張文東 張艷燕

摘要:針對目前計(jì)算機(jī)實(shí)踐課教學(xué)中存在的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)室維護(hù)工作量大等問題,本文介紹了利用虛擬機(jī)技術(shù),構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的基本方法,并給出了在該平臺(tái)上進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)踐課教學(xué)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:虛擬機(jī)技術(shù);VMware;計(jì)算機(jī)實(shí)踐課教學(xué)

中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1引言

目前,各高校在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面都有很大投入,但是,由于學(xué)生人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)任務(wù)重,另外,部分實(shí)驗(yàn)需要移除計(jì)算機(jī)還原卡等保護(hù)工具,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室維護(hù)困難,所以在實(shí)際教學(xué)過程中,部分實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的了解和掌握都是通過觀看教師的幻燈片或者觀摩教師的實(shí)驗(yàn)過程,造成學(xué)生實(shí)際操作能力較差,嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。因此,在已有設(shè)備的基礎(chǔ)上,合理的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),創(chuàng)建可行的實(shí)驗(yàn)環(huán)境就顯得非常必要。

虛擬機(jī)(Virtual Machine,簡稱VM)技術(shù)很好的解決這個(gè)問題。虛擬機(jī)是指使用虛擬化技術(shù)在物理計(jì)算機(jī)上模擬出來的相對獨(dú)立的邏輯計(jì)算機(jī), 該計(jì)算機(jī)完全由軟件模擬創(chuàng)建,并實(shí)現(xiàn)物理計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)功能,它具備和物理計(jì)算機(jī)相似的屬性。近年來,虛擬機(jī)技術(shù)受到了大家的廣泛關(guān)注,在計(jì)算機(jī)教學(xué)和科研工作中都有應(yīng)用。通過安裝虛擬機(jī)軟件,原有的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備配置不變,創(chuàng)建虛擬計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等,輕松構(gòu)建虛擬的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境 。

虛擬機(jī)技術(shù)最早是由IBM公司為實(shí)現(xiàn)其大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全共享而提出的,隨后,這種技術(shù)被成功移植到PC領(lǐng)域。典型的虛擬機(jī)系統(tǒng)有IBM公司的基于IBM360/67的VM/370、VMware公司的VMware系列以及Microsoft公司的Virtual PC系列。Microsoft公司的Virtual PC系列功能強(qiáng)大,但其僅支持Microsoft系列操作系統(tǒng)。VMware不但操作方便,而且能夠方便的架構(gòu)異構(gòu)的操作環(huán)境,更能滿足教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的要求,所以,這里我們選用VMware作為我們的虛擬機(jī)軟件。

2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

VMware目前的最新版本是VMware Workstation6.5(以下簡稱VMware6.5),VMware6.5對PC機(jī)的配置要求不高,目前的PC機(jī)都能安裝使用。為了保證虛擬機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性,CPU最好采用雙核,內(nèi)存容量512MB及以上,可用硬盤空間一般為1GB以上。如果需要構(gòu)建多臺(tái)虛擬機(jī)并行的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,內(nèi)存容量的要求更大。VMware6.5可運(yùn)行的軟件平臺(tái)為Windows系列和Linux系列。

2.1虛擬機(jī)的構(gòu)建

這里,我們以Windows XP專業(yè)版作為虛擬機(jī)運(yùn)行平臺(tái),實(shí)驗(yàn)用的計(jì)算機(jī)(以下稱為宿主機(jī))配置為:CPU為Pentium4 2.8GHz,內(nèi)存為512MB,硬盤可用空間20GB。

安裝并運(yùn)行VMware 6.5,打開菜單“File→New →Virtual Machine”,通過新建向?qū)?可以新建一臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)(以下稱為客戶機(jī)),創(chuàng)建的客戶機(jī)系統(tǒng)擁有獨(dú)立的硬件配置, 如BIOS、內(nèi)存、硬盤、軟驅(qū)、顯卡、網(wǎng)卡等。圖1是一臺(tái)已經(jīng)建好的虛擬機(jī)的基本配置信息。

在虛擬機(jī)的新建過程中,VMware6.5需要用戶選擇將要在客戶機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)的類型,包括Microsoft Windows、Linux、Novell Netware和Sun Solaris等,可根據(jù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的需要,進(jìn)行不同的選擇,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)宿主機(jī)的配置自動(dòng)給出相應(yīng)的客戶機(jī)最優(yōu)配置。客戶機(jī)建立完畢后,用戶可通過菜單“VM→Setting”,打開設(shè)置對話框,進(jìn)行客戶機(jī)參數(shù)的修改,例如:調(diào)整客戶機(jī)內(nèi)存大小,添加或刪除硬盤等,最后,就可以在宿主機(jī)內(nèi)安裝所需的操作系統(tǒng)。

