VMware虚拟机技术在实训教学中的应用与实践

姜晓武

摘要：虚拟化技术是21世纪的一项重要技术。作为虚拟化技术的佼佼者，VMware技术在实训教学中具有广泛的应用前景和深远的意义。VMware技术不仅可以提高学生实训操作的效率，促进实训环境的搭建和管理，提高实训安全性，提升实训教学质量，降低实训教学成本，还可以培养学生良好的实践能力和创新精神，提高学生的职业竞争力，为学生的未来发展打下坚实的基础。

关键词：虚拟化；VMware；实训教学

一、虚拟化技术的基本原理

随着虚拟化技术的不断发展，VMware技术作为虚拟化技术的领先者，在高职院校实训教学环节中得到了大量应用。在教学中，VMware技术的实现原理是通过在宿主操作系统上安装虚拟化平台软件VMware Workstation，并在此平台的基础上创建多个虚拟机。虚拟机是指基于物理计算机的软件模拟，而且每个虚拟机都可以视作一个独立的设备，它有自己的虚拟处理器、虚拟内存、虚拟硬盘、虚拟网卡等硬件资源，也拥有独立的操作系统以及应用程序，虚拟机与虚拟机之间也可以拥有独立的网络连接方式[1]。

下面将以Windows Server操作系统安全配置课程为例，对VMware虚拟機技术在实训教学中的研究与应用做一个较为详细的阐述。

二、虚拟化技术在实训教学中的优势

（一）方便实验环境的搭建和管理

采用VMware技术进行实验实训教学，可以方便实验环境的搭建和管理。VMware技术的优势首先在于它可以方便地创建、复制和删除虚拟机，从而实现快速搭建和管理实验环境。教师可以根据不同的实验需求，设定不同的实验环境，比如，硬盘大小、内存大小、核心数量、网络连接方式、IP地址等都可以进行精确设置，避免了实验环境的冲突和资源浪费。而且搭建好的实验环境，可以通过复制的方式共享给学生，学生免去了安装和搭建环境的烦琐前奏，可以快速地进入实验环境，开始学习和实验。

此外，还可以通过克隆功能，在本地复制多份相同的操作系统环境，来进行多台设备之间相互协调、相互验证的实验实训环境，只需要给不同的虚拟机修改一下计算机名及IP地址即可实现一个小型的网络实验环境。

（二）提高学生的实验操作效率

采用VMware技术进行实验实训教学，可以提高学生的实验操作效率。以往在进行Windows Server操作系统相关课程时，因为学校计算机室的计算机都是带有还原卡的，所以无法向学生教授系统安装的内容，只能通过视频观看，然后有条件的学生可以在自己的电脑上练习安装。现在机房里都安装了VMware，学生可以在VMware中练习安装操作系统，并且不用担心安装失败导致电脑无法正常开机，还可以在一台计算机上安装多个操作系统，且不受操作系统版本的限制。

同时，使用VMware技术可以在校内教学服务器上安装多台实验虚拟机，并在其中安装不同的实验环境。这样，学生既可以在教室，也可以在宿舍或者家里通过网络远程连接到虚拟机中进行实验。每个学生都可以拥有自己的实验环境，不会受到其他学生的干扰，多名学生可以同时进行实验。这不仅避免了实验室资源的浪费，还提高了实验操作的效率[2]。

另外，学生可以在自己的电脑上安装VMware Workstation单机版软件，然后在虚拟机内安装服务器操作系统以及设置相关的实验环境。这样，学生在下课后可以继续完成课堂上未完成的实验，或者进行更深入的实验拓展，不再受到实训场地的制约，极大地提高了学生的实验操作效率和学习成果的生成。

（三）提高实验的安全性

采用VMware技术进行实验实训教学，可以提高实验的安全性。在VMware技术中，每个虚拟机都是独立的设备，相互之间不会受到彼此的影响，学生可以在虚拟机中进行各种实验操作，不会影响到其他虚拟机的正常使用。同时，实验结束后可以随时删除虚拟机，确保实验的安全性和保密性。

