虚拟化技术在高职计算机实验中的应用

摘要：近年来，国家大力支持职业教育的发展，招生数量的增多导致高职院校教育设施严重不足。本文分析了高职院校当前计算机实验教学中存在的问题，提出了使用虚拟化技术来解决具体实验环境中遇到的各种难题，并介绍了基于VMware Workstation技术的虚拟机在计算机操作系统、计算机网络、计算机群集实验教学的应用，最后还简单介绍了基于桌面虚拟化技术（VDI）的计算机实验教学的应用。

关键词：计算机实验；虚拟化技术；虚拟机；VMware Workstation

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）44-0250-02

近几年来，国家大力扶持职业教育的发展，越来越多的高职院校也受到了更高的关注。高职院校相比其他高等教育院校，更加注重的是对学生专业技能的培养，使他们毕业后能够拥有一技之长，很快地适应这个竞争激烈的社会，高的就业率给他们带来了丰厚的生源，招生数目也逐年上升。学生入学率增加了，但配套的教学设备却远远跟不上学生增长的速度，各种教学设备已经无法满足学生正常的日常需求。计算机学科应用广泛，社会需求大，成为众多学子在选择专业时的第一选择。同时计算机实践性极强，不是一门通过口传就可以学会的学科，它需要大量的动手实验，亲身操作，因此对计算机设备的需求极高。想要完成计算机学科的教学目标，实验是不可或缺的一个重要环节。计算机实验教学可以巩固学生上课所学的理论知识，并且提高自己的动手能力和解决问题的能力。

一、当前计算机实验教学存在的一些问题

（一）硬件资源不足

学校中的计算机大多是分批采购的，现在计算机技术发展十分迅速，这种电子类产品更新速度特别快，再加上学校采购数目一般较多，各种型号的不同，软硬件配置的差异，管理上十分复杂。原有的计算机设备很难满足现在实验的需求，效率低下。由于高职院校资金不够充分，没有足够的能力去大量采用先进的设备，导致计算机实验教学设备比较缺乏，不能满足每个学生的正常实验需求。在计算机网络教学过程中，要求学生能够独立进行局域网的组建、网络IP配置、远程访问、路由配置等实验。这些教学内容需要多台计算机才能实现。硬件资源的匮乏直接导致教师在课堂上列出这些配置所需要的指令，无法让学生亲身体验，没有实践过的知识也很容易被遗忘，教学效果特别差。这样的教学模式根本不符合高职院校的教学理念，培养出的学生也很难达到社会的要求。

（二）实验环境要求较高

高职院校的计算机教学模式大多是在现有的硬件设施上进行实验研究，对软件的重视度还不够，但计算机学科更多的是对各种软件的操作。对计算机系统进行重装系统这是每个学计算机学生应具备的最基本的技能。在这个过程中，数据备份、格式化、磁盘分区等都是必须掌握的技能。但这项教学任务对于教师来讲却是较难完成的。上课口授与学生亲自实验操作还是有差距的，由于这项教学任务一旦操作不当便很有可能会对计算机的硬件造成破坏性的伤害，这样给教师和学校都带来了不小的困扰。Windows服务器维护与管理中的RAID（redundant array of independent disks）技术实验需要较高配置的计算机设备完成，但是由于现有机房高配置设备较少，而学生又太多，很难做到让每个学生都能亲身体会，于是很多高职院校的教师选择课堂教学课件进行演示教学。这样的教学方法省时省力，但教学效果差，无法发现更多隐藏的问题。

（三）对计算机硬件设置保护

网络环境复杂多变，各种木马、黑客横行，为了保护高职院校现有的计算机设备和方便管理人员对机房设备的管理，很多学校都进行了计算机设备的保护。机房的电脑参差不齐，很多软件早已更新换代，以前老版软件根本不能满足现有的教学需求，但由于实验室管理软件的限制，对计算机硬盘加了保护卡，很多学习软件无法进行更新，这样给学生造成了很大困扰，无法正常进行实践学习。一些学校还为电脑的BIOS设置密码，学生根本无法进入。那学习BIOS配置时，只能看教师进行操作，凭空分析，达不到预定的教学目标。这样的话，即使每节实验课正常进行，但由于设备满足不了学生的需求，也会严重影响学生的上课积极性，无法培养学生的动手实践能力。

