余彬

（1.溫州大學(xué)城市學(xué)院，浙江溫州325035；2.同濟(jì)大學(xué)，上海200092）

虛擬機(jī)技術(shù)在高校專業(yè)密集型實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究

余彬1，2

（1.溫州大學(xué)城市學(xué)院，浙江溫州325035；2.同濟(jì)大學(xué)，上海200092）

虛擬機(jī)技術(shù)目前在很多領(lǐng)域的應(yīng)用都相當(dāng)成熟，而如何利用虛擬機(jī)技術(shù)改進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室的管理與運(yùn)作，卻是管理者們一直追求和探索的課題，具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和理論研究意義.本文提出利用相應(yīng)的虛擬機(jī)技術(shù)方案解決目前高校專業(yè)密集型實(shí)驗(yàn)室面臨的種種管理困境，揭示了虛擬機(jī)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中的優(yōu)越性、可行性、安全性和推廣性.

虛擬機(jī)；虛擬機(jī)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用

隨著高校教學(xué)改革的深化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛發(fā)展，許多高校學(xué)科的教學(xué)重心都從普通說教課程轉(zhuǎn)移到了專業(yè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室中來.資源緊張而又現(xiàn)正處于硬件過渡期的高校各個(gè)基礎(chǔ)機(jī)房，逐步正在向各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的角色進(jìn)行轉(zhuǎn)變，其面臨的課程壓力和專業(yè)性要求也不斷升高，甚至出現(xiàn)一個(gè)“專業(yè)”實(shí)驗(yàn)室兼任多個(gè)“專業(yè)”課程的管理模式.不同的專業(yè)課程對計(jì)算機(jī)有不同的系統(tǒng)配置和軟硬件環(huán)境要求，這為實(shí)驗(yàn)室的管理與專業(yè)課程的正常教學(xué)帶來了很多困擾.且實(shí)驗(yàn)室往往還承擔(dān)著每學(xué)期的計(jì)算機(jī)等級考試、普通話考試等等大規(guī)模的機(jī)考任務(wù)，每一項(xiàng)任務(wù)都對實(shí)驗(yàn)環(huán)境有著苛刻的要求.因此，更使得研究如何通過新技術(shù)改進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)管理模式的問題變得迫在眉睫.

文章通過引入VMware虛擬機(jī)技術(shù)，利用其多種不同工作模式的配置來解決高校專業(yè)密集型實(shí)驗(yàn)室在日常管理與運(yùn)行中常遇到的幾種典型問題，為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室管理方法的改進(jìn)提供一些見解與建議.

1 當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室的管理困難

1.1 日常專業(yè)課程對實(shí)驗(yàn)室有不同的需求

1)多操作系統(tǒng)要求配置困難：根據(jù)不同的專業(yè)、不同的課程要求，往往需要實(shí)驗(yàn)室提供與日常不同的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，例如Linux、Windows2000專業(yè)版、Windows2000服務(wù)器版、Win2003或Mac等等，這都會(huì)增加管理與維護(hù)的難度.

2)軟件需求沖突問題難解決：不同的課程、不同的任課教師、不同的教材經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致同一專業(yè)實(shí)驗(yàn)室所需求的專業(yè)軟件安裝相沖突的情況，例如同一軟件的不同版本需求或不同公司開發(fā)的同一專業(yè)類型軟件都有相沖突的情況存在，這為實(shí)驗(yàn)室的管理者提出了一個(gè)很大的需求難題.

3)特殊課程需要一人多臺(tái)機(jī)器調(diào)試的情況：例如我校信息分院開設(shè)的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程，需要每位學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)配置服務(wù)器與客戶訪問計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，這就使得實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)不僅需要多系統(tǒng)，更需要將計(jì)算機(jī)組成兩兩配對，在硬件上進(jìn)行網(wǎng)線直連.而這種環(huán)境的配置，又會(huì)影響其它課程實(shí)驗(yàn)的正常開展.

