虚拟机技术在高校专业密集型实验室的应用研究

余彬

（1.温州大学城市学院，浙江温州325035；2.同济大学，上海200092）

虚拟机技术在高校专业密集型实验室的应用研究

余彬1，2

（1.温州大学城市学院，浙江温州325035；2.同济大学，上海200092）

虚拟机技术目前在很多领域的应用都相当成熟，而如何利用虚拟机技术改进高校实验室的管理与运作，却是管理者们一直追求和探索的课题，具有广泛的实用价值和理论研究意义.本文提出利用相应的虚拟机技术方案解决目前高校专业密集型实验室面临的种种管理困境，揭示了虚拟机技术在高校实验室应用中的优越性、可行性、安全性和推广性.

虚拟机；虚拟机技术；实验室应用

随着高校教学改革的深化和计算机技术的广泛发展，许多高校学科的教学重心都从普通说教课程转移到了专业实训实验室中来.资源紧张而又现正处于硬件过渡期的高校各个基础机房，逐步正在向各专业实验室的角色进行转变，其面临的课程压力和专业性要求也不断升高，甚至出现一个“专业”实验室兼任多个“专业”课程的管理模式.不同的专业课程对计算机有不同的系统配置和软硬件环境要求，这为实验室的管理与专业课程的正常教学带来了很多困扰.且实验室往往还承担着每学期的计算机等级考试、普通话考试等等大规模的机考任务，每一项任务都对实验环境有着苛刻的要求.因此，更使得研究如何通过新技术改进高校实验室传统管理模式的问题变得迫在眉睫.

文章通过引入VMware虚拟机技术，利用其多种不同工作模式的配置来解决高校专业密集型实验室在日常管理与运行中常遇到的几种典型问题，为当前实验室管理方法的改进提供一些见解与建议.

1 当前高校实验室的管理困难

1.1 日常专业课程对实验室有不同的需求

1)多操作系统要求配置困难：根据不同的专业、不同的课程要求，往往需要实验室提供与日常不同的计算机操作系统作为实验环境，例如Linux、Windows2000专业版、Windows2000服务器版、Win2003或Mac等等，这都会增加管理与维护的难度.

2)软件需求冲突问题难解决：不同的课程、不同的任课教师、不同的教材经常会导致同一专业实验室所需求的专业软件安装相冲突的情况，例如同一软件的不同版本需求或不同公司开发的同一专业类型软件都有相冲突的情况存在，这为实验室的管理者提出了一个很大的需求难题.

3)特殊课程需要一人多台机器调试的情况：例如我校信息分院开设的计算机基础网络课程，需要每位学生实验时配置服务器与客户访问计算机的网络，这就使得实验室的计算机不仅需要多系统，更需要将计算机组成两两配对，在硬件上进行网线直连.而这种环境的配置，又会影响其它课程实验的正常开展.

4)还原卡不支持发送的手动注册、破解类软件：目前实验课程的大部分软件是从网络上下载的，而相当一部分软件在安装完之后是需要手动注册或破解后才能使用，当使用实验室的还原卡发送功能将新安装的系统发送至每一台实验机之后，往往会发生该类软件注册码冲突或mac地址绑定冲突无法运行的情况，需人为手动逐一破解才能使用.这为专业实验室的管理工作，带来一个很大困扰.

5)大量软件堆积安装导致系统缓慢：在一些功能集成化较高的专业实验室里，往往安装了大量不同的专业软件.这些软件在开机后多多少少要占用实验机的系统资源，软件互相拖累，导致实验机的系统响应缓慢，速度大大不如系统初装.这让实验者怨声载道.

6)带有系统损伤性与破坏性的实验：部分实验课程需要实验者对实验机进行一些损伤性或破坏性的设置，从而进行测试与观察，例如安装系统、配置网络环境等，在实验完成后，实验机往往呈现一片狼藉的状况，让后续实验者无法正常进行实验.

1.2 各类上机考试对实验室有特殊需求

高校的各类专业机房专业实验室，在大规模上机考试的时候，往往不可避免地要被征为考试机房，而诸如计算机等级机考等大多类型的上机考试都对考试机有大致相同的要求：干净的操作系统，相应的考试软件环境，指定的网络访问配置及对本地考试服务器的设置.而这种要求，和平时的专业课程环境均相冲突，往往需要提前停课，对实验机做好现有备份并进行批量设置和发送，消耗管理者大量的精力，同时占用了实验室宝贵的正常工作时间.

2 虚拟机及VMware介绍

虚拟机（VirtualMachine）指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统.通过虚拟机软件，你可以在一台物理计算机上模拟出二台或多台虚拟的计算机，这些虚拟机完全就像真正的计算机那样进行工作，例如你可以安装操作系统、安装应用程序、访问网络资源等等.对于你而言，它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序，但是对于在虚拟机中运行的应用程序而言，它就是一台真正计算机.

目前流行的虚拟机软件有VMware、VirtualBox和VirtualPC，它们都能在Windows系统上虚拟出多个计算机.

VMware虚拟机是VMware公司出品的一个多系统安装软件.VMware虚拟机最大特点即不需要在重新开机的情况下，就能在一台电脑上同时运行多个操作系统，他们使用的功能也都基本相同，但是前者更具有强大的网络支持功能和支持不同类型的操作系统，因此，他更具有可用性.

利用虚拟机技术可以很好地解决以上实验室所日常遇到的难题.

