虚拟化技术在计算机组装与维护项目中的应用研究

宋志远

(武昌工学院人工智能学院,湖北武汉 430070)

随着计算机技术的普及,计算机相关设备在日常工作生活中应用非常普遍,计算机组装与维护课程是我院的专业基础课,我院专业学生必须掌握的基本技能。这门实践课程是笔者所在单位针对计算机及其相关专业开设的以实践为主的项目式实验,本实践课程是从事计算机硬件设备组装与维护、计算机设备采购与管理、计算机设备技术服务等职业岗位的重要技能操作课程。该实验项目主要培养对计算机系统硬件和外设的认知能力,强化学生对计算机基础知识的理解。通过该实践项目的学习,为今后熟练解决使用计算机设备遇到的各种问题,及为后面课程如计算机组成原理、计算机网络打下牢固的知识基础[1]。我校有计算机组装与维护实验室可以开展实践项目的学习和实验;首先,由于计算机硬件更新速度过快,根据摩尔定律,计算机硬件设备更新时间不超过两年,而使用的大多数是学院淘汰下来的计算机,大部分设备硬件使用时间较长,并不是主流市场硬件,所以在学习中针对性较弱;实践课程应该具有内容贴近前沿技术、应用能力要求高、紧贴市场的特点;其次,绝大多数同学在进行该实践课程项目学习之前很少有过自行解决计算机硬件拆装及处理故障的经历,甚至不能完整说清楚计算机主机里有哪些硬件,硬件的组成结构。计算机主机内部硬件如主板、硬盘、C P U等精密电子元件,在直接进行硬件拆装的过程中很容易损坏这些硬件,这样硬件设备损坏情况会越来越多,能够满足使用的设备数量就会减少,不能符合实验要求的设备在无奈地反复维修使用。最后,由于实验条件有限,很难进行分层次分类别的进行实操项目训练[2];导致正常实践教学过程中遇到了很多了问题,所以,这门课程采用虚拟仿真技术辅助的教学方法改革势在必行。

1 VMware虚拟化技术产品介绍

虚拟化技术的成熟让许多项目得以实现,丰富的场景技术能够通过虚拟感知的方式来实现环境的建设,而交互设备的应用也让虚拟感受更加真实,广泛的应用于计算机各个领域,在计算机组装与维护实践过程中使用虚拟化技术是非常合适的。VMware(威睿) 是全球桌面到数据中心虚拟化解决方案的领导厂商。客户依靠VMware来降低成本和运营费用、确保业务持续性、加强安全性。VMware第一大产品为:VMware Workstation虚拟机是一个在Windows或Linux计算机上运行的应用程序,它可以模拟一个基于x86的标准PC环境。这个环境和真实的计算机一样,都有芯片组、CPU、内存、显卡、声卡、网卡、软驱、硬盘、光驱、串口、并口、USB控制器、SCSI控制器等设备,提供这个应用程序的窗口就是虚拟机的显示器。在使用上,这台虚拟机和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、安装应用程序和软件。第二大产品,安装在服务器的VMware ESXi,它们都主要提供虚拟机(虚拟计算机的简称)的功能,提供相对一致的用户使用体验,用户使用难度不高。

2 课程具体改革方法

通过在课程实践过程依据中发现的问题和实验现有的条件,提出改革的措施如下:

(1)计算机组装第一部分硬件实验,为了更好加深同学们对计算机硬件系统的整体认知和提升组装计算机的能力,我们主要采用依托实验室设备将主机中的硬件一件件拆下来,分开讲解其作用、参数、市场行情和市场价格;这部分相关实验还包括常见计算机硬件故障和维护的处理方法,比如主机长声和短声报警,蓝屏、黑屏等现象处理措施[3];也可以通过虚拟仿真的技术采用虚拟构造的硬件在当前环境下进行计算机的虚拟组装,那么该硬件可以使用市场主流硬件,比如;固态硬盘SSD和M2等。

(2)计算机组装第二部分系统软件和应用软件安装实验,在学生端电脑安装Workstation和ESXi软件产品,操作虚拟机的方式进行这一部分实验,主要内容包含BIOS或UEFI启动项设置、硬盘分区的方法、操作系统下载安装、驱动程序、杀毒软件及office等常用软件的安装。实验过程通过操作安装在学生端中的虚拟环境,可以模拟系统软件实验中的大部分内容,在虚拟机中去尝试并理解不同类型的操作系统的安装(例如:Windows和Linux操作系统)。当同学们在虚拟机中熟练操作之后,然后在实体计算机中进行安装。这种方法既加强了学生对理论知识的理解并且扩充了眼界,体验了个人计算机和服务器、工作站中操作系统的安装,并且可以保护实验计算机系统,将降低因误操作而导致的系统损坏,更加符合课程的定位,为以后走上工作岗位树立信心。

