虚拟化技术在计算机实践教学中的应用研究

张月娟

【摘要】：本文针对计算机实践教学中存在的问题，提出一种基于虚拟机技术的解决方法，从一定程度上缓解实验设备紧张的问题，保证实验课的正常开出，加强学生学习的积极性和主动性，提高学生的实践创新能力。

【关键词】：虚拟化技术；VMware；计算机实践教学

当前，由于我国高校招生规模不断扩大，学生越来越多，而教学经费的投入却远远跟不上学生数量的增长，实验设备不能及時得到扩充，无法满足实践教学的需要。如何利用有限的资源，完成实践教学，并确保实验质量，成为各高校面临的重要课题。

计算机网络实验，如局域网的组建，网络配置与管理，Telnet、FTP、IIS 等各种网络服务的配置，远程访问和路由的设置等，这类实验需要用到多台计算机和多种设备，而现有的实验教学条件有限，导致学生学完课程后无法进行实验，从而在工作中无法解决实际问题。利用虚拟化技术，上述问题可以在一定程度上得到解决，从而保证实验课的正常开出，加强学生学习的积极性和主动性，提高学生的实践创新能力。

一、虚拟机技术的必要性

虚拟机（virtual machine，简称VM）是支持多操作系统并行运行在单个物理服务器上的一种系统，能够提供更加有效的底层硬件使用。在虚拟机中，中央处理器芯片从系统其他部分划分出一段存储区域，操作系统和应用程序运行在“保护模式”环境下。虚拟机具有四种体系结构。第一种为“一对一映射”。 其中以IBM虚拟机最为典型。第二种由机器虚拟指令映射构成，其中以Java虚拟机最为典型。Unix虚拟机模型和OSI 虚拟机模型可以直接映射部分指令，而其他的可以直接调用操作系统功能。

在真实计算机系统中，操作系统组成中的设备驱动控制硬件资源，负责将系统指令转化成特定设备控制语言。在假设设备所有权独立的情况下形成驱动，这就使得单个计算机上不能并发运行多个操作系统。虚拟机则包含了克服该局限性的技术。虚拟化过程引入了低层设备资源重定向交互作用，而不会影响高层应用层。通过虚拟机，客户可以在单个计算机上并发运行多个操作系统。

VMware Workstation 是 VMware 公司出品的一款虚拟机软件。利用它可以在一台电脑上模拟出若干台机器。这台虚拟机与真正的物理主机没有太大的区别，都需要分区、格式化、安装操作系统和应用程序，就像一台真正的计算机一样，提供这个应用程序的“窗口”就是虚拟机的显示器。

VMware 虚拟机的最大特点是不需要重新开机就能在一台电脑上同时运行多个操作系统。这跟在同一台PC机上安装多操作系统是不同的。在PC机上安装多个操作系统，但在任一时刻，只能运行其中的一个系统，如果想切换到其他系统，必须重新启动机器。而在虚拟机环境下，多个操作系统可以同时运行，人们可以像对待标准的Windows 应用程序那样在多个操作系统之间来回切换，而不需要重新启动机器。

二、VMware 在计算机实践教学中的应用

1、操作系统实验

利用虚拟机可以在一台电脑上将硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出若干台机器，每台机器可以运行单独的操作系统而互不干扰，这些“新”机器各自拥有自己独立的 CMOS、硬盘和操作系统，可以像使用普通机器一样对它们进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作。利用 Windows 系统下的虚拟机软件来使用 Unix、Linux 等操作系统，可以方便地进行各个操作系统的切换，同时虚拟机又可以完全实现 Unix、Linux 操作系统的功能。

2、计算机网络实验

网络实验要用到较多的设备，可能要用到多台计算机，这不仅造成实验设备的紧张，也占用较大场地，此种情况下，采用虚拟环境也是很有意义的。对于一个 40人的基本教学班，在一个标准的50台计算机的网络实训室进行网络实训实验，基本是两个学生一组做实训，复杂的实验还必须3人以上，学生缺乏足够的动手机会和全局的掌控能力。使用了虚拟机技术，一个高性能的普通机房就能让学生人手一台单机完成大多数网络实训任务，大大提高了设备的利用率，并保证了学生实训的时间和机会。

学生通过实际的操作过程，掌握各种工具的具体使用方法。从各种攻击工具具体对系统产生的危害结果，以及 采取的相关防范措施中，加深了学生对理论知识的理解，同时提高了学生的学习兴趣，起到良好的教学效果。

结束语：

虚拟化技术的出现，给计算机实践教学提供了一种有效的辅助工具，它充分挖掘了现有设备的潜力，提高了现有系统的利用率，而且在不额外添加硬件设备的条件下，可以增加学生的实践动手机会，加强学生的实践技能。因此，在计算机实践教学中推广虚拟机技术具有非常积极的教学意义。

参考文献：

[1] James E.Smith， Ravi Nair.虚拟机—系统与进程的通用平台[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2] 龚少卿.VMware 虚拟机在操作系统教学中的应用[J].现代企业教育，2009（2）.

[3] 赵永礼.基于 VMware 的计算机实验教学设计[J].计算机教育，2009（5）.