虚拟机技术在《计算机组装与维护》实验中的应用

摘要:该文针对在《计算机组装与维护》课程教学过程中存在的问题和难点,结合自身实际教学的经验和体会,采用虚拟机技术进行解决,使教学的实施与效果得到显著的提高。

关键词:计算机组装与维护;虚拟机;实验

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)18-5125-02

The Application of Virtual Machine in the Training of Computer Assembly and Maintenance

QIU Bin

(Shantou Polytechnic, Shantou 515078, China)

Abstract: Based on the problems existed in teaching computer assembly and maintenance, author combined with the teaching experience, and used virtual machine technology to resolve practice problems in the computer assembly and maintenance. Virtual machine environment results a distinct advancement in teaching implementation and effectiveness.

Key words: the assembling and maintenance of computers; virtual machine; experiment

随着计算机技术的发展,如何通过组建高效的《计算机组装与维护》实验环境来提高学生的技术水平与实际操作能力,培养真正的实用型技能人才成为一个值得深入探讨的问题。近年来,笔者通过《计算机组装与维护》课程教学过程中存在的问题进行总结和整理,结合自身实际教学经验和体会,将虚拟机技术引入到实验教学中,为教学提供了一个完全真实的实验环境,取得了比较理想的效果。

1 虚拟机技术简介

1.1 虚拟机的概念

所谓虚拟机是指一台在物理计算机上虚拟出来具有独立逻辑的计算机,和独立的计算机一样,具有完整的计算机应用环境,包括CMOS、硬盘、网卡、内存和操作系统等,可以像使用普通计算机一样对它们进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作。

1.2 常用虚拟机软件

当前主流的虚拟机软件有两种:VMware公司的VMware Workstation和Microsoft公司的Microsoft Virtual PC,两者各有特点。从功能上看,VMware Workstation软件功能完善,稳定性好,更能满足《计算机组装与维护》课程实验教学应用环境的需求,本文就以VMware Workstation为例来讲述虚拟机技术在《计算机组装与维护》实验中的应用。

1.3 虚拟机的特点

1) 虽然VMware Workstation只是模拟一个虚拟的计算机,但是它就像物理计算机一样可以更改BOIS的参数设置,不需要对物理硬盘进行分区或重新启动就能够在同一台计算机上运行多个虚拟机,每个虚拟机如同独立的计算机,可以安装不同的操作系统。这些虚拟的计算机可以独立运行和并发运行,各虚拟机之间、虚拟机和主机之间还可以进行对话、文件共享、应用网络资源,并可以以C/S方式工作运行。

2) 可同时在同一台计算机上运行多个操作系统,主机上运行的虚拟机操作系统都是相对独立的。完全隔离并且保护不同操作系统的操作环境以及所有安装在不同操作系统上面的各种应用软件和数据。每个操作系统都有自己独立的一个虚拟机,如同网络上一个独立的计算机,拥有自己的网络地址,像单机运行操作系统一样,提供全部的功能。当计算机在同时运行多个操作系统时,如果其中一个Guest OS崩溃,并不影响其它Guest OS的正常运行。

3) VMware Workstation搭建的虚拟机模拟了真实的物理计算机的硬件设备,不需要对物理硬盘进行分区操作,只在虚拟机中把操作系统安装在主机硬盘中虚拟出来的一个特定文件中。虚拟机系统与主机系统有良好的隔离性,在虚拟机上进行的操作对主机现有的硬盘分区和数据都不会造成任何破坏,特别是完全避免了对硬件设备的损坏,在很大程度上减少了实验设备空间、节约资金、改善实验条件。

4) 可在虚拟机上方便地安装不同的操作系统后进行备份操作,使用这些备份可更快速地安装其他虚拟机。还能够设置和修改虚拟机系统的各种配置参数,如虚拟机硬盘大小、内存容量、设备参数等。

2 虚拟机在《计算机组装与维护》实验中的应用

《计算机组装与维护》课程是一门实践性很强的课程,汕头职业技术学院近些年来将这门课列为计算机应用专业的必修课,课程受到学生们的广泛欢迎。从课程教学中发现学生的计算机组装维护能力比较薄弱。诸如,修改BIOS信息、安装操作系统、GHOST实验、病毒测试等实验完成的效果不尽如人意。由于原有课程内容的设置没有必要的实验环境做支撑。现有机器不可能提供给学生练习一些“危险”性较高的实验,导致实验教学效果较差,不能体现课程的教学目的。原有实验室配置已经不能满足日常教学需要,短时间建立高标准的计算机实验室又有难度。随着开设实验数量的不断增加和要求的不断提高,针对当前存在的问题,采用虚拟机技术构建实验环境是一个不错的选择。

在虚拟环境下,学生不用顾虑对主机系统的破坏,可以放心地进行各种操作,从而提高实验效果。从目前开展的一些实验来看,虚拟机在教学实验中的应用主要有:

2.1 CMOS参数设置

认识管理计算机、提高系统性能,每个计算机用户都不可避免要进行BIOS设置。每一台虚拟机都有自己的BIOS,修改BIOS信息作为一项具有一定危险性的操作,如果操作不当会破坏BIOS,导致计算机不能开机。所以BIOS中的参数设置成为了计算机教学中的技术盲点,多数学生对此感到难以掌握。由于部分教师对BIOS参数的设置往往停留在简单讲述阶段,进行实际操作的机会较少,导致学生对计算机的许多常规设置(比如CPU频率、引导顺序、主从硬盘、端口设置等)比较陌生。使用虚拟机对BIOS信息进行修改,可以提供近似真实的BIOS设置环境,学生通过不断练习可对里面的许多配置熟悉,即使出现错误也不会造成大的损失。

