基于服务器虚拟化技术的网络系统实训研究

摘要：网络系统实训是针对操作系统开展的实训活动。相对于一般的在机房进行的应用软件实训，它具有实训数据保存困难、实训环境复杂等特点，因此在普通机房进行网络系统实训具有较大困难。利用服务器虚拟化技术构建网上的网络系统实训平台则可以很好解决网络系统实训在普通机房中出现的问题，提高网络系统实训的效率和效果。

关键词：网络系统；虚拟机；虚拟化；Hyper-V；VMware Workstation

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4427-03

The Research of Network Operating System Training Based on Server Virtualization

XU Qin-an， ZHOU Yi-bing

（Nantong Radio And TV University， Nantong 226006， China）

Abstract： The operating system training is a training activity for the operating system. Compared with general application trainings in computer room， the operating system trainings have many difficulties in data saving and the training environment is complex. So it is difficult to do the training in general computer room. Using server virtualization technology to construct the online operating system training platform can solve those problems occurred in general computer room. The platform can help improving the efficiency and effect of the training.

Key words： network operating system； virtual machine； virtualization； Hyper-V； VMware Workstation

1 网络系统类实训的特点

网络系统，即网络操作系统（NOS），是在网络中为计算机提供服务的特殊的操作系统。例如Windows系列中的Windows Server2003就是网络操作系统。

由于网络系统类实训的对象是操作系统，这和其它应用软件类实训有很大的区别：

首先，需要保存实训结果。因为在系统的配置和服务的安装配置过程中，经常需要重新启动，有时候需要重新启动多次。如果网络系统所在的硬盘分区被还原保护卡或者一些还原软件保护起来了，那么实训将无法完成。

其次，实训项目是具有关联性。一个实训可能要在前一个实训的基础上完成。这就要求在实训中除能保存实训结果外，实训系统也不能被其他人随便进行更改。

最后，实训项目需要使用多个操作系统。有的实训项目需要在一个网络系统中配置，另外需要一个系统进行测试；有的实训项目本身就需要在两个以上网络系统进行配置。

总之，网络系统类实训是注重实践和知识运用的实训活动，它对计算机实训环境有相当苛刻的要求。

2 现有网络系统实训环境的不足

计算机类实训一般在机房进行。机房可以分为通用机房和专用机房。无论是通用机房还是专业机房，主要是提供一个实训的环境，一般不对实训的数据进行保存。实训产生的数据一般都是各种格式的文件，学生可以通过U盘以及网络硬盘等工具自行保存。

由于网络系统实训是对操作系统进行修改，而且是一个持续修改的过程。实训的数据都保存在系统中，数据量很大，通过U盘、网络硬盘等工具进行保存非常不方便。

目前，在进行网络系统实训时一般采取以下两种方式：

1） 不对网络系统分区进行还原保护。如果不对网络系统所在的分区进行还原，那么在通用机房和专业机房都可以进行网络系统的实训。缺点一是机房维护工作量大，网络系统实训环境容易被损坏；缺点二是有些实训没法做，比如Windows Server 2003系统的安装。

2） 使用虚拟机。通过虚拟机软件，我们可以在一台物理计算机上模拟出多台虚拟的计算机，而且这些虚拟机的改变不会影响到物理主机。这样，虚拟机就能满足绝大部分网络系统实训的需要，而且机房计算机还可以使用还原卡。缺点一是对计算机性能要求相对高一些；缺点二是虚拟系统文件较大，保存起来比较麻烦。

总之，现有的网络系统实训环境并不完善。在现有的实训环境进行网络系统类实训会给机房管理员带来更多的工作量，另外也给学生在保存实训数据上带来很多麻烦。理想的网络系统实训环境是可以为每个人单独保存实训数据，彼此互不影响。

3 利用服务器虚拟化技术构建理想的实训环境

3.1虚拟化技术的概念

虚拟化是指计算机元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。计算机的虚拟化技术可以使单CPU模拟多CPU并行，允许一个平台同时运行多个操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响，从而显著提高计算机的工作效率。

3.2虚拟化软件

计算机的虚拟化需要通过虚拟化软件来实现。虚拟化软件可以让一台计算机建立与执行一至多个虚拟化环境。如图1所示。这些虚拟的计算机和真实的计算机从本质上没有什么太大差别。

