淺析虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)中的應(yīng)用

于潔

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.207

摘 要：筆者在文中對(duì)各中高院校的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀進(jìn)行討論，同時(shí)也對(duì)虛擬機(jī)技術(shù)以及虛擬機(jī)軟件的特點(diǎn)，對(duì)在計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程中虛擬機(jī)技術(shù)運(yùn)用在教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行著重介紹，以供相關(guān)教師以及從業(yè)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)與參考。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)技術(shù) 計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程 教學(xué) 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（c）-0207-02

隨著各中高院校常年擴(kuò)招，給計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)發(fā)展帶來(lái)很好的機(jī)會(huì)，但由于計(jì)算機(jī)專業(yè)投入的硬件設(shè)備與資金份額逐年加大，從而造成多數(shù)院校在計(jì)算計(jì)專業(yè)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)硬件設(shè)備不足的困難，給正常教學(xué)帶來(lái)很多負(fù)面影響與限制。因此我們要對(duì)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行改革，必須要對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備進(jìn)行利用，通過(guò)虛擬機(jī)技術(shù)（Virtual Machine，VM）來(lái)對(duì)教學(xué)環(huán)境進(jìn)行改善，從而有效地解決上述問(wèn)題。

1 什么是虛擬機(jī)

虛擬機(jī)的主要功能就是通過(guò)功能軟件將一臺(tái)真實(shí)計(jì)算機(jī)的軟件環(huán)境劃分為若干獨(dú)立小區(qū)間，同時(shí)每個(gè)區(qū)間可以依照需要通過(guò)軟件模擬出一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)的技術(shù)，我們稱之為虛擬機(jī)技術(shù)，而模擬出來(lái)的計(jì)算機(jī)我們稱之為虛擬機(jī)。而虛擬機(jī)包括兩種模式：一種是純軟件形式的虛擬機(jī)；另一種是通過(guò)硬件的輔助形式來(lái)進(jìn)行的虛擬機(jī)。目前廣泛運(yùn)用的就是第一種純軟件形式的虛擬機(jī)；另一種虛擬機(jī)是今后虛擬機(jī)的發(fā)展趨向。虛擬機(jī)技術(shù)的實(shí)際構(gòu)架是通過(guò)某個(gè)中間層來(lái)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源的管控與調(diào)配，來(lái)將資源最大化進(jìn)行利用。而對(duì)電腦進(jìn)行虛擬化分區(qū)可以讓一臺(tái)電腦可以同時(shí)運(yùn)行多種或是多類型的操作系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)以及工作上提供極大的便利。

2 虛擬機(jī)軟件及特點(diǎn)

虛擬技術(shù)出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，因而在技術(shù)層面上仍然需要一定的時(shí)間去完善，同時(shí)受到計(jì)算機(jī)硬件上的限制（比如CPU技術(shù)以及硬盤容量還有內(nèi)存空間等），虛擬機(jī)軟件近年來(lái)才得到廣大用戶的認(rèn)可。而現(xiàn)階段市場(chǎng)上主流的虛擬軟件包括：微軟的Virtual PC以及Virtual Server和VMware公司的WMware Workstation與VMware Server等。Virtual系列的軟件運(yùn)行環(huán)境為Windows與MasOS，其支持的操作系統(tǒng)為Mac與Linux2.4或2.6版本以及微軟的Windows。在常見的X86保護(hù)模式里使用VMware客戶操作系統(tǒng)可以直接進(jìn)行操作，相對(duì)便捷。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)中虛擬機(jī)有優(yōu)越的性能與高度真實(shí)的教學(xué)環(huán)境，因而在多數(shù)教學(xué)中運(yùn)用，而我們采用哪一種虛擬機(jī)軟件則取決于操作習(xí)慣與實(shí)際的需求。