4)還原卡不支持發(fā)送的手動(dòng)注冊、破解類軟件：目前實(shí)驗(yàn)課程的大部分軟件是從網(wǎng)絡(luò)上下載的，而相當(dāng)一部分軟件在安裝完之后是需要手動(dòng)注冊或破解后才能使用，當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)室的還原卡發(fā)送功能將新安裝的系統(tǒng)發(fā)送至每一臺(tái)實(shí)驗(yàn)機(jī)之后，往往會(huì)發(fā)生該類軟件注冊碼沖突或mac地址綁定沖突無法運(yùn)行的情況，需人為手動(dòng)逐一破解才能使用.這為專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的管理工作，帶來一個(gè)很大困擾.

5)大量軟件堆積安裝導(dǎo)致系統(tǒng)緩慢：在一些功能集成化較高的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室里，往往安裝了大量不同的專業(yè)軟件.這些軟件在開機(jī)后多多少少要占用實(shí)驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)資源，軟件互相拖累，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)響應(yīng)緩慢，速度大大不如系統(tǒng)初裝.這讓實(shí)驗(yàn)者怨聲載道.

6)帶有系統(tǒng)損傷性與破壞性的實(shí)驗(yàn)：部分實(shí)驗(yàn)課程需要實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行一些損傷性或破壞性的設(shè)置，從而進(jìn)行測試與觀察，例如安裝系統(tǒng)、配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等，在實(shí)驗(yàn)完成后，實(shí)驗(yàn)機(jī)往往呈現(xiàn)一片狼藉的狀況，讓后續(xù)實(shí)驗(yàn)者無法正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

1.2 各類上機(jī)考試對實(shí)驗(yàn)室有特殊需求

高校的各類專業(yè)機(jī)房專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在大規(guī)模上機(jī)考試的時(shí)候，往往不可避免地要被征為考試機(jī)房，而諸如計(jì)算機(jī)等級機(jī)考等大多類型的上機(jī)考試都對考試機(jī)有大致相同的要求：干凈的操作系統(tǒng)，相應(yīng)的考試軟件環(huán)境，指定的網(wǎng)絡(luò)訪問配置及對本地考試服務(wù)器的設(shè)置.而這種要求，和平時(shí)的專業(yè)課程環(huán)境均相沖突，往往需要提前停課，對實(shí)驗(yàn)機(jī)做好現(xiàn)有備份并進(jìn)行批量設(shè)置和發(fā)送，消耗管理者大量的精力，同時(shí)占用了實(shí)驗(yàn)室寶貴的正常工作時(shí)間.

2 虛擬機(jī)及VMware介紹

虛擬機(jī)（VirtualMachine）指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng).通過虛擬機(jī)軟件，你可以在一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上模擬出二臺(tái)或多臺(tái)虛擬的計(jì)算機(jī)，這些虛擬機(jī)完全就像真正的計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行工作，例如你可以安裝操作系統(tǒng)、安裝應(yīng)用程序、訪問網(wǎng)絡(luò)資源等等.對于你而言，它只是運(yùn)行在你物理計(jì)算機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用程序，但是對于在虛擬機(jī)中運(yùn)行的應(yīng)用程序而言，它就是一臺(tái)真正計(jì)算機(jī).

目前流行的虛擬機(jī)軟件有VMware、VirtualBox和VirtualPC，它們都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個(gè)計(jì)算機(jī).

VMware虛擬機(jī)是VMware公司出品的一個(gè)多系統(tǒng)安裝軟件.VMware虛擬機(jī)最大特點(diǎn)即不需要在重新開機(jī)的情況下，就能在一臺(tái)電腦上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，他們使用的功能也都基本相同，但是前者更具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持功能和支持不同類型的操作系統(tǒng)，因此，他更具有可用性.

利用虛擬機(jī)技術(shù)可以很好地解決以上實(shí)驗(yàn)室所日常遇到的難題.