在Windows Server操作系统安全配置课程中经常会遇到在配置一些服务或者功能设置的时候，一个失误导致整个服务不可用，而且很难查找到问题所在。这种情况，在以往的实验环境下，可能不得不重新安装操作系统才能解决，但是在VMware中，可以利用快照技术进行实验结果的保存。做完一个关键节点的实验操作后，可以点击快照功能来增加一个节点，以防后续的一些操作影响到前面的操作。当真的遇到操作失误的时候，可以通过还原快照的功能快速地回到上一个保存节点，这样可以大幅提高实验的安全性和稳定性。如图1所示。

（四）增强学生的实践能力

采用VMware技术进行实验实训教学，可以增强学生的实践能力。以往教学中，学生在按照实验要求对Windows Server操作系统进行配置后，很难原样恢复到初始状态。如果学生想进行第二次实验，就必须重新安装操作系统。而使用VMware技术，学生可以利用快照功能，随时还原到任何一个实验节点，然后在虚拟机中进行多次反复实验和尝试，不断发现和解决问题。通过对实验的不断探索和发现，学生可以更好地理解实验原理和方法，从而培养出良好的实践能力和创新精神。同时，教师可以根据学生的实验情况，及时调整实验内容和方案，引导学生进行深入思考和探究，让学生积极参与到实验教学中，提高团队合作和沟通能力。这可以使学生更好地理解和掌握实验内容，提升实验教学质量，形成良性循环。

（五）降低实验教学成本

采用VMware技术进行实验教学，可以大幅降低实验教学成本。传统的实验教学需要消耗大量的实验室资源。例如，需要采购价格昂贵的物理服务器，并且需要为物理服务器搭建专用的服务器机房，采购配套的网络设备和空调等，在使用过程中还需要采购相关配件进行维护。关键是这些硬件资产在使用6—8年后就会面临性能急剧降低，而且在市场上也很难买到相关配件进行升级换代，只能面临报废。而采用VMware技术可以在一台计算机上完成多个实验环境的搭建，从而大大降低了实验教学成本[3]。

例如，在Windows Server操作系统安全配置课程中，使用VMwre15版本，可以经历3代Windows Server版本的更新，从Server2012到2019都可以正常安装和教学使用。另外，在虚拟机中增加硬件，只需要在虛拟机设置中添加虚拟硬件即可，无需采购实际硬件，这种方式使得实验更加灵活。例如，当需要搭建RAID1时，只需添加2块硬盘；搭建RAID5时，需要至少3块硬盘，此时再添加一块硬盘即可。在做VPN服务配置的时候，只需在设置里额外添加一张网卡，即可实现服务器拥有2个不同的IP地址，模拟内网和外网环境。

通过这种方式，学校可以节省大量的实验室维护和更新费用，把有限的经费用于采购无法使用虚拟化环境的设备和耗材上。

（六）促进教学模式创新

采用VMware技术进行实验教学，可以促进教学模式的创新。教师可以根据学生的实验情况及时调整实验内容和方案，引导学生进行深入思考和探究，从而实现更好的教学效果，探索出更加适合学生的教学模式。同时，教师可以通过VMware技术的实时监控功能，对学生的实验情况进行实时监控，及时发现问题并指导学生进行改进。学生也可以通过自主探究和合作学习，积极参与到实验教学中，从而促进教学模式的创新。这样，学生可以更好地适应未来的职业发展和社会需求。

三、在使用VMware实训教学过程中容易遇到的问题与解决方法

当然，使用VMware技术也并非毫无缺陷。在VMware Workstation软件平台使用过程中，需要做好相应的配置和管理，才能更好地完成实验，减少实验过程中遇到各类非实验本身的操作问题。比如在Windows Server操作系统安全配置课程实验时，经常会遇到以下四类问题：

（一）未正确配置网络

在VMware虚拟机中，网络配置是非常重要的一部分。在Windows服务器操作系统配置实验中，如果没有正确配置网络，可能导致虚拟机无法连接到Internet或与其他计算机通信，从而影响实验的进行。为避免这种情况，需要在虚拟机开启之前选择正确的网络模式，打开VMware中的虚拟机选择“编辑虚拟机设置”，在虚拟机设置对话框中选择“网络适配器”，并选择要连接的网络类型，如桥接模式、NAT模式或仅主机模式。

