虚拟化技术在计算机教学中的应用

彭建业

【摘 要】计算机网络技术的实践教学中，一些服务器的安装与配置及工具软件的使用在单台计算机上无法完成，通过虚拟机软件（Vmware Workstation）可以模拟真实的网络环境来实现以上的要求，这样既解决了学校网络设备的不足，同是又满足了每个同学独立完成一个完整网络的组建及各种网络服务的安装、配置和管理等实践教学任务。本文简要介绍了虚拟机软件（Vmware Workstation）在计算机网络技术的实践环节课程的教学中应用虚拟机技术的方法和体会。虚拟机技术能实现在一台计算机中模拟出一个近似真实的局域网络环境，它为教师进行计算机网络课程的课堂教学演示和利用普通计算机机房进行网络实训提供了极大的便利和低成本化。

【关键词】网络课程；教学；虚拟机技术；Vmware

近几年，很多学校都开设了计算机相关专业 。但是，在计算机网络实验教学环节上相当一部分学校仅仅是采用了多媒体演示文稿的方式进行讲解， 而真正的计算机网络课程实验却是少之又少。 经了解存在如下原因：

第一，在校学生人数的不断增加而学校经费有限不可能投入过多，多数学校都存在计算机实验室数量少 、实验设备不够用的情况。

第二，计算机相关实验教学过程中，存在计算机等实验设备维护工作量巨大等现状，硬件系统维护、软件安装、磁盘操作、分区、格式化等、操作系统的安装升级等操作，均需要学生亲自动手，多多实践才能有深刻的认识和理解。但由于这类操作具有潜在的破坏性，一旦出现误操作，很可能造成系统崩溃实验教学人员就不得不重新安装配置系统，久而久之，工作量可想而知。

第三，一些实验需用课时数较多，但实验室断电后实验无法保存。

第四，对于一些网络方面的计算机实验，现有的机房硬件环境更是无法满足计算机网络实验的要求。

如果在计算机实验教学中充分利用虚拟机技术则可以有效地解决上述计算机实验教学中出现的各种问题。

1虚拟机简介

这里讨论的所谓虚拟机 不是指 Java 虚拟机那样提供介于硬件和编程程序之间的软件 而是指建立在宿主机的基础上 通过软件 等模拟出来的若干台可以独立运行且互不干扰的多个具有相同或不同操作系统的计算机。

目前常用的虚拟机软件有 VMware Workstation、Microsoft Virtual PC和VirtualBox，其中VMware Work-station 是最为成功的一款。利用虚拟机软件，可以在一台宿主计算机上模拟出多台机器 ，这些虚拟机如同真实的计算机一样拥有各自独立的硬件和软件，包括虚拟机操作系统（依实际需要安装）CPU内存、硬盘光驱、网卡、甚至是声卡和USB接口等部件。因此VMware Workstation 也使我们在教学中使用的虚拟机软件。

2VMware 的安装使用

2.1网下下载Vmware Workstation 6.0（现在Vmware Workstation 8.0），在运行WindowsXp操作系统的计算机上安装Vmware Workstation 6.0软件。

2.2启动Vmware Workstation 6.0，预先规划虚拟网络的虚拟机的数量，在一个硬盘分区中.为每台虚拟机的映像文件预留足够的硬盘空间 Windows2003 Server的虚拟机映像文件约占1.7GB.Linux Red hat的虚拟机映像文件约占2.5GB 在新建虚拟机向导中指定磁盘容量时.磁盘大小采用系统默认的8GB。利用网上下载的网络操作系统（Windows或者Linux等）的ISO文件对虚拟机进行操作系统（Windows 2003）的安装。

2.3安装完操作系统后就可以进行所需要的实验。可以把当前做好的虚拟机保存下来。

虚拟机主要进行网络实验，需要重点介绍一下虚拟机系统的网卡工作模式

2.4虚拟机系统的网卡工作模式

2.4.1桥接模式。在桥接模式下，Vmware虚拟出来的计算机就 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。该虚拟机和宿主机在网络关系 上是平等的，没有谁主谁次之分。需要手工为虚拟机配置IP地址、子网掩码，并且与宿主机处于同一网段，这样虚拟机才能和宿主机器进行通信在操作系统课程的实验中，经常会利用Vmware在局域网内新建一个虚拟服务器，为局域网用户提供网络服务，因此，应该选择桥接模式。这种模式是在新建虚拟机的时候默认选择的。从原理上该模式是将虚拟机的虚 拟网卡桥接到一个宿主机的物理网卡上面，也就是将宿主机的物理网卡设置为混杂模式，从而达到侦听多个IP的能力。

