开放式虚拟化实验平台的构建

张浩　张燕姑

摘要：针对传统模式下由于实验资源、教学条件的限制，以及设备维护成本等的计算机实验环境，提出构建虚拟化实验平台将是计算机实训教学改革的新趋势，也是对传统实验教学的重要辅助，以“计算机安装与维护”软件系统安装调试为例，从当前实验环境入手，阐述研究开放式虚拟化实验平台的重要意义，指出构建开放式虚拟化实验平台的实现途径及应用案例，力图形成一套涵盖教学、实训和测试等环节的实验平台。

关键词：计算机安装与维护；虚拟化实验平台；操作系统

0 引言

计算机已经成为大学生学习中必不可少的工具之一，如何“利其器”是当前大学生欲“善其事”所应该掌握的基本技能之一。计算机安装与维护课程除了作为计算机专业必修的基础课以外，也作为高等职业类学校公选课之一，受到广大学生的欢迎。该课程的实验性要求很高，内容主要涉及了计算机硬件系统和软件系统两大模块。硬件系统模块包括硬件拆解与安装、硬件调试与维护等；软件系统模块包括操作系统安装、软件系统安装与维护、工具软件使用等。其中硬件系统对于实训的要求较高，因为硬件系统的实训对硬件设备的依赖很大，根据课程要求需要学生在学习过程中完成真实的操作过程，所以在课程实施过程中会利用更新替换的旧机器让学生实际演练，以达到教学效果。带来的问题是这部分机器在经过学生的反复拆装后很难应用于软件系统这个模块的实施。针对这种情况，通过多年的教学积累，历经了数次的教学调整，参考对比兄弟院校本课程的教学方式，我们在计算机安装与维护课程软件系统模块的教学和实验中引入虚拟实验平台的概念，其涵盖整个教学的各个环节，包括：教学、实训、测试，为教学提供了真实的操作环境，改善了教学计划的实施，同时降低了机房机器的维护强度，提高了教学的组织实施与教学的效果。

1 实施方法的比较

大部分高等职业院校对于课程中软件系统实施的方法有：①传统做法。主讲教师利用教师机直接演示，给学生提供真实的操作参考，直观而且形象，缺点也显而易见，每次实际演示都将导致教师机的系统环境产生根本的改变，同时也增加了实训室机器维护的强度。②利用虚拟化技术。利用当前流行的虚拟机技术VMware、Virtual Box和Virtual PC，在现有的实训室物理机器上模拟出多台虚拟的计算机，这些虚拟机就像真正的计算机一样进行工作，如安装操作系统、安装应用程序、访问网络等。优点是充分利用了现有的计算机机房环境，避免了操作对计算机硬件的损坏，大大降低了机房维护强度。缺点是这种操作过程虽然较接近真实环境，但执行的效果并不能让学生真正领会软件系统安装的精髓，碰到实际机器安装系统时仍然不知道该如何着手处理。③利用诸多的光盘来实施教学计划。该方法需要独立的软件安装机器，能提供真实的操作过程，缺点是光盘损耗较大，一学期每台机器需要4套光盘以上，光盘磨损严重，并且光驱读取速度相比较而言太慢，同时机房管理难度较大。

2 虚拟化实验平台的设计思路

计算机安装与维护课程中的软件系统模块包括操作系统安装、软件系统安装与维护、工具软件使用等，在具体实施中课程对应安排了7个实验项目，如表1所示。

每个项目实际上还包括了多个子项目，例如项目②安装操作系统，可以包括Windows 2000在内的多个版本操作系统、甚至是多操作系统的安装。

为得到最佳的实验效果，就需要尽量地贴近真实环境，由于软件系统部分的操作直接与计算机的操作系统环境相关联，操作的过程有可能需要对磁盘进行重新划分、有可能需要重装系统、也有可能只需要对指定的操作系统进行设置或优化等。如何在每个实验项目实施之前让机房每台机器可以快速地调整至预设的真实环境，这正是我们要考虑解决的问题。

以项目②“操作系统安装与设置”为例，项目目的是通过安装Windows 2000、Windows XP、Windows 7等常用操作系统，实现多系统安装、多系统并存，还包括操作系统安装后的相关设置，从而让学生掌握常用操作系统安装和设置的能力。重点是操作系统安装的标准方法和流程，难点是操作系统安装过程中应该要注意的事项。

