虚拟机技术在实践教学中的应用.doc

虚拟机技术在实践教学中的应用 卢道设（1987-），男，硕士，广州华夏职业学院助教，研究方向为计算机应用；许灿（1982-），女，广州华夏职业学院讲师，研究方向为计算机网络技术；张志青（1954-），男，广州华夏职业学院车辆与信息工程系副教授，研究方向为教育信息技术；曾细平（1970-），女，广州华夏职业学院讲师，研究方向为计算机网络技术。0引言 随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术及软件技术的迅猛发展，人们生活融入越来越多的科学元素。得益于科学技术的发展，现代教学手段也不断地更新，融入了更多的先进教学元素。目前，大学教育中普遍存在计算机辅助教学设备管理维护难、设备更新周期越来越短等问题，教学设备投入成本不断增加。众多学者尝试将虚拟化技术特别是虚拟机技术应用到具体课程教学过程中，如操作系统1、网络技术与安全2、计算机维护3等。此外，还有将虚拟化技术应用到图书馆运营管理之中4。本文结合实际教学环境，针对计算机教学中存在的问题，将虚拟机系统VirtualBox应用到实际教学工作中。 1虚拟机系统 计算机领域虚拟技术主要分为3大类5平台虚拟化（Platform Virtualization）、资源虚拟化（Resource Virtualization）与应用程序虚拟化（Application Virtualization）。通常所说的虚拟机就属于平台虚拟化技术，它通过硬件或软件技术支持，将有限的硬件资源虚拟成多个可共用的虚拟资源，这些虚拟资源所具有的功能与所虚拟的真实硬件资源例如硬盘、内存、光驱等是等效的，用户在使用虚拟资源时与真正的物理资源无异。资源虚拟化的典型应用就是当前比较流行的云计算服务，除此之外还有服务器虚拟化、应用虚拟化以及桌面虚拟化、网络虚拟化、显卡虚拟化等。 平台虚拟化最典型的例子就是虚拟机工具软件的应用，通过虚拟机工具软件来虚拟独立运行的各类桌面操作系统。当前主要有3类虚拟工具软件VMWare Workstation系列、VirtualPC及VirtualBox。VMWare Workstation系列是VMware公司所打造的一款桌面虚拟工具软件，功能非常强大，支持各类操作系统，包括主流的Windows系列、Linux系列、Mac OS以及Unix等。VMWare Workstation是商业软件，使用时需要正版授权。VirtualPC是微软公司出品的一款虚拟化程序，它允许用户在一台计算机上虚拟多个独立运行的操作系统，这种虚拟化技术可以方便有效地利用硬件资源，使资源配置效能尽可能最大化。此虚拟化程序较好支持微软Windows系列操作系统，但对其它操作系统如Linux或Unix等的支持还有待加强。 VirtualBox是一款开源的虚拟化程序，它功能强大，在很多方面都可以与VMWare Workstation相媲美，正逐步推出自己特有的功能，如录像功能等。由于VirtualBox属开源且免费，吸引众多科研人员、企业员工的关注和使用，其开发者社区逐渐壮大，VirtualBox工具及其技术应用的领域不断扩大，未来VirtualBox工具可能成为最为流行的虚拟化工具之一。VirtualBox除支持创建虚拟操作系统外，还提供诸多实用功能。 （1）支持为虚拟操作系统分配多CPU（多核心）。可以很好地兼顾真实物理主机的负载，可根据用户要求分配真实物理主机的一个或多个核心CPU给虚拟机使用，从而避免虚拟机占用过多或无法充分利用真实物理主机的CPU资源的问题。 （2）支持分配USB设备。支持虚拟机系统使用真实物理主机的USB接口设备，从而方便用户在虚拟机系统使用外接设备，如U盘、移动硬盘等。 （3） 系统快照。此功能类似系统备份还原，可以方便地使用快照功能备份当前的系统状态，可在任何时候还原。VirtualBox新的版本提供分支快照功能，可以在任何时候进行备份，还原时可选择需要还原的状态，比仅能还原最近一次的备份功能灵活得多。 （4）录像支持。此功能是VirtualBox新版本的特色，可以在运行虚拟操作系统时将运行过程当中的界面进行录像，方便以后使用。此功能为教学带来了极大的便利，可以对在虚拟操作系统中所进行的不容易掌握的操作录制下来，供学生观看学习。 （5）Php网页控制接口。严格来说，此功能不是VirtualBox推出的功能，但VirtualBox工具软件提供Php程序控制接口，可以利用Php语言对VirtualBox相关功能进行操作。 