二、虚拟化技术与虚拟机

计算机技术中的虚拟化技术将计算机的各种实体资源进行有效的管理，服务器、网络、内存及存储器等资源进行封装、抽象化、转换，打破各种物理单元间的障碍，使各种资源运行透明，屏蔽软硬件之间的差异。虚拟化技术可以将计算机的物理硬件设备与操作系统相分离，实现资源利用率的最大化。

虚拟机是计算机虚拟化技术成功应用的实例。虚拟机指的是物理计算机通过虚拟化技术可以同时搭载多个操作系统，可以模仿真实计算机进行工作。虚拟机与现实中的计算机没有太大差别，同样可以进行安装系统、磁盘分区、数据备份等操作，并且可以把自身的多个操作系统集中为一个计算机网络系统。虚拟机允许我们模拟CPU、硬盘、内存、网卡等一系列的硬件设备，并且可以根据实验的需求对他们进行配置。由于这些操作都是在一个虚拟的软件系统中进行的，因此不会对物理计算机带来伤害。目前应用较为广泛的虚拟机软件有Microsoft公司开发的Virtual PC以及VMware公司开发的VMware Workstation以及XEN等。这些虚拟机软件都可以在现有的计算机Windows系统中进行应用，并且可以同时虚拟多台计算机。PC虚拟机上安装的多个虚拟系统在进行切换时需要重新启动计算机，并且同一时刻只允许一个操作系统运行，因此我们一般都采用VMware Workstation虚拟机软件。VMware Workstation软件可以对服务器资源进行逻辑切分，创造一个统一的虚拟机运行环境，可以同时对多个操作系统进行隔离运行，在运行时对应用程序进行封装保存，在运行时可以对多个硬件平台和操作系统进行自由切换，无需关机重启。

三、虚拟化技术在高职计算机实验中的应用

（一）基于VMware Workstation虚拟机的计算机群集实验教学

上世纪70年代以来，并行计算机开始进入计算机实验室，大大提升了计算机的计算速度。到2009年，我国天河一号计算机系统的计算速度已达千万亿次数量级，并行计算机未来发展前景广阔，需求大量的技术人才。由于并行计算课程实验需要价格昂贵的并行机，高职院校资金有限，因此很多院校对计算机集群实验课程只能放弃开设。经实验，基于VMware Workstation的虚拟机系统可以模拟出虚拟的并行环境，并且得出的并行程序是真实有效的。通过安装虚拟机软件，在虚拟网络环境中创建模拟的并行计算机，将并行计算机进行接口共享、集群环境配置，即可模拟真实并行计算机环境。虚拟机技术成功解决了我国高职院校中并行机数量不足的大问题，将会为我国并行计算提供大批的技术人才。

（二）基于桌面虚拟化技术（VDI）的计算机实验教学

桌面虚拟化技术指的是将计算机桌面进行虚拟化，由后台中心服务器运行该计算机的操作系统。用户通过登录中心服务器，将本地客户端与虚拟桌面进行链接，通过访问中心服务器提供的虚拟界面进行实际操作。桌面虚拟化技术与访问本地界面没有任何差异。高职院校教师及学生在进行软件实验课程中，可以对各种程序进行调试，任意调用软件，因为是在中心服务器进行处理，虚拟桌面与本地计算机硬盘是分离的，不会造成本地计算机系统崩溃，更不会在程序运行中发生死机状况。这样的虚拟机技术管理方便，大幅降低了设备成本，工作高效，节约能源。

四、结语

综上所述，现阶段的高职院校计算机网络实验教学中仍然存在不少问题。虚拟机的应用，成功解决了高职院校硬件资源不足的问题，并且可以让学生自主发挥，充分锻炼了学生的动手实践能力。在虚拟实验环境中，学生可以任意对计算机软硬件进行配置，既降低了实验成本，又加深了学生对计算机理论知识的理解，增强了学生的动手实践能力。

参考文献：

[1]马冬侠.谈VMware虚拟机在计算机网络操作系统教学中的应用[J].电子制作，2014，（17）：117.

[2]唐学军.虚拟化技术在计算机实验教学中的应用[J].佳木斯教育学院学报，2013，（09）：163-165.