需要安装操作系统的情况有两种：一种是全新磁盘（未划分）；另一种是有系统，但是原系统已经损坏。因此需要创建两种磁盘环境：一种是清空磁盘原有分区信息，相当于恢复至磁盘出厂设置，另外一种是已有多分区但系统已损坏的环境，分别针对这两种情况将对应环境的磁盘预先进行磁盘备份，形成独立的镜像文件或GHO文件并保留。将各个版本的操作系统安装盘以ISO格式文件保存以待使用。常规系统安装又有3种方式：全新安装、升级/覆盖安装、多系统安装。两个环境文件（镜像文件或GHO文件）和多个操作系统安装的ISO格式文件组合产生了项目②“操作系统安装与设置”中的多个子项目。

3 开放式虚拟化实验平台的构建

依照上述设计思路，构建一套开放式虚拟化实验平台需要考虑几个方面：完备的实验教学平台、典型环境对应磁盘（分区）的备份库（低成本的创建）、光盘的ISO镜像库，以及能利用专家知识进行灵活添加和组合生成新的实验项目。

3.1 完备的实验教学平台

针对软件系统的安装与调试，虚拟化平台最突出的特征是能够将设备（机房的机器）按专家预设的环境快速搭建，从而让对应的实验项目具备理想的环境，这样不但能够实现真实教学中的所有操作步骤，得到既定的实验目的，而且最大的优点在于可以反复实践和练习。这符合作为实验平台的要求。

3.2 低成本的典型环境备份库

利用成熟的“系统和数据备份技术”，可以轻松地将软件系统安装与调试的各种典型环境进行快速备份，并以特定的格式文件存在。依照专家知识的要求对此类文件进行归类和整理，形成环境备份库。同样，成熟的“系统和数据备份技术”也可以按专家知识的要求将指定的备份文件恢复至指定的磁盘或分区，完成专家知识所预制的要求。endprint

3.3 光盘的ISO镜像库

考虑到软件系统的安装与调试，需要各种安装光盘，实验环境情况下，安装光盘的使用会有很多不利因素，如读盘速度、光盘磨损、光盘的管理。利用成熟的“光盘映像文件制作/编辑/转换工具”将相关的光盘制作成ISO格式的文件，形成ISO镜像库进行统一的管理。

3.4 专家知识形成实验项目

作为实验平台，需要全面收集专家知识，包括实验涉及的知识、实验相关的操作技能，才能使实验内容充分涵盖教学内容和知识点，并通过实验项目将这些知识有机衔接起来。满足在实验教学中的3个重要环节：知识讲解、技能训练、能力测试。

开放式虚拟化实验平台中各个组成部分的创建方法和步骤如下：

（1）根据软件系统模块中预定的各个实验项目（包括子项目），结合实验用机器的实际配置，创建合适的实验环境。

（2）系统和数据备份技术将各个实验项目对应的环境“拍照”保存，形成备份。

（3）利用优盘启动技术制作启动优盘，并按照分类的实验顺序制作命令菜单。

（4）将预先保存的环境“照片”，或者是软件系统安装所需要的镜像文件存放至优盘指定位置。

（5）通过系统和数据恢复技术还原预设的实验环境，加载所需要的镜像文件，并执行相应的实验操作。

（6）允许随时根据专家知识的要求，增加新的备份环境或ISO镜像文件，具备开放性

软件系统安装调试的虚拟化平台如图1所示

4 预期效果

计算机安装与维护课程软件系统模块的教学实施中，通过引入虚拟化实验平台，前期预先创建实验需要的各种环境并保存，在软件系统模块相关的教学演示、实验操作中都可以快速通过虚拟化实验平台快速生成实验环境，完成相应的实训项目，达到实训教学效果。本课程软件系统模块涉及安排的30个子项目均利用虚拟化实验平台快速实现环境并完成实施，且效果良好。

5 结语

我们通过对软件系统安装调试虚拟化实验平台的使用和实践，总结出虚拟化实验平台具备以下优点：

（1）软件系统安装调试的虚拟化实验平台存放于U盘中，也可以导入DVD光盘，制作携带非常方便。

（2）软件系统安装调试的虚拟化实验平台为学生的重复实验节约了大量的提前准备时间，同时也降低了实训室维护工作强度。

（3）软件系统安装调试的虚拟化实验平台添加新环境简单方便，极大程度上丰富了教学环境，最佳程度上提供了真实的模拟环境。

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（见习编辑：刘丽丽；编辑：赵廓）endprint