图1 服务器虚拟化示意图

虚拟化软件有的是在既有操作系统上安装运行（如VMware Workstation、Virtual PC），有的则是像操作系统软件一样直接安装，运行在计算机硬件之上（如VMWare ESX、XenCenter）。我们一般称前者为桌面（工作站）虚拟化软件，称后者为服务器虚拟化软件。

常见的服务器虚拟化软件有Xen Server、Hyper-V Server和ESX Server。其中思杰的Xen Server是一款基于Xen hypervisor的开源虚拟化产品，对Linux服务器的支持非常好；微软的服务器虚拟化软件Hyper-V Server能够充分利用Windows驱动模型，可以提供广泛的硬件支持，对微软操作系统产品支持较好；VMware 的服务器虚拟化软件ESX Serve能够提供了一个稳固的虚拟化层，从而使每个服务器能够容纳多个安全、可移植的虚拟机，硬件利用率较高，支持几乎所有的操作系统。

3.3利用服务器虚拟化技术搭建网络系统实训平台

1） 虚拟化软件的选择

《网络系统管理与维护》这门课程是介绍如何来管理和维护Windows Server 2003网络操作系统的。该课程主要讲授Windows Server 2003网络系统的配置管理、防火墙与入侵检测、容错与故障恢复、补丁管理、性能监视等网络系统常用功能的使用。该课程要求学生能够掌握网络操作系统的管理和维护，为此该课程还安排了6个实训。因为Hyper-V是微软的虚拟化产品，对微软的操作系统产品支持非常好，再加上Hyper-V是一款免费产品，所以我们在这里用Hyper-V来进行服务器虚拟化。

使用Hyper-V进行服务器虚拟化有两种方法：一种是安装Windows Server 2008操作系统并添加角色“Hyper-V”；一种是直接安装Hyper-V Server 2008。Hyper-V Server 2008是一款基于Hyper-Visor的独立虚拟化产品，免费提供。但由于Hyper-V Server 2008是一款基于命令行而不是图形化界面的系统，使用起来较不方面，所以这里我们使用的是第一种方法，即在服务器上安装Windows Server 2008操作系统并添加角色“Hyper-V”。

2） 服务器的选择

服务器选用的是两台Dell R710服务器。每台Dell R710服务器都配备了2颗Intel 至强5620四核CPU、12GB DDR3内存、3块300GB SAS热插拔硬盘和四个千兆网卡。两台服务器分别通过两条千兆线路与两台核心交换机相连。

3） 服务器虚拟化方案

每台服务器提供4个实训虚拟机。每个实训虚拟机配置4个逻辑CPU、2.5GB内存和50GB硬盘空间。 每个实训虚拟机安装了Windows Server 2003操作系统和VMware Workstation虚拟化软件。在每个实训虚拟机中还可以利用VMware Workstation安装2～3个虚拟机，满足实训的需要。

整个网络系统实训平台的结构如图2所示：

图2 网络系统实训平台结构图

4 网络系统实训平台的工作流程

1） 网络系统实训平台的初始化

实训虚拟机及其应用软件安装好之后，使用Hyper-V的快照功能保存其初始状态.。在实训虚拟机内使用VMware Workstation软件安装实训用Windows Server 2003网络操作系统，并使用快照功能保存原始状态。然后使用VMware Workstation的克隆功能，复制一个Windows Server 2003网络操作系统，建成基本的网络系统实训环境。

在Hyper-V管理器中将实训虚拟机导出，保存为实训虚拟机模板。需要多个实训虚拟机时，只需要将实训虚拟机模板导入，并选择复制该虚拟机即可。

2） 实训前的准备工作

教师将学生分组，3～4人为一组。每组学生使用一个实训虚拟机。教师分配各个小组使用的实训虚拟机的IP地址以及远程桌面的用户名和密码。

3） 进行实训

学生在机房通过远程桌面登陆到实训虚拟机，利用其提供的实训环境，根据实训的要求开展实训。实训结束后，利用VMware Workstation的快照功能将虚拟机还原到初始状态。如需要保存实训结果，可以先利用快照功能保存后再还原到初始状态。学生也可以在课余时间利用机房或自己的电脑连接实训平台进行实训。

5 结束语

通过服务器的虚拟化，我们可以搭建一个更灵活方便的网络系统实训平台。该实训平台能够很好解决网络系统实训在传统机房环境下遇到的各种问题，从而有效保障学生的实训效果，并提高学生学习计算机技术的兴趣和热情。

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