虚拟机技术在计算机维护课程中的应用

韩友前

摘要：利用虚拟机技术解决《计算机组装与维护》实验课在物理计算机上难以进行的问题是目前常见做法，文章介绍了常见的虚拟化与虚拟机技术，重点介绍了虚拟机在《计算机组装与维护》实验操作中的几种典型应用。针对许多学校在使用虚拟机实验过程中采用优盘或光盘启动到WinPE环境的做法，提出了一种在虚拟机中无须使用光盘或优盘进入WinPE环境的解决方案，实践证明该方案使用效果良好，切实可行，减少了资源的浪费。

关键词：虚拟化；虚拟机；计算机组装与维护；预安装环境；优盘引导

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0106-03

Abstract：Using virtual machine technology to solve the problem of computer assembly and maintenance experiment class on the physical computer is a common practice. The article introduces the common virtualization and virtual machine technology， and focuses on several typical applications of the virtual machine in the "computer assembly and maintenance" experimental operation. In view of the practice that many schools use USB flash drive or CD-ROM to boot into the WinPE environment during the virtual machine experiment， proposes a solution for entering the WinPE environment without using CD-ROM or USB flash drive in the virtual machine. The effect is good， practical， and reduces the waste of resources.

Key words： virtualization；virtual machine；computer maintenance；WinPE；usb disk boot

随着计算机的日益普及，应用领域越来越广泛，计算机给人们的生产和生活带来便利的同时，其管理与维护工作也变得十分重要。为了满足社会对计算机维护人才的需求，许多职业院校计算机专业都开设了《计算机组装与维护》这门课程。通过本课程的学习，学生可以系统地掌握计算机硬件的组装调试、硬盘的分区与格式化、操作系统的安装和维护以及计算机常见故障的判断与排除等技能。该课程具有实用性、实践性、技术性强、知识更新快的特点，注重学生动手能力和操作技能的培养，实验课占有较大比重。课程中很多实验对计算机系统都具有破坏性，例如硬盘的分区与格式化、BIOS参数的设置、操作系统的安装、注册表的修改等[1]。为了不破坏计算机系统数据而影响机房的正常使用，许多学校上课时只注重理论知识的讲解而很少让学生上机操作。学生由于上机实验操作较少，动手能力得不到有效锻炼，学习效果大打折扣，无法达到预期的教学目的。为了解决《计算机组装与维护》这门课学生上机实验的难题，可以引入虚拟机技术。使用虚拟机，既可以让学生放心的完成各项实验操作，又不用担心物理计算机系统被破坏的问题，可以说虚拟机是计算机维护课最理想的实验平臺解决方案。

1 虚拟化与虚拟机技术

1.1虚拟化简介

虚拟化（Hypervisor）一般是指通过某种方式隐藏底层的物理硬件，让多个操作系统透明地共享使用底层物理硬件资源的一种技术。Hypervisor是在分层架构中提供平台虚拟化的层，是虚拟化技术的核心[2]。它是管理虚拟机的软件平台，其主要作用是可以让多个操作系统共享硬件资源，协调硬件资源的访问和对虚拟机之间进行协调管理，不中断地支持多个工作负载的迁移，因此Hypervisor又被称为虚拟机监视器（VMM，Virtual Machine Monitor）。

常见的X86虚拟化管理平台主要有两种架构形式，一种是裸金属（裸机）型（Bare-metal hypervisors），虚拟机直接运行在物理硬件上，是一种基于内核的虚拟机，裸金属架构模型如图1所示。在裸金属型虚拟化中Hypervisor可以看作一个专门为虚拟化而生的一个专业操作系统，它直接调用管理分配硬件资源而无须底层操作系统支持。常见的裸金属架构产品有VMware ESX Server、Microsoft Hyper-V 和 Citrix Xen Server。

另一种Hypervisor类型是宿主（托管）型（Hosted hypervisors）它是运行在宿主机操作系统（Host OS）之上的一个应用软件，创建硬件的全仿真实例，宿主型架构模型如图2所示。宿主型Hypervisor创建若干个虚拟的硬件平台，在这些虚拟的硬件平台上可以安装新的客户操作系统（Guest OS）和应用软件，这些虚拟的硬件对Guest OS来说和真实的物理硬件是一样的，这样可以做到上层的操作系统和底层的操作系统无关联性.例如 Host OS可以是Windows系统，而Guest OS可以是Linux系统。常见的VMware Player、Virtual PC和VirtualBox都是宿主型虚拟机软件。