(3)我们在上课之前可以对新生计算机基础水平进行摸底,大致分为三种类型。第一种是理论基础较为薄弱的学生,我们需要对其提供更多基础知识的灌输,使他们能够尽快理解实验项目。第二种具备计算机基础知识但是动手能力较弱的学生,那么教师按正常的计划开展教学内容,这样的同学占绝大多数。第三类型为具备一定实践经验的学生。这类型学生在之前就有过实践内容的接触或者学习,基本掌握了大部分实验内容方面的知识,对相关扩展内容有很大的兴趣。老师可以通过Workstation和ESXi提供的丰富功能,给他们提供更深层次内容的学习。比如说对操作系统而言,除了要学会安装常见的W i ndows操作系统外,可以带着他们尝试安装常见的Linux操作系统(服务器端)和Mac OS系统[4]。

3 虚拟化技术的具体应用

3.1 硬件组装的虚拟操作

在虚拟机上去新建和配置各种硬件的过程与实体机相似,虚拟机里把各种硬件及cmos参数设置完整,通常需要设置主板、CPU、内存、硬盘、网络、显卡等型号及参数[5]。和实体组装计算机主要区别是:真正的计算机还需要考虑各类硬件相互之间的兼容性问题,例如内存条和主板存在兼容性问题。通过虚拟机的操作,学生可以掌握计算机主要由哪些硬件组成,市场主流硬件之间的搭配情况,再实际动手组装真实的计算机。

3.2 主板BIOS和UEFI BIOS的区别

目前UEFI越来越普及,而实验室中实验台式机都是BIOS启动,没有市场主流的主板UEFI启动设置,所以单纯用实验机就会与现实情况脱轨,使用较久的计算机设备大多是BIOS,legacy+MBR模式安装系统,设置界面(如图1所示),主流新计算机设备大多都是UEFI BIOS,一般只能用UEFI+GPT模式安装系统(有些有legacy的兼容模式),设置界面(如图2所示)。

图1 传统BIOS设置界面Fig.1 Traditional BIOS setting interface

图2 UEFI设置界面Fig.2 UEFI setting interface

虚拟机在配置完成后都会有BIOS或UEFI,那么虚拟机的BIOS或UEFI和真实的主板提供的大多数功能一致,并且两种启动方式可以在虚拟机中自由切换。通过操作虚拟机可以让同学更加理解两种启动方式设置的区别,更好的应对各种类型主板的操作系统的安装方法[6]。

3.3 虚拟环境下安装操作系统

系统软件的安装时该实践课程中的重点。可以通过虚拟机体验多种不同类型的操作系统的安装方式及运行效果,如Windows、Linux以及Mac Os。

3.4 计算机的常见故障和维护方法实操训练

从计算机常见的故障种类繁多,教学过程中不可能一一阐述清楚。我们在进行故障处理这个实践项目中,经常会先讲故障发生的原因及显示结果和处理方法,然后对这些常见的故障进行分类汇总,然后从这些故障中挑选一些案例,教师在开课前自行设置些故障来给同学们进行演示和讲解;

在现实中同一种显示故障情况究其原因可能有多种多样的,教师只能通过自己的工作经验去设置,很多种故障的种类不会都能够出现,而且也不一定是同学们遇到过的故障类型;

因此,学生动手解决故障是我们这个实践项目里面的难点[7]。我们提前通过计算机虚拟环境下设置5～8个软硬件故障,通过学生分组对故障原因进行分析及解决故障如操作系统启动文件损坏、开机自检报错、蓝屏、黑屏、内存报警以及网络IP地址冲突或者设置错误等。虚拟机上设置多种故障的办法,既可以让学生更多接触和处理计算机的故障,而且能减轻教师在设置故障及讲解的难度。

4 总结

虚拟化技术在计算机组装与维护实践项目上的应用,可以解决大部分在实践过程中存在的缺少实验设备、设备损坏率高以及很难开展分层次的个性化等问题。通过近学期学生的课后反馈,在计算机硬件处理故障的能力和操作系统的安装等方面有了显著的提高并且更适应目前市场主流设备的维护能力,更加可以符合计算机设备技术服务等职业岗位需求,当然目前还存在很多不足的地方,需要继续研究创新关于计算机组装与维护实践课程改革的方法,将更多该课程的创新技术和创新途径应用于课程改革当中,提升课程质量,实现技术型大学为目标,培养更多符合社会岗位需求的人才。