3 實(shí)驗(yàn)室VMware技術(shù)解決方案

硬件前提：計(jì)算機(jī)配置滿足.虛擬機(jī)對硬件配置要求比較高，現(xiàn)在的大部分學(xué)校計(jì)算機(jī)機(jī)房基本滿足VMware的要求.CPU主頻：建議2G；內(nèi)存：建議2G；硬盤：建議160GB；網(wǎng)卡：建議結(jié)合帶還原卡功能的網(wǎng)卡；操作系統(tǒng)：WindowsXP以上版本.

環(huán)境規(guī)劃：根據(jù)不同專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的功能與實(shí)際用處，建議針對不同課程，規(guī)劃各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室虛擬機(jī)裝機(jī)方案，結(jié)合VMwareWorkstation與VMwarePlayer虛擬機(jī)技術(shù)安裝不同操作系統(tǒng)及軟件環(huán)境的虛擬機(jī).VMwareWorkstation用于管理者創(chuàng)建虛擬機(jī)，VMwarePlayer用于后期實(shí)驗(yàn)者快速運(yùn)行各虛擬機(jī)系統(tǒng).

創(chuàng)建與安裝：使用VMwareWorkstation，創(chuàng)建該專業(yè)實(shí)驗(yàn)室課程所需幾種操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)虛擬機(jī)各一臺(tái)，例如Windows2000Server與WindowsXP.然后在各基礎(chǔ)機(jī)上打好系統(tǒng)補(bǔ)丁，安裝虛擬機(jī)優(yōu)化軟件VMwareTools（不安裝任何課程專業(yè)軟件），創(chuàng)建克隆鏈接的多臺(tái)虛擬機(jī)，按前期規(guī)劃的虛擬機(jī)功能分別命名，例如ERP、VC、SQL2000等等.在這些虛擬機(jī)中分別安裝好課程要求相應(yīng)的專業(yè)軟件.

網(wǎng)絡(luò)配置：VMWare提供了三種工作模式，它們是bridged(橋接模式)、NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式)和host-only(主機(jī)模式).在創(chuàng)建虛擬機(jī)的時(shí)候，這一步選擇是解決專業(yè)實(shí)驗(yàn)室不同問題的關(guān)鍵.具體如何選擇，后文我們進(jìn)一步詳加說明.

簡化設(shè)置與運(yùn)行：通過修改桌面多個(gè)VMwarePlayer快捷方式的指向，讓每個(gè)VMwarePlayer的快捷方式分別對應(yīng)不同的虛擬機(jī)，通過雙擊直接運(yùn)行.例如：將其中一個(gè)快捷方式的“目標(biāo)”文本框的內(nèi)容修改為："C:Program FilesVMwareVMwareWorkstationvmplayer.exe""C:VMS JFVM-VCJFVM-VC.vmx"(使用英文雙引號(hào))，其中前半句是VMwarePlayer的快捷方式，后面的參數(shù)是指定VMware Player運(yùn)行的虛擬機(jī).然后修改其快捷方式的名稱與該虛擬機(jī)相對應(yīng)即可.

4 VMware虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)模式與選擇

4.1 在bridged(橋接模式)模式下，VMWare虛擬出來的操作系統(tǒng)就像是局域網(wǎng)中的一臺(tái)獨(dú)立的主機(jī)，它可以訪問網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)機(jī)器.在橋接模式下，你需要手工為虛擬系統(tǒng)配置IP地址、子網(wǎng)掩碼，而且還要和宿主機(jī)器處于同一網(wǎng)段，這樣虛擬系統(tǒng)才能和宿主機(jī)器進(jìn)行通信.同時(shí)，由于這個(gè)虛擬系統(tǒng)是局域網(wǎng)中的一個(gè)獨(dú)立的主機(jī)系統(tǒng)，那么就可以手工配置它的TCP/IP配置信息，以實(shí)現(xiàn)通過局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或路由器訪問互聯(lián)網(wǎng).