在宿主機(jī)內(nèi),創(chuàng)建的客戶機(jī)是以數(shù)據(jù)文件的形式來進(jìn)行保存的,如果需要虛擬出多臺(tái)客戶機(jī),可以按照上述步驟創(chuàng)建新的客戶機(jī),也可以直接把已有的客戶機(jī)文件復(fù)制一份,通過菜單“File→Open”加載即可。多個(gè)客戶機(jī)可以同時(shí)在宿主機(jī)內(nèi)運(yùn)行,客戶機(jī)之間彼此獨(dú)立,每一臺(tái)客戶機(jī)都運(yùn)行本機(jī)的操作系統(tǒng),客戶機(jī)之間只通過虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

2.2虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的構(gòu)建

VMware6.5安裝完成后,自動(dòng)創(chuàng)建10個(gè)虛擬設(shè)備VMnet0～9,相當(dāng)于10個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備,其中VMnet0、VMnet1和VMnet8都有專門的用途,而其它7個(gè)虛擬設(shè)備可在建立橋接網(wǎng)絡(luò)或自定義網(wǎng)絡(luò)時(shí)使用?？蛻魴C(jī)可以任意連接到這些虛擬的以太網(wǎng)交換機(jī)接口上,連接在相同虛擬設(shè)備上的客戶機(jī)可以看成是連接到同一交換機(jī)上的主機(jī),因此,只要設(shè)置各客戶機(jī)的虛擬網(wǎng)卡連接到同一個(gè)虛擬設(shè)備,客戶機(jī)就可以組建一個(gè)虛擬的交換式以太網(wǎng)。

VMware6.5提供了3種虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接模式:Bridged模式、NAT模式和Host-Only模式。

(1) Bridged模式:默認(rèn)與VMnet0接口相連,在這種模式下,客戶機(jī)通過網(wǎng)橋直接連接外部物理網(wǎng)絡(luò),客戶機(jī)和宿主機(jī)地位相同,都是本地網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)獨(dú)立主機(jī),客戶機(jī)與宿主機(jī)處于同一網(wǎng)段內(nèi),使用本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同的IP地址。

(2) Host-only模式:默認(rèn)與VMnet1接口相連這種模式是一個(gè)封閉的模式,客戶機(jī)與外界隔離,默認(rèn)情況下,客戶機(jī)只能訪問宿主機(jī)。如果只需要建立客戶機(jī)與宿主機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以采用這種模式。

(3)NAT模式:默認(rèn)與VMnet8接口相連該模式采用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(Network Address Translation,簡稱NAT)技術(shù),客戶機(jī)經(jīng)宿主機(jī)間接連接外部網(wǎng)絡(luò),所有的客戶機(jī)構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò),使用私有IP地址,除宿主機(jī)和同一虛擬網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他客戶機(jī)外,其它外部主機(jī)一般不能訪問客戶機(jī)。

在“Edit→Virtual Network Editor”的對話框中,VMware6.5還提供了動(dòng)態(tài)主機(jī)分配協(xié)議(Dynamic Host Configuration Protocol,簡稱DHCP)服務(wù),管理VMnet1和VMnet8 的IP地址的動(dòng)態(tài)分配,這些都為構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了很好的條件。

3在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)室在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)前,可以把VMware6.5作為一個(gè)常用軟件提前安裝到實(shí)驗(yàn)室的教師機(jī)和學(xué)生機(jī)上,然后再安裝還原卡設(shè)備或軟件,這樣,既方便了學(xué)生自主的進(jìn)行實(shí)驗(yàn),同時(shí),又能降低實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)工作量。

3.1操作系統(tǒng)的安裝

在新建的客戶機(jī)上,學(xué)生可以學(xué)習(xí)硬盤分區(qū)、格式化操作,練習(xí)操作系統(tǒng)的安裝。以安裝Windows2000 Server為例,運(yùn)行VMware6.5,新建一臺(tái)安裝Windows2000 Server的客戶機(jī)。安裝光盤的選擇有兩種:一種是使用宿主機(jī)的光驅(qū),直接把 Windows2000的安裝光盤放入光驅(qū)內(nèi)即可;一種是使用客戶機(jī)的虛擬光驅(qū),虛擬光驅(qū)可以直接加載Windows2000安裝光盤的ISO鏡像文件。

安裝光盤放入光驅(qū)后,單擊Power On按鈕,在VMware6.5窗口內(nèi)顯示客戶機(jī)自檢界面,自檢過程與宿主機(jī)自檢完全一致。自檢完畢后,光盤自動(dòng)引導(dǎo)啟動(dòng)系統(tǒng),進(jìn)入Windows2000安裝。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師可以在教師機(jī)上操作,配合投影儀演示,講解安裝過程和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),學(xué)生可以通過觀看演示與自己實(shí)際操作相結(jié)合,來加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)的了解和掌握。