3 实验室VMware技术解决方案

硬件前提：计算机配置满足.虚拟机对硬件配置要求比较高，现在的大部分学校计算机机房基本满足VMware的要求.CPU主频：建议2G；内存：建议2G；硬盘：建议160GB；网卡：建议结合带还原卡功能的网卡；操作系统：WindowsXP以上版本.

环境规划：根据不同专业实验室的功能与实际用处，建议针对不同课程，规划各专业实验室虚拟机装机方案，结合VMwareWorkstation与VMwarePlayer虚拟机技术安装不同操作系统及软件环境的虚拟机.VMwareWorkstation用于管理者创建虚拟机，VMwarePlayer用于后期实验者快速运行各虚拟机系统.

创建与安装：使用VMwareWorkstation，创建该专业实验室课程所需几种操作系统的基础虚拟机各一台，例如Windows2000Server与WindowsXP.然后在各基础机上打好系统补丁，安装虚拟机优化软件VMwareTools（不安装任何课程专业软件），创建克隆链接的多台虚拟机，按前期规划的虚拟机功能分别命名，例如ERP、VC、SQL2000等等.在这些虚拟机中分别安装好课程要求相应的专业软件.

网络配置：VMWare提供了三种工作模式，它们是bridged(桥接模式)、NAT(网络地址转换模式)和host-only(主机模式).在创建虚拟机的时候，这一步选择是解决专业实验室不同问题的关键.具体如何选择，后文我们进一步详加说明.

简化设置与运行：通过修改桌面多个VMwarePlayer快捷方式的指向，让每个VMwarePlayer的快捷方式分别对应不同的虚拟机，通过双击直接运行.例如：将其中一个快捷方式的“目标”文本框的内容修改为："C:Program FilesVMwareVMwareWorkstationvmplayer.exe""C:VMS JFVM-VCJFVM-VC.vmx"(使用英文双引号)，其中前半句是VMwarePlayer的快捷方式，后面的参数是指定VMware Player运行的虚拟机.然后修改其快捷方式的名称与该虚拟机相对应即可.

4 VMware虚拟机网络模式与选择

4.1 在bridged(桥接模式)模式下，VMWare虚拟出来的操作系统就像是局域网中的一台独立的主机，它可以访问网内任何一台机器.在桥接模式下，你需要手工为虚拟系统配置IP地址、子网掩码，而且还要和宿主机器处于同一网段，这样虚拟系统才能和宿主机器进行通信.同时，由于这个虚拟系统是局域网中的一个独立的主机系统，那么就可以手工配置它的TCP/IP配置信息，以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网.

4.2 在host-only(主机模式)下，所有的虚拟系统是可以相互通信的，但虚拟系统和真实的网络是被隔离开的.虚拟系统和宿主机器系统是可以相互通信的，相当于这两台机器通过双绞线互连.

4.3 使用NAT(网络地址转换模式)，就是让虚拟系统借助NAT(网络地址转换)功能，通过宿主机器所在的网络来访问公网.也就是说，使用NAT模式可以实现在虚拟系统里访问互联网.NAT模式下的虚拟系统的TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虚拟网络的DHCP服务器提供的，无法进行手工修改，因此虚拟系统也就无法和本局域网中的其他真实主机进行通讯.采用NAT模式最大的优势是虚拟系统接入互联网非常简单，你不需要进行任何其他的配置，只需要宿主机器能访问互联网即可.

普通的专业实验课程，只要求学生能运行软件独立操作即可，不要求各实验机内的虚拟机与其它真实主机进行通讯，所以一般我们选择NAT模式.只要虚拟机与本机能进行网络互通和访问外网，课程要求基本都能满足.并且，这种模式的选择，避免了因手动注册而导致检测到的局域网内软件注册码冲突、mac地址冲突等问题，大大节省了管理安装的时间.

而如果想要把虚拟机技术同样运用在计算机等级考试这类大型机考上，则必须选择bridged(桥接模式)，且必须为每一个虚拟机分配与物理机相同网段的ip地址.但如果该模式下虚拟机通过实验室的还原卡功能发送，会发生mac地址冲突、ip地址冲突的问题.mac地址冲突的问题，我们可以通过GNUBashforWindows工具自动修改每台虚拟机的mac地址，简化手动设置的繁杂流程，具体方法本文就不展开描述了.而ip地址可以通过设为自动获取方式，这样只需要在服务器上打开DHCP服务就可以了，可以使用Windows的DHCP服务，也可以用小巧的TFTPD32软件中的DHCP服务.

如果一些课程需要利用VMWare创建一个与网内其他机器相隔离的虚拟系统，进行某些特殊的网络调试工作，可以选择host-only模式.

〔1〕国英梅.VMware虚拟机在计算机机房教学中的应用效果分析[J].计算机光盘软件与应用，2012（22）.

〔2〕龙瑞，伍红兵，俞海英，胡勇强.虚拟机在全国计算机等级考试机试中的应用[J].电脑知识与技术，2008，14（3）：687-688.

〔3〕冷飞，栾仕喜，郑红兴.虚拟机技术在公共机房实验教学中的运用[J].软件导刊，2013，12（1）.

〔4〕高校专业机房使用VMwarePlayer解决方案.VMware Wordstation与ESXServer典型应用指南.

〔5〕虚拟机技术.百度百科，http://baike.baidu.com/view/ 1132.htm.

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