虛擬軟件具備以下幾個(gè)特征：第一，所有虛擬機(jī)都具備VM控制模塊，其主要功能是對(duì)VM進(jìn)行控制，比如VM的調(diào)度優(yōu)先順序與VM寄存器內(nèi)容的復(fù)制等。第二，具有獨(dú)立的虛擬硬件設(shè)施。比如內(nèi)存，硬盤，顯卡等設(shè)備，同時(shí)I/O（輸入輸出）端口也受系統(tǒng)保護(hù)，所有虛擬機(jī)都能調(diào)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。第三，系統(tǒng)分配給每個(gè)虛擬機(jī)都有獨(dú)立的內(nèi)存與地址空間從而互不影響。第四，同臺(tái)主機(jī)里可以有多個(gè)虛擬機(jī)并且每個(gè)虛擬機(jī)可以安裝不同的操作系統(tǒng)。第五，我們?cè)谔摂M機(jī)內(nèi)將操作系統(tǒng)裝入主機(jī)硬盤所虛擬出的文件里，因而無(wú)需分區(qū)，也不會(huì)造成對(duì)數(shù)據(jù)的破壞。第六，具備硬件無(wú)關(guān)聯(lián)性，我們?cè)谥鳈C(jī)系統(tǒng)上虛擬的硬件數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，無(wú)需考慮硬件不同，因此也不會(huì)對(duì)硬件進(jìn)行破壞。第七，在主機(jī)系統(tǒng)里可以任意修改虛擬機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)與配置參數(shù)（比如主機(jī)名稱以及硬盤容量與內(nèi)存大小，相關(guān)的外設(shè)參數(shù)等）。

3 虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程教學(xué)中的應(yīng)用內(nèi)容

（1）計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程中的實(shí)踐性課程內(nèi)容包括：第一，計(jì)算機(jī)的BIOS（Basic Input Output System）設(shè)置，主要的功能就是對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行最底層、最直接的硬件設(shè)置與控制。第二，就是對(duì)于硬盤的分區(qū)與格式化操作。第三，對(duì)不同操作系統(tǒng)的安裝及其配置。第四，各種應(yīng)用軟件的安裝與卸載。第五，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。由于本課程操作性比較強(qiáng)，往往所對(duì)應(yīng)用的學(xué)生是剛進(jìn)學(xué)校的新生，教師在進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的時(shí)候需將教學(xué)的內(nèi)容通過(guò)實(shí)際演示操作的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行展示，同時(shí)在實(shí)踐上讓學(xué)生參與動(dòng)手操作。

（2）一般在多媒體教學(xué)過(guò)程中，電腦的操作系統(tǒng)通常安裝的是Windows2000的操作系統(tǒng)與常用軟件，不可進(jìn)行參數(shù)與配置修改。而我們能通過(guò)虛擬機(jī)軟件就能夠解決上述問(wèn)題。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件的應(yīng)用與探索后概括出虛擬機(jī)軟件，在課程教學(xué)中有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一，在物理計(jì)算機(jī)上進(jìn)行BIOS的設(shè)置過(guò)程是無(wú)法映射到多媒體投影儀上進(jìn)行展示的，而且計(jì)算機(jī)管理員也不會(huì)允許教師進(jìn)入或是修改BIOS設(shè)置，而虛擬機(jī)可以順利解決這些問(wèn)題。第二，物理計(jì)算機(jī)不會(huì)允許教師對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)或格式化操作，從而造成教師無(wú)法在多媒體上演示DOS下的FORMAT和FDISK等命令集。第三，在物理計(jì)算機(jī)上不允許教師擅自安裝其他類型的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件或程序，而使用虛擬機(jī)則不會(huì)受到限制與影響，同時(shí)還能進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)參數(shù)與配置的修改。第四，教師在使用Ghost克隆軟件進(jìn)行系統(tǒng)備份以及系統(tǒng)復(fù)原操作的時(shí)候，多媒體投影儀也是無(wú)法進(jìn)行投影的，而使用虛擬機(jī)就可以很順利地解決這個(gè)問(wèn)題。第五，構(gòu)架網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。一臺(tái)主機(jī)與多個(gè)虛擬主機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架就能形成一個(gè)局域網(wǎng)，使課堂教學(xué)過(guò)程中使用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。第六，VMware Workstation不單單只是一個(gè)虛擬機(jī)軟件，同時(shí)也是一款十分優(yōu)秀的屏幕錄像或是截圖軟件。教師在進(jìn)行課件準(zhǔn)備時(shí)，通過(guò)VMware Workstation軟件的視頻錄入功能與抓圖功能可以做出很好的多媒體課件，間接地提升教學(xué)效率與學(xué)生的課堂活躍度。