一些操作系統(tǒng)安裝光盤的ISO鏡像文件不止一個(gè),例如:RedHat Linux 9.0有3個(gè)鏡像文件,在安裝過程中需要更換鏡像文件,可以通過菜單“VM→Setting”,打開客戶機(jī)虛擬光驅(qū)設(shè)置,選擇加載新的ISO鏡像文件。

3.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)驗(yàn)

“Internet技術(shù)與原理”課程中,對于Internet服務(wù)(Web服務(wù)、FTP服務(wù)和E-mail服務(wù)等)的配置和使用,需要客戶端和服務(wù)器端共同完成,使用VMware軟件,就可在單機(jī)上實(shí)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)。

以Windows2000 Server的Web服務(wù)器為例,本機(jī)實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)連接模式為NAT模式,客戶機(jī)IP地址為:192.168.206.128,宿主機(jī)中VMnet8的IP地址為:192.168.206.1。在客戶機(jī)內(nèi)通過菜單“開始→程序→管理工具”,打開Internet 信息服務(wù)窗口,左側(cè)窗口列出了Internet各項(xiàng)服務(wù),確定默認(rèn)的Web站點(diǎn)是運(yùn)行狀態(tài)。

把做好的測試網(wǎng)頁mypage.html拷貝到客戶機(jī)“C:Inetpubwwwroot”目錄下,服務(wù)器端準(zhǔn)備就緒。然后,在宿主機(jī)內(nèi)打開網(wǎng)頁瀏覽軟件Internet Explorer,在地址欄中輸入http://192.168.206.128/mypage.html,就可訪問客戶機(jī)所提供的Web服務(wù)。

接著做域名系統(tǒng)(Domain Name System,簡稱DNS)實(shí)驗(yàn),啟用客戶機(jī)DNS服務(wù),設(shè)置客戶機(jī)IP對應(yīng)一個(gè)域名,設(shè)置宿主機(jī)DNS服務(wù)器的IP地址:192.168.206.128,即:客戶機(jī)為宿主機(jī)提供DNS服務(wù)。宿主機(jī)就可通過域名來訪問客戶機(jī)的Web服務(wù)。本實(shí)驗(yàn)中,客戶機(jī)DNS服務(wù)的配置為192.168.206.128對應(yīng)域名www.yumingceshi.com,上面的網(wǎng)頁可通過網(wǎng)址http://www.yumingceshi.com /mypage.html來訪問。

4結(jié)束語

立足于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件,運(yùn)用虛擬機(jī)軟件構(gòu)建計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)境,既提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率、降低實(shí)驗(yàn)成本,又提高了學(xué)生的實(shí)踐技能。目前,虛擬機(jī)技術(shù)已在我校實(shí)驗(yàn)室推廣使用,在“實(shí)用操作系統(tǒng)”和“Internet技術(shù)與原理”課程的教學(xué)過程中,已經(jīng)率先使用VMware進(jìn)行實(shí)踐課教學(xué),并取得了較好的教學(xué)效果。下一步工作,準(zhǔn)備把虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)”和“網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)”等課程的教學(xué)中,進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)際操作能力,提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉羽.“虛擬機(jī)”技術(shù)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào),2003,23(4):416-419.

[2] 趙祖蔭.基于VMware軟件的虛擬計(jì)算機(jī)的構(gòu)建方法[J].微型電腦應(yīng)用,2004,20(6):56-59.

[3] 龔巧華,江魁.基于虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)平臺(tái)[J].教育信息化,2006,(16):35-36.

[4] 戚淮兵,刁永鋒,羅鵬. 構(gòu)建基于虛擬機(jī)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室[J].教育信息化,2006,(19):26-29.

[5] 黃平,吳蘭岸. 虛擬機(jī)在《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2008,6(4):67-69.

[6] 王存祥. 虛擬機(jī)技術(shù)在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2006,16(5):70-72.

Putting up Experimental Platform of Computer Practical Teaching Using Virtual Machine Technique

ZHANG Wen-dong1, ZHANG Yan-yan2

(1. Information Science and Engineering College, Xinjiang University, Urumqi 830046, China;

2. Maths-physics and Information College, Xinjiang Normal University, Urumqi 830054, China)

Abstract: According to the questions about the lack of experimental equipments and heavy task of laboratory maintenance in Computer Practical Teaching at present, the paper introduced a basic method of putting up virtual experimental platform and networking environment using virtual machine technique, moreover, a concrete application of computer practical teaching on this platform is given.

Key words: virtual machine technique; VMware; computer practical teaching