在新建虚拟机向导中配置网络模式时，建议使用系统默认的桥接模式（bridged），使虚拟机是局域网中的一个独立的主机系统.手工为虚拟机配置IP地址、子网掩码和网关，而且还要和实体主机处于同一网段.以实现通过局域网的网关或路由器访问互联网。对虚拟机进行网络参数设置，使虚拟机系统（windows 2003或者Linux）和主机的XP系统能进行连网通信。

3虚拟机在教学中的应用

3.1计算机组装和维护课程实验

计算机组装与维护是应用性和实用性非常强的课程，要求学生了解计算机硬件发展的最新技术，掌握组装与维修计算机的基本原理，能够独立动手组装计算机以及处理计算机常见故障。

基于虚拟机技术的计算机组装和维修实VMware训主要包括 设置BIOS、硬盘的分区、低级和高级格式化、数据的备份与恢复和操作系统的安装等几个部分。实验时需新建一台虚拟机，并在硬件配置编辑器中为其添加虚拟硬盘，配置好系统维护所需的其他硬件。

学生打开虚拟机，根据提示可以进入虚拟机的BIOS，像设置实际一样进行各项配置BIOS。

在这样的虚拟实训环境下的操作与在实际计算机系统上的操作几乎完全相同，可以很好地让学生练习，完成教学任务，而且也不会给计算机的维护带来额外的负担。

3.2操作系统实验

计算机专业的学生除了要学习Window 操作系统外，还需学习Linux、Unix等操作系统课程，而机房的计算机一般安装的是Windows系统。如果在一台电脑上安装多个操作系统，会加重机房管理的工作量和难度。 利用虚拟机软件，可以将Linux、Unix 等操作系统安装到Windows 系统中的虚拟机中，这样可以不用改变机房的系统配置，减轻机房管理人员的维护工作。

在虚拟机上安装操作系统的过程中，需要动手设置的地方不多，多数时候是等待计算机自动安装，并且可以做到 工作 和 安装 两不误，即在虚拟机里安装操作系统时，可以在本台主机上继续其他的工作，只要在主机和虚拟机之间切换就可以实现 。虚拟机的挂起功能又可以方便地保留当前状态，以便下一次继续实验。

3.3网络组建与维护实验

计算机网络实验需要多台计算机以及多种网络互联设备，而利用虚拟机只需要一台电脑便能虚拟出多台虚拟机，还可以虚拟出交换机、网卡等设备，以满足网络组建的需要，学生可以在虚拟的网络里组建基于工作组的对等网以及基于域的局域网。网络组建与维护实验主要包括 Windows网络（域和工作组）的组建Linux/Unix网络的组建以及多系统组网实训。安装完VMware Workstation Windows虚拟机后，默认的在Windows系统的“网络连接”中会自动出现了两个虚拟网卡：“VMware Network Adapter VMnet8”和“VMware Network AdapterVMnetl。

3.4服务器配置与管理实验

在在虚拟网络里，将某些虚拟机配置为服务器，某些虚拟机设为客户端，让学生从中学习服务器的配置与管理，充分体会服务器、工作站、对等工作模式、客户服务器工作模式等抽象概念。学生可以学会搭建满足一定条件及应用的网络，为培养学生的设计和创新能力提供实验平台，并可在此基础上进行Web、DNS、FTP、Mail、DHCP服务器以及流媒体服务器等服务器的配置实验。

服务器配置与管理实验对虚拟机没有特殊的要求，只要虚拟机之间以及虚拟机与主机之间可以通讯，就可以构建一个完整的实验环境 做实验时，让一台虚拟机。做客户机，另一台虚拟机做服务器，并且在虚拟机上安装好需要用到的服务器和客户机操作系统，并选取合适的系统虚拟网卡类型。这样进入该实验环境时，就可以自行安装服务器软件并进行相关的实验。

4结论

计算机网络的实践教学由于其抽象性，不在实际环境下讲解，学生很难理解。由于虚拟机技术的在网络教学中的引入，使得原本枯燥、难懂、抽象的网络课程，变成为有趣、生动、启发学生兴趣和培养实际动手能力的捷径。随着虚拟机技术的不断发展和应用，虚拟机技术一定会为我们网络教学带来革命性的改变。目前教学的计算机实验室多为已经组建了内部局域网络，而不便于学生自己独立组建局域网络。因此采用虚拟机系统技术模拟真实网络环境授课是提高教师教学效果和保证教学质量的一种手段.同时也减轻了设备维护的经费和实验员的工作量，在实际的教学和实验应用中取得了良好的效果。

参考文献：

[1]张振伦.虚拟机的演化[J].软件世界，2007（13）：42-43.

[2]王建红，赵丽红.浅论虚拟化及其应用[J].科技广场，2007（7）：238-239.