①桥接模式：虚拟机会分配一个IP地址并连接到物理网络。

②NAT模式：虚拟机会通过虚拟NAT设备连接到Internet，并使用虚拟IP地址。

③仅主机模式：虚拟机可以与物理计算机通信，但无法连接到Internet。

（二）操作系统版本不匹配

虽然VMware虚拟机支持多种操作系统，但并不是所有操作系统的版本都可以完全兼容。在Windows服务器操作系统配置实验中，如果选择了错误的操作系统版本，可能会导致某些功能无法正常运行。以下是解决此问题的一些方法：

①更新VMware版本：打开VMware控制台，通过Help>Software Updates选项卡检查更新。如果有可用的更新，安装它们并重新启动VMware。

②降低虚拟机的操作系统版本：在VMware中，选择虚拟机，点击Edit virtual machine settings，然后在Options中选择General。在Guest Operating System中选择虚拟机运行的操作系统版本。如果虚拟机的操作系统版本过高，选择一个更低版本的操作系统保存更改并重新启动虚拟机。

（三）分配的硬件资源过少

在VMware虚拟机中，CPU、内存、硬盘等硬件资源都必须合理分配，否则虚拟机的性能会受到一定的影响。如果在Windows服务器操作系统配置实验中，分配的硬件资源过少，可能会导致虚拟机运行缓慢或无法正常启动。这种问题可以通过以下方式来解决：

①调整虚拟机的硬件资源：通过增加虚拟机的内存、CPU、硬盘等硬件资源，使虚拟机可以更好地运行。可以在虚拟机设置中进行修改。

②禁用不必要的服务和程序：可以禁用虚拟机中不必要的服务和程序，减少运行负荷，从而提高运行效率。在Windows系统中，可以在“服务”中进行查看和禁用；在Linux系统中，可以在命令行中使用“systemd”命令对服务进行管理。

（四）安装驱动或应用程序错误

在Windows服务器操作系统配置实验中，由于虚拟机的一些特殊设置和限制，安装驱动或应用程序时需要更加注意。如果驱动或应用程序的版本不兼容或未按照正确的安装流程操作，可能会导致虚拟机出现蓝屏、系统崩溃等问题。一般可以从以下几个方面进行解决：

①检查驱动或应用程序要求的操作系统版本是否与VMware中安装的操作系统版本一致。如果不一致，需要升级或降级VMware的操作系统，或者安装相应版本的驱动或应用程序。

②检查VMware中的虚拟硬件是否满足驱动或应用程序的硬件要求。如果硬件不满足，需要调整VMware的虚拟硬件配置，例如增加虚拟机内存、增加虚拟机CPU核数等。

③检查VMware中的虚拟机网络设置是否符合驱动或应用程序的网络要求。如果不符合，需要修改虚拟机网络设置，例如为虚拟机配置静态IP地址、修改网络适配器类型等。

四、未来发展方向

随着虚拟化技术的不断发展，VMware技术也在不断更新和升级。未来，VMware技术在实训教学中的应用将会更加广泛和深入。首先，随着5G技术的普及和应用，VMware技术可以在更广阔的范围内进行实验教学。其次，随着人工智能和大数据技术的不断发展，VMware技术可以与这些新兴技术结合，探索出更加适合未来发展的实验教学模式。最后，随着云计算技术的普及，VMware技术可以与云计算技术结合，实现虚拟化资源的共享和管理，提高实验教学效率和质量。

五、结束语

VMware技术因其易用性、容错性和安全性等特点，在实验和实训教学中逐渐被广大师生认可和使用。近年来，越来越多的教育类企业在进行课程开发、实验环境开发时都朝着虚拟化方向发展。随着云计算技术的普及和发展，越来越多的学校和机构将选择使用云端虚拟化技术来进行教育服务。这将使得VMware技术在教育领域的应用范围更加广泛。