學(xué)的真實性與安全性，優(yōu)化實驗環(huán)境，促使實訓(xùn)成本得以降低，有助于提高實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，以達到實訓(xùn)教學(xué)目標。

參考文獻：

[1]林春雷.淺談在中職計算機實訓(xùn)教學(xué)中的虛擬機技術(shù)運用[J].就業(yè)與保障，2015（4）：32-33.

[2]印元軍.虛擬機及硬盤還原技術(shù)在《計算機基礎(chǔ)技能實訓(xùn)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2011（1）：66+75.

[3]宋華斌.虛擬機技術(shù)在計算機實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2011（15）：3618-3619.

[4]王海艷，張平.虛擬機技術(shù)在計算機實訓(xùn)教學(xué)中的介紹[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（12）：62.

[5]陳國威.虛擬機技術(shù)在組網(wǎng)技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].實驗技術(shù)與管理，2014（5）：115-117+130.

[6]鄭正.運用虛擬機進行計算機教學(xué)[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2012（1）：58-60.

[7]孫秉超.虛擬機技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2012（27）：6546-6547+6562.

[8]羅茹娟.虛擬機技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國新通信，2013（12）：63.

[9]印元軍.虛擬機及硬盤還原技術(shù)在《計算機基礎(chǔ)技能實訓(xùn)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2011（1）：66+75.

[10]尹紀慶.淺談虛擬機技術(shù)在計算機教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2014（2）：186-187.