（3）在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中要合理運(yùn)用虛擬機(jī)軟件構(gòu)架計(jì)算機(jī)硬件與軟件的課程平臺(tái)是因?yàn)椋旱谝?，教學(xué)成本上的節(jié)約。由于虛擬機(jī)軟件的功能強(qiáng)大，足夠?yàn)榻處煹慕虒W(xué)與學(xué)生的實(shí)踐及互動(dòng)提供幫助，從而用較少的投資達(dá)到最好的效果。第二，管理上便捷。虛擬機(jī)技術(shù)可以極大地降低管理成本，同時(shí)也比較方便。傳統(tǒng)的課堂實(shí)踐（Windows 2000和Windows XP以及Windows 2003Server，還有Linux與Unix及MacOS等操作系統(tǒng)）是在同一計(jì)算機(jī)內(nèi)裝入多個(gè)操作系統(tǒng)就足夠?qū)嶒?yàn)操作的需要。但因?yàn)閷?shí)驗(yàn)需要修改系統(tǒng)參數(shù)后重啟電腦，無(wú)法如同網(wǎng)吧或是公用機(jī)房那樣裝入還原卡，以致經(jīng)常引起系統(tǒng)崩潰，因此機(jī)房管理員要投入大量時(shí)間精力來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。而使用虛擬機(jī)軟件后以上問(wèn)題可以輕松解決。只需一個(gè)HostOS系統(tǒng)及虛擬機(jī)軟件，然后再依實(shí)驗(yàn)需求安裝其他系統(tǒng)，而且不必?fù)?dān)心崩潰及維護(hù)。第三，獨(dú)立性強(qiáng)。這一點(diǎn)可以對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行檢查。虛擬機(jī)可以讓所有學(xué)生擁有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式就比較不好，第一個(gè)學(xué)生設(shè)置正確，后面的學(xué)生就可以坐享其成，不利于考試的公正性與全面性。而采用虛擬機(jī)軟件后可以在主機(jī)內(nèi)安裝同個(gè)操作系統(tǒng)的多個(gè)版本從而讓所有學(xué)生都有獨(dú)立的GuestOS，從而準(zhǔn)確地考查出學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出使用虛擬機(jī)軟件技術(shù)所構(gòu)架的實(shí)驗(yàn)與教學(xué)平臺(tái)不但可以節(jié)約大量資金的投入，還可以順利解決實(shí)驗(yàn)上硬件設(shè)備的不足并且挖掘出設(shè)備的潛力，而且極大減少了機(jī)房實(shí)驗(yàn)管理員的工作量與工作時(shí)間，為教師與學(xué)生的課堂教學(xué)與課程實(shí)踐提供了極大的方便，也增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性。虛擬機(jī)技術(shù)的運(yùn)用為課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)高度真實(shí)的環(huán)境，除去硬件外設(shè)的物理聯(lián)接，在真實(shí)電腦上可完成的實(shí)驗(yàn)在虛擬機(jī)上也能夠完成而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果不受影響，完全能夠滿足計(jì)算機(jī)硬件與軟件課程上的應(yīng)用要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 沐士光，師秀鳳.虛擬化技術(shù)探討[J].中小企業(yè)管理與科技，2009（19）：275-276.

[2] 劉冬.虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國(guó)科技信息，2016，4（5）：213-234.

[3] 梁敦毫.虛擬機(jī)技術(shù)在《計(jì)算機(jī)組裝與維護(hù)》教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，2（1）：37-54.