LINUX实验平台的局限性及解决办法

何德仙

摘要：分析了传统LINUX 实验平台存在的不足：系统环境容易受到修改及破坏、硬件设备支持不足、难以做到“教学做”一体化。讨论了构建虚拟机LINUX实验平台，可以“无限”扩展硬件设备，对系统进行破坏性修改及调试而不会影响系统，实验过程实现“教学做”一体化等等，有效地解决了在物理机上实验存在的不足。

关键词：虚拟机；LINUX；Vmware；实验平台

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）09-0048-03

Limitations and Solutions of LINUX Experimental Platform

HE De-xian

（Qujing Industrial and Commercial Vocational Technical Schools， Qujing 655000， China）

Abstract： Analysis of the defects in the traditional LINUX experiment platform：system environment susceptible to modification and destruction，lack of hardware support， hard to do integration of “teaching and studying and doing". Build a virtual machine LINUX experiment platform is discussed， which can be "infinite" extend hardware devices， to destructive modification and debugging system without affecting system， experimental process achieved the integration of "teaching and studying and doing" and so on， effectively solves the problems existing in physical experiment.

Key words： Virtual machine； LINUX； Vmware；Experimental platform

LINUX操作系统作为一种开放、自由、免费的软件，它支持多用户及多任务，支持网络环境，系统安全性较高，管理方便易用，在各类行业中应用越来越广。

作为应用本科类院校及高职院校，常常在计算机类专业中开设LINUX网络操作系统或操作系统实践课程，课程常以实验项目方式来完成一系列的实验，因此，搭建一个良好的LINUX或操作系统实验平台，对于教师的教学、学生的实训是非常重要的。然而，传统的实验环境搭建困难、存在诸多不便因素，因此，改进实验平台的搭建方法、改进实验方案、提高教学成效，是一个重要的课题。操作系统的实验平台搭建在文献一中已有讨论[1]，不是本文讨论的重点。

1 传统LINUX实验平台的局限性及存在的问题

1.1 传统LINUX实验平台实验要求

LINUX网络操作系统的实验内容一般有：LINUX操作系统的安装、LINUX基本指令、LINUX文件系统、账户与组管理、配置磁盘管理、网络配置与服务管理、网络服务器配置与管理（其中有Samba服务器配置与管理、DHCP服务器配置与管理、DNS服务器配置与管理、Apache服务器配置与管理、FTP服务器配置与管理、SSH服务配置与管理等），甚至是嵌入式LINUX试验[2]。以上的实验内容几乎都要在多用户的网络环境下实现，部分实验对硬件设备要求比较苛刻，比如磁盘管理中的LVM系统搭建、RAID搭建与配置，要求硬件系统至少有两块空闲硬盘，网络配置中要求有多网卡的条件，LINUX操作系统安装要求硬件有光驱且每次都要安装光盘…… 这些要求对于一个普通机房，是很难满足的要求的[3]。

1.2 存在的问题

上述实验内容，对计算机机房的硬件及软件条件要求较高，所在，传统机房的实验环境存在下列问题：

1.2.1教师教学平台及多媒体教学课件不能实现同步

为了节约成本，目前大部分实验机房配置的是电子教室系统，很少单独配置投影或电子白板等设备，而电子教室系统又主要以windows平台的为主，LINUX平台上的几乎没有。所以，在LINUX的实验教学中，教师很难在LINUX环境下用电子教室系统进行实验教学和展示多媒体课件，如切换为windows平台，又难以实现LINUX环境的真实教学演示。所以，这是一个两难的选择，如果实验机上安装两种操作系统，切换起来非常麻烦，这使得传统的实验环境很难满足现代教学的需求。

1.2.2 实验室管理和维护困难

现代的学生机房，管理人员为了减少系统的维护工作量，往往在系统中装有保护系统，不论用户对操作系统做什么操作，只要在系统重新启动后，便能还原到初始状态。这种方式对LINUX实验环境是不利的，因为LINUX的许多实验操作要求重新启动系统才能生效，在受保系统的系统中完成LINUX实验，许多实验是无法实现的。但是，如果不保护系统，学生每次对系统的修改，都可能使系统的性能受到影响，甚至会破坏系统，不能保证系统是一个“干净”的状态，所以，要保证每次实验前系统状态的初始化，无疑会加重实验管理人员的负担。这也是一个两难的选择，在真实计算机上安装系统无法解决这样的问题。