裸金属架构Hypervisor一般运行在专业服务器上，其优点是性能高，资源开销小，运行可靠性高，扩展性好，其缺点是造价高，配置较复杂，对硬件兼容性要求较高。

宿主型架构Hypervisor 一般安装在个人计算机上，其优点是安装使用简单方便，硬件兼容性好，使用成本低廉。缺点是性能较差，消耗硬件资源大，可扩展性不好，每个虚拟机需要单独进行管理。因为宿主型VMM使用简单，成本低廉，对硬件兼容性好等特点，所以在个人计算机中有着较为广泛的应用。以下主要讨论宿主型架构虚拟机在计算机维护课程中的应用。

1.2 虚拟机技术

虚拟机（Virtual Machine）是指通过特定的软件在一台物理计算机上创建的若干个具有完整硬件逻辑结构的虚拟计算机系统。每个虚拟出来的计算机像真实的物理计算机一样具有自己独立的硬件和操作系统[3]。虚拟软件虚拟出的逻辑计算机只是宿主机上的几个特定文件，虚拟机系统和宿主机之间可以做到完全隔离，对虚拟机的任何操作都不会破坏宿主机的数据完整性。因此虚拟机非常适合在《计算机组装与维护》课中进行各种实验操作，而完全不用担心破坏宿主机系统的稳定性。

Windows系统上比较流行的宿主型虚拟机软件主要有三个：一个是微软公司的 Virtual PC，另一个是甲骨文公司的Virtual Box和VMware公司的VMware Workstation， Virtual PC和Virtual Box为免费软件，功能相对较少，设置和使用比较简单，适合初学者使用。VMware Workstation功能强大，执行效率高，兼容性好，运行稳定，是非常流行的虚拟机软件，下文虚拟机都以VMware Workstation为例。VMware Workstation 又分为Workstation pro和Workstation Player两个版本，Workstation pro是收费软件，功能最多，适合专业人员使用，而VMware Workstation Player则是免费软件，体积小巧，性能和VMware Workstation pro不相上下，只是减少了一些不常用的附加功能，适合普通用户使用。

2 虚拟机在计算机维护课程中的具体应用

2.1 BIOS参数设置

BIOS参数设置是计算机安装维护中常用的操作，因为BIOS里很多选项都是直接对硬件参数进行配置，对初学者来说操作比较复杂，如果操作不当则可能对计算机造成破坏，严重的则会造成计算机无法启动，所以多数情况下是不允许学生直接在物理计算机上进行BIOS参数设置的。而在虚拟机中则完全不用担心由于BIOS设置不当而引起计算机故障的问题。在虚拟机启动时根据屏幕底部提示按F2键，或者在开机前选择菜单“虚拟机”-“电源”-“打开电源时进入固件”选项，均可进入BIOS设置界面。虚拟机中的BIOS界面设置和物理计算机非常相似，只是可设置的参数项目相对较少，在VMware虚拟机BIOS中可以设置启动引导顺序、BIOS用户密码、系统日期时间等参数。

2.2 硬盘的分区与格式化

对硬盘进行分区和格式化是计算机维护中常用的操作，是计算机维护课中一个重要的实验项目，一块新的硬盘只有经过分区格式化后才能进行操作系统的安装和数据存储。由于此操作会破坏计算机中的所有数据，影响机房正常教学的使用，所以一般不会让学生直接在机房的物理计算机上进行分区操作。对硬盘进行分区和格式化完全可以在虚拟机中进行，其操作过程和真实物理计算机中完全一样。

在计算机维护实践中对硬盘进行分区格式化、操作系统安装以及系统备份还原等维护操作一般都是在WinPE（Windows预安装环境，Windows Preinstallation Environment） 环境下进行的，而要进入WinPE环境则需要使用可启动光盘或U盘进行引导。由于目前计算机已经很少配置光驱了，所以现在基本都是用优盘来引导进入WinPE环境的。如果实验时在虚拟机中使用优盘来引导进入WinPE环境，则需要购买大量优盘，而且有些优盘多次使用后会变得不稳定。用优盘启动盘制作工具生成光盘镜像来引导启动可以很好地解决这个问题，并且通过这种光盘镜像引导启动的WinPE桌面环境和使用优盘引导启动的环境完全一致，以后学生在真实的计算机上用优盘启动时就能很快熟悉WinPE环境了。用优盘启动盘制作工具生成光盘镜像来引导启动虚拟机到WinPE环境主要操作步骤如下：