除此之外，VirtualBox还提供了远程显示与控制、共享网络、共享文件夹、3D加速、虚拟电脑（系统）导入与导出等功能。 2教学应用 2.1计算机辅助教学中存在的问题 计算机辅助教学已经成为当前计算机教学的主要方式之一，其表现形式丰富多样，可灵活展示教学内容，提高整体教学效率。但计算机辅助教学也存在不足之处 （1） 软件系统管理维护困难。不同课程使用的软件系统不一样，有些软件系统对硬件环境要求比较高，如3DMAX、Maya、UDK、Visual Studio、Oracle、Sql Server等。有些工程实践性比较强的课程，如操作系统、计算机组成原理等，需要对计算机硬件进行系统安装或分区，否则无法体验学习内容，这样势必增加实验教师及人员的工作量。 （2）设备更新快，成本增加。信息技术的不断发展以及教学手段的不断改进，对计算机设备提出了更高的要求，如内存容量更大、中央处理器速率更快、硬盘存储容量更大等，从而导致设备购置成本增加。 2.2虚拟机技术解决方案 当前使用虚拟机系统解决软件系统管理维护困难的问题，主要是在多媒体计算机或是实验室的计算机系统中安装VirtualBox等虚拟机。在虚拟机系统下安装各类操作系统或创建裸机（即没有安装操作系统的虚拟计算机，一般用于进行操作系统安装的演示教学）。在已安装相应操作系统的虚拟机系统中安装并配置专业软件如Oracle、Visual Studio等，将这些配置好的虚拟机系统作为源文件利用VirtualBox等虚拟机导出为可复用的虚拟系统文件（虚拟系统文件类似Ghost备份，但与Ghost备份不同的是虚拟系统文件导入虚拟机后即可使用）。同时，在需要运行特定软件的计算机中利用VirtualBox等虚拟机的导入功能将虚拟系统文件导入。除使用上述导出导入的方法复用虚拟系统外，也可以直接将装有专业软件系统的vdivhd等格式的虚拟磁盘。复制到相应的计算机系统中，再在虚拟机中配置此虚拟磁盘。通过虚拟机操作，若教学软件或系统出现问题时，只需删除VirtualBox等虚拟机中出问题的虚拟操作系统，导入新的虚拟操作系统即可使用，这样实验室或多媒体计算机管理与维护就容易很多。为了不让学生误操作，需要在计算机主机中限定运行VirtualBox等虚拟机，也可以利用phpVirtuabox这一网页终端进行VirtualBox虚拟机的运行与配置，从而防止误操作。授课教师也可以根据需要配置课程所需要的虚拟操作系统，上课演示时再导入到真实计算机主机中，从而方便教学。 利用虚拟化技术可有效解决教学设备成本大幅增加的问题。VirtualBox等虚拟机的虚拟磁盘文件可以是单个文件也可以是多个文件，使用时可以将虚拟磁盘文件放在不同的真实硬盘中，有效利用教学计算机的硬盘空间；也可以利用VMware或VirtualBox虚拟化技术对计算机进行虚拟化集群，将多个计算机主机虚拟成一个虚拟计算机，从而利用分散的CPU资源和内存资源，进一步节省成本。 2.3虚拟教学具体应用 笔者曾讲授C#程序设计课程，需要使用Visual Studio 2018软件，但无论是多媒体教室，还是实验室机房，此软件都与经济类课程软件存在一定冲突，在经过一系列测试后仍然无法解决。另外，在C#程序设计的教学过程中需要与授课内容（例如软件的配置、代码实例等）进行比较，因此需要把当前所教授的课程内容实时保存在教学计算机中。实验室管理员为了管理方便，会对所安装的操作系统进行重启还原，无法进行资料保存。此外，有学生反映很多操作在课外无法一一模拟，因此需要将备课时所进行的操作步骤录像下来以供学生复习使用。笔者尝试使用虚拟机解决上述问题。安装VirtualBox虚拟机，并配置PHPVirtualBox 网页终端接口程序，使教学用计算机与学生自己的计算机处于同一校园网内。具体实施方法如下 （1）在授课教师和学生使用的计算机中安装VirtualBox虚拟机，并搭建PHPVirtualBox远程管理接口程序，使用XAMPP等软件快速配置。 （2）让学生在自己使用的计算机中配置好相应的网络地址，以便能在校园网内远程访问PHPVirtualBox接口程序，使用VirtualBox虚拟机。 （3）教师和学生通过PHPVirtualBox远程操作控制自己的虚拟虚拟机，使所有的操作能实时保存，以增强学习效果。 3结语 虚拟化技术的不断发展给日常工作和生活提供了越来越多的便利，虚拟化技术在教学中的应用也越来越广 第6期 唐艳，唐军“微课”高校体育课教育资源建设新途径软 件 导 刊2018年标题 “微课”高校体育课教育资源建设新途径 第 8 页