Linux实验平台在高校教学中的应用

李金凤 王炎 张岩

摘 要：搭建Linux实验教学平台，解决高校Linux实验平台缺乏问题.结合Linux操作系统多任务多进程的特点，创建多个用户，创设多人同时在线实验;利用商业化解决方案VMware vSphere对Linux操作系统进行有选择的复制，以达到均衡负载的目的，提高其服务性能.

关键词：虚拟化;VMware vSphere;Linux

[中图分类号]G642   [文献标志码]A

The Application of Linux ExperimentalPlatform in College Teaching

LI Jinfeng， WANG Yan， ZHANG Yan

（College of Computer & Information Technology， Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011， China）

Abstract：Build Linux experimental teaching platform to solve the lack of Linux experimental platform in universities. In order to create multiple users and multiple online experiments at the same time， this paper combines the multi-task with multi-process characteristics in Linux operating system. The commercial solution VMware vSphere is used to selectively replicate the Linux operating system in order to balance load and improve service performance.

Key words：virtualization; VMware vSphere; Linux

隨着计算机与互联网技术的不断发展，虚拟化已成为高校合理分配有限资源的最佳方案之一.Linux操作系统因其免费开源、多用户多进程等优势应用广泛.

虚拟化是云计算基础设施即服务（IaaS）构建的基础和核心技术[1]，是指一种在逻辑上将大型机提供的系统资源划分到不同的应用程序之间的方法，主要用来创建虚拟版本以代替实际版本进行实际工作.虚拟化有以下优势：一是可提高服务器使用效率.多个虚拟的操作系统在有限的能力范围内一起对资源进行处理与分配，可减少对实体计算机的需求，降低实验成本，降低能耗，提高服务器的使用效率.在一台服务器上利用虚拟化运行，可实现多个虚拟机进行实验操作，将所有的资源进行分治.二是减少依赖冲突.在虚拟环境上运行操作系统能够避免软件与硬件不兼容问题，减少应用程序的依赖冲突.相较于在实体硬件上安装操作系统，虚拟环境减少了硬件驱动的问题，更加稳定方便.三是便于维护.在虚拟机中安装Linux操作系统能够更快更方便实现服务器的数据备份与重新部署，能够统一管理与维护，降低运维成本.本文提出一种基于VMware vSphere的虚拟化Linux操作系统教学实验平台搭建方案，利用有限资源搭建实验教学平台，合理解决高校Linux实验平台缺乏问题，实现多人同时在线实验，提高服务性能.

1 虚拟化Linux实验平台的搭建

实验平台采用VMware公司基于云计算推出的虚拟化解决方案vSphere，将vSphere的核心组件ESXi以裸金属的方式直接安装在物理服务器[2]（联想万全T350）上，用另一台客户计算机通过Web浏览器登录到该服务器的管理界面，完成服务器的相关配置.在VMware vSphere EXSi的管理页面新建多个Linux虚拟机，并完成Linux操作系统的安装与相关配置.根据需求，为需要参加实验的学生分配账户、密码，每个合法用户能利用系统资源进行多任务处理，这样便实现了Linux操作系统的终端虚拟化.

VMware vSphere EXSi通过虚拟交换机，将虚拟机与物理网络连接在一起.安装在VMware vSphere EXSi中的虚拟机能够通过虚拟交换机与物理网卡进行网络通信.

每一个虚拟交换机都由安装在物理服务器主机上的一块或多块物理网卡组成，物理服务器主机上的物理网卡通过网线与物理交换机连接.虚拟交换机通过分配虚拟网卡与虚拟机进行连接建立通信，每一个虚拟网卡可以连接到一个虚拟机.[3]网络按照“物理交换机->网线->物理网卡->虚拟交换机->虚拟机的虚拟网卡”的方向通信.虚拟机之间，也通过这样的方式通信.

学生通过远程登录连接到虚拟终端，完成实验内容.学生通过客户机上的SSH客户端即可远程连接到VMware vSphere EXSi上的虚拟Linux操作系统终端，并进行相关的实验操作.SSH（Secure Shell）安全外壳协议是专为远程登陆会话服务提供的安全协议，因其安全可靠和可移植性强被广泛运用于各种操作系统中.不同用户同时登陆虚拟机，进行各种不同的实验操作，实现了多用户多任务的进程.

2 虚拟化Linux实验平台的优势

虚拟化Linux实验平台可以极大地降低服务器的网络维护、硬件维护、操作系统维护、应用软件维护所需要投入的人力、物力和财力.虚拟化Linux实验平台可以在降低能耗，减少散热的基础上，极大地提高服务器的利用率，降低实验教学成本.虚拟化Linux实验平台可减少多次重复配置开发环境和服务环境带来的麻烦，给实验教学带来了便捷.虚拟化Linux实验平台为教师提供了良好的授课环境，保证实验课程顺利进行，有利于教学水平的提高.虚拟化Linux实验平台也为学生提供了良好的实验实践操作环境.虚拟技术使计算机实验教学平台更加简单、灵活，既提高学生实践动手能力，又能够减轻实验管理员的设备维修、维护的工作量.[4]

Linux操作系统在在实验教学过程中存在以下几个问题：一是大多数高校为了方便实验室的计算机维护，已经在计算机安装了还原卡，第二节课再去上课时，计算机里任何操作都已被还原，学生还需要再次进行Linux操作系统的下载与安装，这样重复的操作，浪费了大量宝贵的教学实验时间，使得学生渐渐失去了对Linux操作系统学习的热情.二是Linux操作系统安装繁琐，且在互联网上下载Linux操作系统需要耗费大量的时间，加之Linux操作系统操作系统安装没有图形界面，只能进行命令行操作的，更是增加了安装难度.三是 Linux操作系统教学过程中的突发问题较多.Linux操作系统因其可扩展性强，功能多，不可确定性也大大增加.在实际的教学实验过程中，会因为学生的错误操作对系统产生影响，不能及时得到解决，导致学生无法继续进行实验内容，严重影响教学实验进度.

课程体系的构建是人才培养的核心内容.[5]相对于传统的实验教学平台而言，基于VMware vSphere的虚拟化Linux操作系统实验平台实现了服务器集群的虚拟化，能够在给学生带来真实的操作环境的同时，方便教师的统一管理.利用负载均衡技术充分发挥虚拟化的优势，提高资源利用率的同时，具有成本低、方便维护、扩展性强、管理效率高、资源利用率高等优点，能够有效减轻管理人员的工作负担，提高实验室的开放程度，更好地适应实验教学发展的进程.[6]

参考文献

[1]董宝阳. 面向云计算的校园网虚拟化技术研究与应用[D].郑州： 郑州大学， 2015： 2.

[2]王春海.VMware Workstation与ESX Server典型应用指南[M].北京：中国铁道出版社，2011：97-103.

[3]况卫国. 基于虚拟化技术的高校软件实验平台的研究与实现[D].南昌：南昌大学，2014.

[4]周鹏.虚拟技术在计算机实验平台构建中的应用[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2015（4）：16-17.

[5]李裕琢，曹燕红.“互联網+”背景下复合型法务会计人才培养路径[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2019（1）：73-76.

[6]宋友良. 基于虚拟化技术的开放式实验室管理系统[D].大连：大连海事大学，2017：54-55.

编辑：吴楠