1） 在物理计算机上下载并安装任意一种优盘启动盘制作工具，这里以“U深度UEFI版”为例。

2） 在软件主界面上方“模式选择”里点击 “ISO模式”，点击“生成ISO”并保存在硬盘中。如图3所示：

3） 打开虚拟机，在硬件设置里设置光驱CD/DVD使用ISO映像文件为上一步生成的USD.ISO光盘镜像文件，在虚拟机BIOS里设置CD-ROM Drive为第一启动顺序。

4） 开启虚拟机后通过光盘镜像引导系统启动到WinPE环境，进入WinPE环境后，就可以使用DiskGenius分区工具或傲梅分区助手进行分区练习了。对于刚接触分区的初学者，不建议使用快速分区功能，这样不利于分区步骤的理解和掌握。用这种方法启动虚拟机到WinPE环境，不但不需要购买光盘或优盘，而且操作界面和使用启动光盘或优盘引导的WinPE环境界面完全一样。

2.3 操作系统安装

一台计算机只有安装操作系统才能正常运行，操作系统安装也是计算机维护人员必须掌握的一项基本技能。Windows操作系统安装分为原版系统安装和GHOST系统安装，初学者最好从原版系统安装开始练习。首先在宿主机上下载原版操作系统光盘镜像文件，设置虚拟机光驱为使用ISO文件，浏览并选择ISO文件为下载好的系统光盘镜像文件，然后再设置光盘为第一启动设备，启动虚拟机就可以像真实计算机一样进行系统安装了。

2.4 系统的备份与还原

由于Windows系统容易受到病毒攻击或使用久了变得不稳定，因此通常在刚装好系统和常用软件时对系统进行备份操作。Windows系统中备份软件有好多，常见的有GHOST（通用硬件导向系统转移，General Hardware Oriented System Transfer），易数一键还原、傲梅轻松备份以及Windows操作系统自带的备份还原工具等，其中GHOST是最常用也是最经典的系统备份还原软件，多数一键还原软件都是基于GHOST软件开发的。GHOST软件需要在WinPE或DOS环境下运行，若要在虚拟机中进行手动GHSOT操作练习，同样可以使用优盘启动盘制作工具生成的USD.ISO光盘镜像文件引导到WinPE环境下进行。

3 结束语

利用虚拟机可以方便地完成《计算机组装与维护》课程中的各种实验项目，其使用体验和真实计算机一样，并且对宿主机系统的安全和稳定性没有任何不良影响。在虚拟机中利用优盘启动盘制作工具生成光盘镜像来引导进入WinPE环境和使用优盘启动的环境完全一致，节约了资源，提高了学生的学习兴趣和培养了学生的实际动手能力，值得推广应用。

参考文献：

[1]谢瑞杰.虚拟机技术在高职计算机组装与维护课程中的应用研究[J].电脑知识与技术，2013（15）：3573-3574.

[2]杜艳绥，虚拟技术在高校计算机教学中的应用研究[J].辽宁高职学报，2016（18）：72-73.

[3]沈越峰，卢畅.虚拟机在计算机组装与维护课程中的应用研究[J].电脑知识与技术，20l3（l）：l08-110.

[4] 劳翠金.高职计算机网络课程应用虚拟技术教学探析[J].广西教育，2013（19）：46-47.

[5]张倩. 虚拟机技术在机房管理中的应用[J].中国科技信息，2012（8）：122.

[6]高建华，邓亚明.虚拟现实技术在现代教学中的应用研究[J].电脑开发与应用，20ll（l）.

[7]丁永贤.虚拟机技术在计算机组装与维护课程中的应用[J].电脑知识与技术，2011（30）.

[8]贾强.虚拟机技术在计算机组装与维护课程实验中的应用[J].电子商務，2012（1）.

【通联编辑：王力】