2.2 虚拟光驱的设置

在虚拟机环境中,可以根据是否有安装光盘或ISO镜像系统来选择“物理光驱”或是“ISO镜像”模式。对于《计算机组装与维护》课程而言,经常要用到DOS启动盘、硬盘初始化工具盘、操作系统安装光盘等。要初始化硬盘,就必须用到光驱。当然,这些光盘也可以是从网络中下载的ISO镜像文件,不仅为我们节省了光盘消耗,同时也节省了实验准备时间。

2.3 硬盘分区和操作系统的安装

硬盘分区是计算机教学过程中一个比较难于掌握的知识点,不同类型的操作系统对硬盘分区的格式要求不尽相同,各种分区工具也存在着不同的优缺点。假如让学生在主机硬盘上练习分区,反复的硬盘初始化对物理硬盘影响很大,容易造成硬件损伤,缩短了硬件设备的使用寿命,极大的消耗资源。利用VMware Workstation建立虚拟机,在虚拟机上进行操作就不会有任何的损伤,也能达到和真实机操作一样的效果。既可以充分学习、使用、测试各种分区工具软件,模拟解决在日常生活中硬盘操作的各种问题,又不会影响到真实操作系统的正常使用。同样还可以学习其它常用的底层操作软件,在节约教学成本的基础上开阔了学生知识面,让学生掌握到前沿的技术,一举两得。

操作系统的安装是《计算机组装与维护》实验教学中最为重要的环节,能提高学生对计算机软件维护及故障诊断的技能。在虚拟机上安装操作系统可以不需要光盘,通过制作ISO镜像文件就可以完成相应的操作,避免了耗材的浪费。

通过已安装虚拟软件的计算机,可以方便的对各种类型的操作系统进行安装和配置。实验时,常用的操作系统可直接运行安装在本地硬盘上的虚拟机,而放置在网络服务器上的虚拟机使用前应先复制到本地硬盘上方能使用。通过对操作系统的安装,学生可以掌握各种操作系统的安装过程、方法和相同操作系统之间不同的安装选项差别。这样既不影响真实操作系统的使用,又提高了学生的实际动手能力。并且,通过VMware Workstation我们可以真实的演示操作系统的安装过程,整个安装过程可以向学生展示,让学生有身临其境的感觉,还可以利用VMware Workstation的视频捕捉工具将安装过程录制下来,供学生课后自学。

2.4 操作系统的配置、备份、还原

在操作系统的配置过程中,经常要重启计算机,而大部分实验室都配置了即时还原软件,重启后对主机所做的设置将被还原,无法达到实验目的。使用VMware Workstation只是对计算机软件进行操作,可以在不重启的基础上对操作系统进行方便快捷的切换,不会受到主机的影响,很好的满足教学的需求。

随着应用软件的日益庞大,安装完操作系统和应用软件后的备份工作显得十分重要。使用Ghost对系统进行备份和还原变得越来越普及,而Ghost操作又具有一定的难度和复杂性。它将硬盘的一个分区或整个硬盘作为一个对象来操作,可以完整复制对象,并打包压缩成为一个映像文件,在需要的时候,将该映像文件恢复到对应的分区或硬盘中取代损坏的系统。在虚拟机上进行Ghost实验可以解决备份和还原系统中对计算机带来的损耗,对主机系统无任何影响,并能让学生快速掌握Ghost的使用。

2.5 病毒的测试

随着计算机网络的飞速发展,查杀病毒成了《计算机组装与维护》课程的重点内容。一方面,由于需要评测病毒对不同操作系统的影响程度,所需的设备较多,搭建系统的成本较高;另一方面,对病毒进行测试,可能由于各种原因造成系统崩溃而无法运行,这对病毒测试人员而言工作量大,甚至影响正常测试。

这样虚拟机就成了最好的实验平台。通过虚拟一个CPU、虚拟CPU的各个寄存器,甚至将硬件端口也虚拟出来,用调试程序调入病毒程序,放到虚拟环境中执行。这样通过内存和寄存器以及端口的变化我们就可以了解病毒程序的执行过程。当虚拟机的系统文件感染了病毒时,不用频繁安装新系统,也不用担心自己计算机上的数据安全,在虚拟机上做实验与在真正的计算机上做实验效果是完全一样的。通过观察研究,学生了解了病毒在计算机中的运行原理,掌握其运行特点,提高了查杀病毒的能力。

3 结束语

经过大量教学实践证明,使用VMware Workstation虚拟机软件在《计算机组装与维护》课程中构建虚拟实验平台,给该课程实验建设提供了新的思路和方向。虚拟机技术的应用体现了计算机教学开放化的特点,在一定程度上缓解了实验设备以及场地设施不足的问题。培养了学生实践能力和学习兴趣的同时,提高了实验设备的安全性,并且能够促进学生自主研发式的学习,满足了《计算机组装与维护》课程实验的教学要求,对实验教学的管理和发展具有积极的推动作用。

参考文献:

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