计算机实验教学中虚拟化技术的应用分析

郭 楠

（赤峰学院 建筑与机械工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

计算机实验教学中虚拟化技术的应用分析

郭 楠

（赤峰学院 建筑与机械工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

本文主要针对目前高等院校中计算机实验教学中存在的一些问题进行深入地详细地分析.重点研究分析在计算机实验教学中引入虚拟化技术之后，借用虚拟化的技术，根据高校实验室的各方面的设备，主要从几个方面分析和解决教学中存在的不足，以此达到充分利用有限的教学资源，提高学生们的主动性、积极性和自主学习性，增强学生们运用信息技术方面的能力，进一步改善教学的效果，提高设备的利用率，最终达到改善高校教学环境的目的.

虚拟化技术；计算机实验教学；应用分析

当前，伴随着我们国家的高等院校招生规模的逐年扩大，学生的数量也越来越多，而教学经费方面的投入捉襟见肘，远远不能满足学生数量的增加，高校里的实验设备也不能得到及时的补充，根本没办法满足日常教学以及教学实践方面的需求.怎样合理利用高校有限的教学实验资源，完成高等院校计算机实验教学的任务计划，并且能够保证实验教学的质量，已经成为各个高等院校所面临的严峻问题.针对当前高等院校存在的问题，高校计算的实验室主要是采用虚拟化的技术和产品，搭建虚拟化的实验教学平台，这个平台不仅能够有效地提高教学的服务质量水平和支撑能力，而且还能大幅度地提高实验设备以及教学资金的利用率，同时降低了实验室设备的维护管理的成本，最终实现了实验室最大化的能效.

1 当前高等院校中计算机实验教学中存在的问题

当前高校中计算机的实验教学中存在的主要问题包括以下几个方面：第一，由于高校的实验室的教学任务比较繁重，因此造成机器的故障发生率大幅度提高.学校的计算机实验室基本上肩负着整个学校的计算机的公共课以及专业课等等上机教学实践的任务，几乎每天都是全天开放的对学生，如此长时期的超负荷的运行，机器的硬件及软件就会频频发生故障.第二，计算机的软件经常不断地更新换代，而计算机的硬件性能方面却不能及时得到提升.因为不同专业、不同年级的学生所需求的软件各种各样，并且软件的版本更新非常快，计算机实验室为了满足各方面的要求，就需要经常升级安装软件，甚至可能一台计算机上需要安装好多个操作系统，往往还要根据各个学期的课程安排重新安装软件.于此发生冲突的是，计算机的硬件更新周期比较长远，从而导致新的软件根本没法在低性能的计算机上安装或者运行流畅.第三，实验室的现有设备的性能不足以及学校资金方面的短缺导致无法开出些前沿性的实验.多媒体技术以及并行计算技术等这些前沿性领域的技术的实验方面的需求很大，但鉴于资金和设备的匮乏导致不能开设这些课程.第四，学校计算机的型号、品牌多种多样，并且计算机的配置方面差别较大.学校一般都是分批次地购买计算机的，那些较早购买的机器配置就比较低，因为计算机的硬件设备的使用寿命是有限制的，那些将近或者已经到了老化期的设备就会频发故障问题.由于资金的问题，学校不可能一次性将所有的实验设备进行更新换代，这就造就了当前学校实验室的计算机的型号、品牌多种多样，机子的配置也存在着很大的差别，同时硬件的种类繁杂，实验室的维护难度大大地增加了，这样破坏了一些实验性的结果的一致性.第五，在计算机上无法惊醒一些具有破坏性或者是危险性的实验.在高等院校的计算机实验中，有很多的实验内容存在着不同程度的危险性或者是破坏性，比如，硬盘的格式化及分区，安装多个操作系统，CM OS的设置，一些克隆软件的使用以及CPU的超频等等.另外一些网络攻防型的实验也根本不能在计算机上进行，由于一旦进行稍有一点不慎就会使得整个系统崩溃.因此，老师一般教学都是采用的是以将代练的模式或者是课堂演示的方法进行教学，这样就没有办法让学生自己动手操作，导致学生理解起来很难，导致对其不能感兴趣.第六，当前很多高等院校为了方便管理实验室的计算机，进行了很多相对应的保护措施.设置了BIOS的密码，使得学生没法练习设置BISO；在主板上安装硬板保护卡，使得学生没法安装新的试用软件；通过机房的管理方面的软件屏蔽控制面板，使得学生没法练习设置操作系统的相关设置等等，严重影响了培养学生的动手能力.

运用虚拟化的技术，上述的诸多问题可以在很多的程度上得到有效的解决，进而确保计算机实验课程的正常开展，同时能够大大地提高学生学习的主动性和积极性，学生的创新实践能力也能得到很大的提升.

