虚拟技术在计算机教学的应用

杨丽+常洁+遆佳

虚拟技术利用对物理实际的逻辑进行抽象，实现软件、硬件分离，从而实现在计算机教学中应用。其技术日益成熟，正在成为计算机教学的重要辅助手段。虚拟技术可以帮助改善计算机教学中硬件设备有限、投入成本高、计算机教师工作量大等不足。虚拟技术在计算机教学中的应用打破了原有的空间时间二维限制，为老师计算机教学提供便利，为学生自主學习提供方便，正在成为计算机教学应用的大势所趋。

1 虚拟技术在计算机教学中应用的设计

1.1 虚拟技术在计算机教学中应用的现状

计算机教育的基础是计算机实验室。信息技术的飞速发展以及计算机教学内容的要求，使得计算机实验室必须具备多种操作系统和多种应用环境。目前，主流计算机实验室的计算机教学系统为微软Windows7操作系统，兼顾Linux系统配置网络环境。计算机教学由一名教师对应几十名甚至上百名学生教学，是典型的一对多教学。在缺乏虚拟技术的计算机教学中，对整个计算机实验室安装软件、配置系统是一个复杂巨大的工程。单纯由计算机教师来人工完成，不仅效率低，成功率也难以保障。这就需要虚拟技术介入计算机教学。

当前，我国计算机教学中应用虚拟化技术主要体现在以下三方面：一是多课程实验环境下的虚拟技术在计算机教学中应用；二是移动存储设备的虚拟技术在计算机教学中应用；三是虚拟技术在建立网络教室中的应用。虚拟技术在计算机教学中的应用还包括对不同功能的服务器进行支持，最典型的是教务系统服务器、文献期刊数据库的图书馆镜像服务器等。采用虚拟技术的计算机教学可以提高管理效率，降低服务器能耗，降低管理成本，有效整合服务器资源，极大改善现有的计算机教学模式。

1.2 虚拟技术在计算机教学中的优势

虚拟技术给计算机教学带来革命性的变化。可以说，虚拟技术使计算机教学迈入了一个新的里程碑。在计算机教学中引入虚拟化技术可以有效节约实验设备，节约建设资金，充分挖掘现有设备的潜力，缓解实验设备不足和学校管理人员工作量过大的问题。

虚拟化技术在计算机教学中应用，最大的优点是为教师和学生提供了一个几近真实的模拟环境，满足了计算机教学中各项实践及软硬件的要求。虚拟技术使用方便，维护简单，成本低，安全高，具有较强的可移植性和简易安装功能。理论上，一台物理计算机可以独立运行，各个计算机之间互不干扰，可以同时运行多台虚拟计算机。一台出现故障，不影响其他物理主机和虚拟机计算机的运行。与此同时，采用虚拟技术建立的计算机教学模式具有易于移植的特点。每一个老师和学生都可以使用虚拟机自己来搭建虚拟网络环境，使老师和学生更直观地掌握课程学习内容，学生甚至可以在宿舍利用自己的笔记本电脑进行网络组建，自主学习，随时学习。

1.3 虚拟技术在计算机教学中的类型

虚拟机和系统虚拟化是应用于计算机教学中的最常见的虚拟化技术。除此之外还有网络虚拟化、存储虚拟化、服务器虚拟化、桌面虚拟化、应用虚拟化、高级语言虚拟化等。

网络虚拟化、存储虚拟化同属于基础设施架构虚拟化。网络虚拟化是指整合网络硬件资源，向终端提供VLAN的技术。计算机教学采用虚拟专用网的网络虚拟技术，将抽象后的网络进行连接，允许学生随时访问内部资源。网络虚拟化方便计算机教师管理IT环境，防止来自Internet中的攻击，满足学生安全访问的要求。储存虚拟化利用RAID技术，将物理磁盘组合配置成磁盘矩阵，实现高性能空间存储，从而达到数据安全性。NAS和SAN是现有的计算机教学中网络虚拟储存技术的典型代表。

服务器虚拟化、桌面虚拟化同属于系统虚拟化。系统虚拟化不仅可以实现计算机教学操作系统与物理计算机相隔离，还可以使多个虚拟操作系统同时运行在一台物理计算机上，真正实现计算机教学虚拟化运作。服务器虚拟化主要针对CPU、内存、设备与I/O这三种硬件资源实现的虚拟。而桌面虚拟化则是将学生桌面环境托管，将每位学生的个性化桌面存储在服务器上，学生可以通过不同的终端访问该桌面。当操作系统出现问题时，通过对虚拟机快照、备份，可以还原保存好的桌面环境。

应用虚拟化、高级语言虚拟化同属于软件虚拟化。计算机教学中的应用虚拟化，主要是为应用软件提供虚拟运行环境，为其提供可供运行的执行文件。教师或学生操作完成后，新的数据将被同步上传到服务器保存，同样可以实现在不同终端上操作。工具栏虚拟化应用在计算机教学中，主要体现在解决可执行程序在不同架构体系之间的数据迁移上。

2 虚拟技术在计算机教学中应用的实现

2.1 虚拟技术在计算机教学中应用方式

结合我国现有的计算机教学内容特点及课程设置，有针对性地部署Vmware Workstation虚拟化技术和Xen虚拟化技术，能够有效解决教学中多台物理计算机、多个实验环境带来的管理问题。通过在一台教师计算机服务器中进行虚拟化部署，将教师主机作为网络数据发送端，利用电子教室传送数据到制定好的学生虚拟实验机上。

2.2 虚拟技术在计算机教学中应用部署

首先，准备一台教师计算机作为宿主服务器，在其上安装windows操作系统，并部署虚拟机系统Vmware Workstation。其次，在学生计算机上创建虚拟机VM1，在其上安装Windows 2003 server，并按需部署其他服务协议。按照建立VM1的步骤建立多个虚拟机VM2、VM3、VM4直至VMn，并实现虚拟机之间的互访。最后，建立共同的虚拟机XEN，在其上安装Linux操作系统Red Hat ASS。

3 虚拟技术在计算机教学中应用的测试

3.1 虚拟技术在计算机教学中应用前后的CPU测试

通过对比%C1 Time、%Interrupt Time、Interrupts/sec这三项CPU核心数据在虚拟技术应用前后的不同表现，可以得出虚拟技术应用后，CPU的主要功能性指标下降，但降低的幅度对计算机整体使用并无实质影响。三项指标降低的原因具有相同性因素，即运行虚拟机后CPU处于低能量空闲状态的部分降低，运行速度减慢，其负面效应都是在可控范围内能够接受的。

3.2 虚拟技术在计算机教学中应用前后的内存测试

通过对比Committed Bytes、Page Reads/sec、Page Writes/sec、Pages Input/sec这四项内存核心数据在虚拟技术应用前后的不同表现，可以得出虚拟技术应用后，内存的四项主要功能性指标中两项减小，两项不变。这是因为虚拟机的运行会相应地占用部分内存，但占用的内存很小，甚至可以忽略不计。

4 结语

虚拟技术在计算机教学中的应用不是一朝一夕能够实现的，更非一蹴而就的，需要计算机教师循序渐进、科学合理地按照学校现有的计算机实验设备分析研判，设计出适合计算机教学运行的虚拟网络拓扑结构，再对虚拟机系统进行部署，搭建计算机教学平台。在教学资源允许的条件下，建立云计算实验室。将计算机教学从虚拟化升华到云计算，实现跨系统资源有效整合，进而大幅提升计算机教学水平。

作者简介

杨丽（1982-），女，汉，四川成都人，四川交通职业技术学院，教师，本科学历，计算机科学方向。