1.2.3 实验室硬件设备无法满足实验要求

真实计算机上的LINUX实验平台，网络适配器的数量及型号、硬盘的数量及容量、有无光盘驱动器、内存容量等性能指标，是固定不变的，以后也很难有变化。但在LINUX实验平台中，有些实验要求硬件设备超出常规要求，如有些实验要求有计算机有两块及以上的网络适配器（网卡），有些实验要求有两块甚至更多块空闲硬盘，有的实验要使用打印机设备等等，如果建设实验时要满足各类实验要求，就必须投入大量资金来搭建实验平台，这对投入预算不足的实验室是个难题，一般的学生机房很难满足上述硬件配置要求，从而无法完成实验要求。

1.2.4 实验结果测试与实验报告的整理困难

LINUX实验中一些实验测试需要两台及两台以上的计算机参与，如DHCP、DNS、Apache、FTP等服务器搭建与配置，需要用LINUX主机作为服务器，至少一台计算机作为客户机，来进行各项功能的测试。在真实LINUX平台，学生在一台计算机上显然无法进行这样的测试，只有与他人合作完成，这样增加了实验时间，无法达到独立实验的目的；另外，有些实验需要整理实验报告电子文档，这些实验报告电子文档又通常是在windows平台上用WORD来处理，在LINUX平台上的某些实验结果（如截图），如果要存放到WORD文档，这当然是很不方便的，虽然LINUX平台也提供了文档处理软件，但通用性并不是很强，在文档交换中不如WORD文档方便通用。

针对以上的问题或不足，利用虚拟机平台搭建的LINUX虚拟机实验环境，以上问题迎刃而解。

2虚拟机技术及常用VMM

2.1 虚拟机技术

虚拟机技术是通过虚拟化模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。对硬件资源的虚拟化，可以在一台服务器（宿主机）上模拟出多个相同或不同的硬件平台，从而能够同时运行多个不同类型操作系统并实现相互隔离。

虚拟机技术最早由 IBM 提出，主要用于实现昂贵大型计算机系统的安全共享，后来被移植到PC平台。虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor，VMM）是虚拟机技术的核心，它是一层位于操作系统和计算机硬件之间的软件，用来将硬件平台分割成多个虚拟机。

目前典型的VMM有VMware公司的VMware workstation，Microsoft公司的Virtual PC和Oracle公司的VirtualBox，其中VirtualBox虚拟机的建立在文献4中作过论述[4]。这三个平台大同小异，现以VMware workstation为例说明其功能及特点。

2.2 VMware workstation虚拟机平台

VMware Workstation（中文名“威睿工作站”）是一款功能强大的桌面虚拟计算机软件，提供用户可在单一的桌面上同时运行不同的操作系统，和进行开发、测试、部署新的应用程序的最佳解决方案。

VMware Workstation可以让我们在一台机器上同时运行两个或更多Windows、DOS、Linux、Mac系统[5]，每个操作系统都可以进行虚拟的分区、配置而不影响真实硬盘的数据，每个操作系统都可以虚拟出一个或多个硬件设备，如硬盘、网络适配器等。你甚至可以通过网卡将几台虚拟机用网卡连接为一个局域网，作为网络配置及网络服务器测试极其方便。