2 虚拟化技术介绍

虚拟化技术大致起源于20世纪的70年代，从2007年到2012年之间虚拟化技术得到了大跨步的增长，近些年来还特别备受各个领域的关注.虚拟机（virtual machine，简称为VM）是一种支持多个操作系统并列运行在单个的物理服务器上的系统，能够为计算机提供更加有效的底层上的硬件的使用.换一种说法就是把一个物理单元虚拟地划分成多个的逻辑单元，以提供多个应用一起来使用.在虚拟机系统中，中央处理器的芯片将系统的其他的部分区域划出一段存储区域，这样应用程序和相应的操作系统就能在“保护模式”的环境下运行.即使如果在某个虚拟机中冻结程序的现象的出现也不会影响到那些运行在虚拟机外部的操作系统和程序控制的正常的运行.这样做的目的就是为了增强有限资源的利用率并且能够方便管理资源.与此同时我们计算机实验教学中需要的各样的操作系统都能很透明地运行在其自身的虚拟机中.虚拟机作为一种软件容器有高度隔离的功能，它可以游刃有余地运行在自身的应用程序和操作系统上，就好比一台单独的物理计算机似的.借助于虚拟化的技术，可以在单个的物理计算机上实现多个虚拟机的运行.总的来说呢，虚拟机的这些行为就几乎接近于单台的物理机，它有属于自己的硬盘、内存、虚拟的CPU以及网卡.物理机与虚拟机的之间的差别基本无法分辨出来，但虚拟机却完全是由软件部分组成，且不含有任何硬件的组件成分.由此可见，虚拟机自身具有物理硬件没有的很多的独自拥有比较特别的优势.

尤其是在当前经济比较疲软、IT平台的构建结构异常的混乱，计算机的设备整合比较复杂、管理的成本的大幅度增加的情况下，虚拟化技术的优势就越发显得突出：成本节省、节约能源降低损耗、方便部署、方便管理、方便标准化、服务器的重新整合以及最大化的使用率.虚拟化技术已经成功地运用到很多领域，例如：银行、通讯、医院、企业等等方方面面，同时也出现了一些成熟完善的虚拟化的软件系统，比如：VM ware以及Xen等等.近些年以来，虚拟化技术工作在很多有关高等的教育领域的不同方面得到大范围的开展，例如那些图书馆、计算机网络中心以及教学实验室等等.我们国家的很多高校比如解放军信息工程大学、大连理工大学、清华大学、解放军第四军医大学、北京航空航天大学、华中科技大学等等已经利用虚拟化技术在高等院校的应用上做出了卓越的有效突出的工作.

3 计算机实验教学中的虚拟化技术的应用

本文主要通过对目前高等院校的计算机实验教学中存在的问题进行分析，有效利用虚拟化技术从以下四个方面解决目前实验教学中存在的不足.其一、教学优势，即利用虚拟化的技术开设一些具有创新特别且具有实践能力的虚拟化实验课程.比如计算机安全、计算机的组成原理、可编程的数字电路、多操作系统交互、并行计算机技术、多核编程技术以及集群技术等等一些实验性的课程不能在目前的实验设备上开展.将现有的计算机硬件资源，运用虚拟化的技术.创建一个功能齐全，能够像一台“真实”的计算机一样运行自身应用程序及操作系统的虚拟机.把以前不能在现有的计算机上开展的计算机实验课程移到这个虚拟机上开展.从而实现很多实验课程从小心翼翼地进行到开放自由地进行、从无到有的跨越，最终达到开展适合高等学院的教学风格特点并且具有创新性实践性特别的虚拟化的实验课程的目的.其二、成本优势，即运用虚拟化技术不仅能大大地降低成本，还能有效地降低实验环节的能耗，而且计算机实验教学的效率和质量能得到很大的提升.在目前经济严峻的情况下，高等院校不可能大幅度地增加实验设备的预算.在时间、资源以及成本三重压力下，如何让计算机实验教学质量和效率才能得到事半功倍的效果，利用VM ware类型的虚拟化技术，建立一个适合于所有应用程序的虚拟的PC机环境，通过硬件需求量的减少以此提高目前资源的使用率，提高教学效果，改善教学环境.现有的很多服务器和计算机能耗比较大，而VM ware类型的虚拟化技术拥有内存管理和高级资源的功能特点，可以实现高达15：1的整合率甚至更高，硬件的使用率提高到85%，并且能够智能地把一些不用的物理服务器关闭，最大程度地减少能耗却不会降低功能完整性和可靠性.其三、管理优势，即利用虚拟化的技术结合高等院校的学生的特别建设合理完善的计算机的实验教学的体系，推动教研工作的顺利进行.高等院校良好的计算机的实验教学不仅仅是拥有几门实验教学课程比较优秀，而应该是要建立一个良好的教学体系，便于管理.VM ware workst at i on移植比较方便，虚拟机的模板类型的通常采用复制和备份虚拟机的文件的措施，这样实验环境的规划时间大大缩短，搭建的数量增多，实验室的环境复杂性更高，实验教学工作多样化.

4 结束语

伴随着虚拟化技术的日趋完善，在高等院校的计算机实验教学建设中，虚拟化的技术将会发挥着更加积极重要的作用.

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