利用虚拟机技术构建计算机实践课教学实验平台

张文东 张艳燕

摘要:针对目前计算机实践课教学中存在的实验设备不足、实验室维护工作量大等问题,本文介绍了利用虚拟机技术,构建虚拟实验平台及网络环境的基本方法,并给出了在该平台上进行计算机实践课教学的具体应用。

关键词:虚拟机技术;VMware;计算机实践课教学

中图分类号:G642文献标识码:A

1引言

目前,各高校在实验室建设方面都有很大投入,但是,由于学生人数多、实验室教学任务重,另外,部分实验需要移除计算机还原卡等保护工具,导致实验室维护困难,所以在实际教学过程中,部分实验无法进行。学生对实验的了解和掌握都是通过观看教师的幻灯片或者观摩教师的实验过程,造成学生实际操作能力较差,严重影响了教学质量。因此,在已有设备的基础上,合理的设计实验,创建可行的实验环境就显得非常必要。

虚拟机(Virtual Machine,简称VM)技术很好的解决这个问题。虚拟机是指使用虚拟化技术在物理计算机上模拟出来的相对独立的逻辑计算机, 该计算机完全由软件模拟创建,并实现物理计算机的各项功能,它具备和物理计算机相似的属性。近年来,虚拟机技术受到了大家的广泛关注,在计算机教学和科研工作中都有应用。通过安装虚拟机软件,原有的计算机硬件设备配置不变,创建虚拟计算机、网络设备等,轻松构建虚拟的计算机网络实验环境 。

虚拟机技术最早是由IBM公司为实现其大型计算机系统的安全共享而提出的,随后,这种技术被成功移植到PC领域。典型的虚拟机系统有IBM公司的基于IBM360/67的VM/370、VMware公司的VMware系列以及Microsoft公司的Virtual PC系列。Microsoft公司的Virtual PC系列功能强大,但其仅支持Microsoft系列操作系统。VMware不但操作方便,而且能够方便的架构异构的操作环境,更能满足教学和实验的要求,所以,这里我们选用VMware作为我们的虚拟机软件。

2实验平台的构建

VMware目前的最新版本是VMware Workstation6.5(以下简称VMware6.5),VMware6.5对PC机的配置要求不高,目前的PC机都能安装使用。为了保证虚拟机系统运行的流畅性,CPU最好采用双核,内存容量512MB及以上,可用硬盘空间一般为1GB以上。如果需要构建多台虚拟机并行的实验环境,内存容量的要求更大。VMware6.5可运行的软件平台为Windows系列和Linux系列。

2.1虚拟机的构建

这里,我们以Windows XP专业版作为虚拟机运行平台,实验用的计算机(以下称为宿主机)配置为:CPU为Pentium4 2.8GHz,内存为512MB,硬盘可用空间20GB。

安装并运行VMware 6.5,打开菜单“File→New →Virtual Machine”,通过新建向导,可以新建一台虚拟计算机(以下称为客户机),创建的客户机系统拥有独立的硬件配置, 如BIOS、内存、硬盘、软驱、显卡、网卡等。图1是一台已经建好的虚拟机的基本配置信息。

在虚拟机的新建过程中,VMware6.5需要用户选择将要在客户机上安装的操作系统的类型,包括Microsoft Windows、Linux、Novell Netware和Sun Solaris等,可根据教学和实验的需要,进行不同的选择,系统会根据宿主机的配置自动给出相应的客户机最优配置。客户机建立完毕后,用户可通过菜单“VM→Setting”,打开设置对话框,进行客户机参数的修改,例如:调整客户机内存大小,添加或删除硬盘等,最后,就可以在宿主机内安装所需的操作系统。

在宿主机内,创建的客户机是以数据文件的形式来进行保存的,如果需要虚拟出多台客户机,可以按照上述步骤创建新的客户机,也可以直接把已有的客户机文件复制一份,通过菜单“File→Open”加载即可。多个客户机可以同时在宿主机内运行,客户机之间彼此独立,每一台客户机都运行本机的操作系统,客户机之间只通过虚拟网络进行连接。

2.2虚拟网络环境的构建

VMware6.5安装完成后,自动创建10个虚拟设备VMnet0～9,相当于10个以太网交换机设备,其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有专门的用途,而其它7个虚拟设备可在建立桥接网络或自定义网络时使用。客户机可以任意连接到这些虚拟的以太网交换机接口上,连接在相同虚拟设备上的客户机可以看成是连接到同一交换机上的主机,因此,只要设置各客户机的虚拟网卡连接到同一个虚拟设备,客户机就可以组建一个虚拟的交换式以太网。

VMware6.5提供了3种虚拟机网络连接模式:Bridged模式、NAT模式和Host-Only模式。

(1) Bridged模式:默认与VMnet0接口相连,在这种模式下,客户机通过网桥直接连接外部物理网络,客户机和宿主机地位相同,都是本地网络的一个独立主机,客户机与宿主机处于同一网段内,使用本地网络内不同的IP地址。