3利用VMware Workstation平台搭建的LINUX虚拟机实验环境的优势

3.1 扩充“无限”的硬件设备

在LINUX虚拟机环境里，计算机的许多硬件是可以定制或添加的，如内存、CPU数量、硬盘数量及类型、网络适配器及类型以及CD/DVD驱动器等等，如图1所示。用户可以通过硬件添加向导添加一个或多个容量不同的硬盘，也可以添加不同的CD-ROM驱动器、网络适配器、打印机、通用SCSI设备等等。这些硬件的生成，只有内存容量和CPU受当前物理计算机的限制，而其他设备几乎不受限制——即使硬盘数量及容量受当前物理硬盘容量限制，对目前大容量硬盘来说，这种限制显然是微不足道的。举例来说，当前计算机物理硬盘为1TB，为虚拟机申请10%的容量作为虚拟硬盘，也达到100GB，如在教学中作为虚拟硬盘使用，可虚拟出至少5个20GB的硬盘，如图2所示。这样虚拟出来的硬盘，用户完成RAID系统实验、LVM系统实验，是在物理计算机上无法比拟的。

3.2具有“金刚不坏之身”虚拟机

实验机房首先安装WINDOWS系统，WINDOWS系统上安装VMware workstation虚拟机平台，在此平台上再安装上LINUX系统，最后对整个系统进行还原保护。如果实验用这样的策略来处理，即满足用户灵活地对LINUX系统进行组件安装、修改配置、重新启动已达到生效的目的，又可保证LINUX虚拟机有“金刚不坏之身”，即不论用户对虚拟采取何种措施，如修改配置、安装程序、删除文件，甚至是删除分区、格式化硬盘等等——这些行为对物理计算机有严重的影响，一般是是禁止的。用户如需要上述操作生效，只需要重新启动LINUX虚拟机便可；如果发现上述操作对系统造了致命的损害，只需要重新启动宿主机操作系统，以上的行为通通失效，这对于保护虚拟机系统，但又不限制用户对虚拟机的操作，是非常有意义的。

3.3 有利于实验结果的测试与整理

在LINUX操作系统上要完成一些实验，往往要对系统进行安装、配置、重新启动等一活动。在物理机上完成上述活动，如果机房安装了还原系统，在重新启动系统后，配置会还原失效；但在虚拟上完成，重启虚拟机不会对系统进行还原，可保留用户对系统的修改，得到真实的实验结果。另外，实验结论的整理也是非常方便的，如果要边做实验边整理实验报告，或者要存储实验截图，在虚拟机环境下非常容易实现。在宿主机上建立实验报告文件，在虚拟机上完成实验过程，期间可通过窗口的切换来实现不同界面的转换，屏幕信息、数据或屏幕截图也很容易通过WINDOWS系统或第三方软件来实现。这样在实验过程中就可整理实验报告，非常方便哪些实践性比较强的实验项目。

4 结束语

本文结合作者教学工作实际，分析了LINUX实验教学中面临的问题和困难，在实验物理机上完成LINUX的实验，对实验机房的硬件要求非常高，需投入大量资金购买不同设备；对机房的软件维护也需投入大量人力物力进行；实验过程中不能做到“教学做”一体化过程。提出了在VMware Workstation平台上的LINUX虚拟机完成一系列的实验过程，可解决上述资金投入量大、设备与软件系统维护工作量大的不足，而且实验过程做到“教学做”一体化，即教师教学、学生学习、学生实验可同时开展，极大地方便了实验过程，缩短了实验时间、提高了实验效率，是LINUX实验平台的极好选择。

参考文献：

[1] 庄城山.虚拟机技术在网络操作系统课程实践教学中的应用[J].安徽师范学院学报（自然科学版），2015，21（2）：212-122.

[2]罗龙.基于Linux的嵌入式实训平台及实验的设计与实现[D]，大连理工大学，2013：3-30.

[3]肖亮.基于LINUX的操作系统实验平台的设计与实现[D]，中南大学，2013：1-45.

[4]单康杰.基于virtualbox的虚拟化管理系统的设计和实现[D]，电子科技大学，2014：5-8.

[5] 李浩.基于VMware的多操作系统网络实验平台的构建[D].南昌大学，2012：7-10.

[6] 苗凤君，盛剑会.网络操作系统及配置管理[M].北京：清华大学出自版社，2015.

[7] 潘志安，沈平.LINUX操作系统应用[M].北京：高等教育出版社，2009.

[8] 张金石.网络服务器配置与管理——Red Hat Enterprise Linux5篇[M]，北京：人民邮电出版社，2011.