4.2 在host-only(主機(jī)模式)下，所有的虛擬系統(tǒng)是可以相互通信的，但虛擬系統(tǒng)和真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)是被隔離開的.虛擬系統(tǒng)和宿主機(jī)器系統(tǒng)是可以相互通信的，相當(dāng)于這兩臺(tái)機(jī)器通過雙絞線互連.

4.3 使用NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換模式)，就是讓虛擬系統(tǒng)借助NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)功能，通過宿主機(jī)器所在的網(wǎng)絡(luò)來訪問公網(wǎng).也就是說，使用NAT模式可以實(shí)現(xiàn)在虛擬系統(tǒng)里訪問互聯(lián)網(wǎng).NAT模式下的虛擬系統(tǒng)的TCP/IP配置信息是由VMnet8(NAT)虛擬網(wǎng)絡(luò)的DHCP服務(wù)器提供的，無法進(jìn)行手工修改，因此虛擬系統(tǒng)也就無法和本局域網(wǎng)中的其他真實(shí)主機(jī)進(jìn)行通訊.采用NAT模式最大的優(yōu)勢是虛擬系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)非常簡單，你不需要進(jìn)行任何其他的配置，只需要宿主機(jī)器能訪問互聯(lián)網(wǎng)即可.

普通的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，只要求學(xué)生能運(yùn)行軟件獨(dú)立操作即可，不要求各實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)的虛擬機(jī)與其它真實(shí)主機(jī)進(jìn)行通訊，所以一般我們選擇NAT模式.只要虛擬機(jī)與本機(jī)能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互通和訪問外網(wǎng)，課程要求基本都能滿足.并且，這種模式的選擇，避免了因手動(dòng)注冊而導(dǎo)致檢測到的局域網(wǎng)內(nèi)軟件注冊碼沖突、mac地址沖突等問題，大大節(jié)省了管理安裝的時(shí)間.

而如果想要把虛擬機(jī)技術(shù)同樣運(yùn)用在計(jì)算機(jī)等級考試這類大型機(jī)考上，則必須選擇bridged(橋接模式)，且必須為每一個(gè)虛擬機(jī)分配與物理機(jī)相同網(wǎng)段的ip地址.但如果該模式下虛擬機(jī)通過實(shí)驗(yàn)室的還原卡功能發(fā)送，會(huì)發(fā)生mac地址沖突、ip地址沖突的問題.mac地址沖突的問題，我們可以通過GNUBashforWindows工具自動(dòng)修改每臺(tái)虛擬機(jī)的mac地址，簡化手動(dòng)設(shè)置的繁雜流程，具體方法本文就不展開描述了.而ip地址可以通過設(shè)為自動(dòng)獲取方式，這樣只需要在服務(wù)器上打開DHCP服務(wù)就可以了，可以使用Windows的DHCP服務(wù)，也可以用小巧的TFTPD32軟件中的DHCP服務(wù).

如果一些課程需要利用VMWare創(chuàng)建一個(gè)與網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)器相隔離的虛擬系統(tǒng)，進(jìn)行某些特殊的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工作，可以選擇host-only模式.

〔1〕國英梅.VMware虛擬機(jī)在計(jì)算機(jī)機(jī)房教學(xué)中的應(yīng)用效果分析[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012（22）.

〔2〕龍瑞，伍紅兵，俞海英，胡勇強(qiáng).虛擬機(jī)在全國計(jì)算機(jī)等級考試機(jī)試中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008，14（3）：687-688.

〔3〕冷飛，欒仕喜，鄭紅興.虛擬機(jī)技術(shù)在公共機(jī)房實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用[J].軟件導(dǎo)刊，2013，12（1）.

〔4〕高校專業(yè)機(jī)房使用VMwarePlayer解決方案.VMware Wordstation與ESXServer典型應(yīng)用指南.

〔5〕虛擬機(jī)技術(shù).百度百科，http://baike.baidu.com/view/ 1132.htm.

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1673-260X（2013）06-0031-02