(2) Host-only模式:默认与VMnet1接口相连这种模式是一个封闭的模式,客户机与外界隔离,默认情况下,客户机只能访问宿主机。如果只需要建立客户机与宿主机之间网络连接的实验环境,可以采用这种模式。

(3)NAT模式:默认与VMnet8接口相连该模式采用网络地址转换(Network Address Translation,简称NAT)技术,客户机经宿主机间接连接外部网络,所有的客户机构成一个内部私有网络,使用私有IP地址,除宿主机和同一虚拟网络内其他客户机外,其它外部主机一般不能访问客户机。

在“Edit→Virtual Network Editor”的对话框中,VMware6.5还提供了动态主机分配协议(Dynamic Host Configuration Protocol,简称DHCP)服务,管理VMnet1和VMnet8 的IP地址的动态分配,这些都为构建虚拟网络环境提供了很好的条件。

3在实验教学中的应用

实验室在准备实验前,可以把VMware6.5作为一个常用软件提前安装到实验室的教师机和学生机上,然后再安装还原卡设备或软件,这样,既方便了学生自主的进行实验,同时,又能降低实验室的维护工作量。

3.1操作系统的安装

在新建的客户机上,学生可以学习硬盘分区、格式化操作,练习操作系统的安装。以安装Windows2000 Server为例,运行VMware6.5,新建一台安装Windows2000 Server的客户机。安装光盘的选择有两种:一种是使用宿主机的光驱,直接把 Windows2000的安装光盘放入光驱内即可;一种是使用客户机的虚拟光驱,虚拟光驱可以直接加载Windows2000安装光盘的ISO镜像文件。

安装光盘放入光驱后,单击Power On按钮,在VMware6.5窗口内显示客户机自检界面,自检过程与宿主机自检完全一致。自检完毕后,光盘自动引导启动系统,进入Windows2000安装。在实验教学中,实验指导老师可以在教师机上操作,配合投影仪演示,讲解安装过程和相关的知识点,学生可以通过观看演示与自己实际操作相结合,来加强对实验的了解和掌握。

一些操作系统安装光盘的ISO镜像文件不止一个,例如:RedHat Linux 9.0有3个镜像文件,在安装过程中需要更换镜像文件,可以通过菜单“VM→Setting”,打开客户机虚拟光驱设置,选择加载新的ISO镜像文件。

3.2网络服务实验

“Internet技术与原理”课程中,对于Internet服务(Web服务、FTP服务和E-mail服务等)的配置和使用,需要客户端和服务器端共同完成,使用VMware软件,就可在单机上实现这些实验。

以Windows2000 Server的Web服务器为例,本机实验的网络连接模式为NAT模式,客户机IP地址为:192.168.206.128,宿主机中VMnet8的IP地址为:192.168.206.1。在客户机内通过菜单“开始→程序→管理工具”,打开Internet 信息服务窗口,左侧窗口列出了Internet各项服务,确定默认的Web站点是运行状态。

把做好的测试网页mypage.html拷贝到客户机“C:Inetpubwwwroot”目录下,服务器端准备就绪。然后,在宿主机内打开网页浏览软件Internet Explorer,在地址栏中输入http://192.168.206.128/mypage.html,就可访问客户机所提供的Web服务。

接着做域名系统(Domain Name System,简称DNS)实验,启用客户机DNS服务,设置客户机IP对应一个域名,设置宿主机DNS服务器的IP地址:192.168.206.128,即:客户机为宿主机提供DNS服务。宿主机就可通过域名来访问客户机的Web服务。本实验中,客户机DNS服务的配置为192.168.206.128对应域名www.yumingceshi.com,上面的网页可通过网址http://www.yumingceshi.com /mypage.html来访问。

4结束语

立足于现有实验条件,运用虚拟机软件构建计算机实验环境,既提高了现有设备的利用率、降低实验成本,又提高了学生的实践技能。目前,虚拟机技术已在我校实验室推广使用,在“实用操作系统”和“Internet技术与原理”课程的教学过程中,已经率先使用VMware进行实践课教学,并取得了较好的教学效果。下一步工作,准备把虚拟机技术应用在“计算机网络组网实验”和“网络程序设计”等课程的教学中,进一步培养和提高学生的实际操作能力,提高教学质量。

参考文献:

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Putting up Experimental Platform of Computer Practical Teaching Using Virtual Machine Technique

ZHANG Wen-dong1, ZHANG Yan-yan2

(1. Information Science and Engineering College, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;

2. Maths-physics and Information College, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China)

Abstract: According to the questions about the lack of experimental equipments and heavy task of laboratory maintenance in Computer Practical Teaching at present, the paper introduced a basic method of putting up virtual experimental platform and networking environment using virtual machine technique, moreover, a concrete application of computer practical teaching on this platform is given.

Key words: virtual machine technique; VMware; computer practical teaching