浅析虚拟机技术在计算机硬件与软件课程教学中的应用

笔者在文中对各中高院校的计算机专业教学以及实验的现状进行讨论，同时也对虚拟机技术以及虚拟机软件的特点，对在计算机硬件与软件课程中虚拟机技术运用在教学与实验课程当中的优点进行着重介绍，以供相关教师以及从业人员进行学习与参考。

关键词：虚拟机技术 计算机硬件与软件课程 教学 应用

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（c）-0207-02

随着各中高院校常年扩招，给计算机专业的教学发展带来很好的机会，但由于计算机专业投入的硬件设备与资金份额逐年加大，从而造成多数院校在计算计专业教学过程中出现硬件设备不足的困难，给正常教学带来很多负面影响与限制。因此我们要对教学现状进行改革，必须要对现有的教学设备进行利用，通过虚拟机技术（Virtual Machine，VM）来对教学环境进行改善，从而有效地解决上述问題。

1 什么是虚拟机

虚拟机的主要功能就是通过功能软件将一台真实计算机的软件环境划分为若干独立小区间，同时每个区间可以依照需要通过软件模拟出一台完整的计算机的技术，我们称之为虚拟机技术，而模拟出来的计算机我们称之为虚拟机。而虚拟机包括两种模式：一种是纯软件形式的虚拟机；另一种是通过硬件的辅助形式来进行的虚拟机。目前广泛运用的就是第一种纯软件形式的虚拟机；另一种虚拟机是今后虚拟机的发展趋向。虚拟机技术的实际构架是通过某个中间层来对计算机硬件与软件资源的管控与调配，来将资源最大化进行利用。而对电脑进行虚拟化分区可以让一台电脑可以同时运行多种或是多类型的操作系统，在业务以及工作上提供极大的便利。

2 虚拟机软件及特点

虚拟技术出现的时间不长，因而在技术层面上仍然需要一定的时间去完善，同时受到计算机硬件上的限制（比如CPU技术以及硬盘容量还有内存空间等），虚拟机软件近年来才得到广大用户的认可。而现阶段市场上主流的虚拟软件包括：微软的Virtual PC以及Virtual Server和VMware公司的WMware Workstation与VMware Server等。Virtual系列的软件运行环境为Windows与MasOS，其支持的操作系统为Mac与Linux2.4或2.6版本以及微软的Windows。在常见的X86保护模式里使用VMware客户操作系统可以直接进行操作，相对便捷。在实际的计算机硬件与软件课程教学中虚拟机有优越的性能与高度真实的教学环境，因而在多数教学中运用，而我们采用哪一种虚拟机软件则取决于操作习惯与实际的需求。

虚拟软件具备以下几个特征：第一，所有虚拟机都具备VM控制模块，其主要功能是对VM进行控制，比如VM的调度优先顺序与VM寄存器内容的复制等。第二，具有独立的虚拟硬件设施。比如内存，硬盘，显卡等设备，同时I/O（输入输出）端口也受系统保护，所有虚拟机都能调用计算机系统资源。第三，系统分配给每个虚拟机都有独立的内存与地址空间从而互不影响。第四，同台主机里可以有多个虚拟机并且每个虚拟机可以安装不同的操作系统。第五，我们在虚拟机内将操作系统装入主机硬盘所虚拟出的文件里，因而无需分区，也不会造成对数据的破坏。第六，具备硬件无关联性，我们在主机系统上虚拟的硬件数据是统一的，无需考虑硬件不同，因此也不会对硬件进行破坏。第七，在主机系统里可以任意修改虚拟机的系统参数与配置参数（比如主机名称以及硬盘容量与内存大小，相关的外设参数等）。

3 虚拟机技术在计算机硬件与软件课程教学中的应用内容

（1）计算机硬件与软件课程中的实践性课程内容包括：第一，计算机的BIOS（Basic Input Output System）设置，主要的功能就是对计算机进行最底层、最直接的硬件设置与控制。第二，就是对于硬盘的分区与格式化操作。第三，对不同操作系统的安装及其配置。第四，各种应用软件的安装与卸载。第五，对操作系统进行数据备份与恢复。由于本课程操作性比较强，往往所对应用的学生是刚进学校的新生，教师在进行教学活动的时候需将教学的内容通过实际演示操作的方式对学生进行展示，同时在实践上让学生参与动手操作。

（2）一般在多媒体教学过程中，电脑的操作系统通常安装的是Windows2000的操作系统与常用软件，不可进行参数与配置修改。而我们能通过虚拟机软件就能够解决上述问题。通过对计算机软硬件的应用与探索后概括出虚拟机软件，在课程教学中有以下几点优势：第一，在物理计算机上进行BIOS的设置过程是无法映射到多媒体投影仪上进行展示的，而且计算机管理员也不会允许教师进入或是修改BIOS设置，而虚拟机可以顺利解决这些问题。第二，物理计算机不会允许教师对硬盘进行分区或格式化操作，从而造成教师无法在多媒体上演示DOS下的FORMAT和FDISK等命令集。第三，在物理计算机上不允许教师擅自安装其他类型的操作系统以及应用软件或程序，而使用虚拟机则不会受到限制与影响，同时还能进行对系统参数与配置的修改。第四，教师在使用Ghost克隆软件进行系统备份以及系统复原操作的时候，多媒体投影仪也是无法进行投影的，而使用虚拟机就可以很顺利地解决这个问题。第五，构架网络环境。一台主机与多个虚拟主机进行联网构架就能形成一个局域网，使课堂教学过程中使用网络环境的目标得以实现。第六，VMware Workstation不单单只是一个虚拟机软件，同时也是一款十分优秀的屏幕录像或是截图软件。教师在进行课件准备时，通过VMware Workstation软件的视频录入功能与抓图功能可以做出很好的多媒体课件，间接地提升教学效率与学生的课堂活跃度。

（3）在实验环节中要合理运用虚拟机软件构架计算机硬件与软件的课程平台是因为：第一，教学成本上的节约。由于虚拟机软件的功能强大，足够为教师的教学与学生的实践及互动提供帮助，从而用较少的投资达到最好的效果。第二，管理上便捷。虚拟机技术可以极大地降低管理成本，同时也比较方便。传统的课堂实践（Windows 2000和Windows XP以及Windows 2003Server，还有Linux与Unix及MacOS等操作系统）是在同一计算机内装入多个操作系统就足够实验操作的需要。但因为实验需要修改系统参数后重启电脑，无法如同网吧或是公用机房那样装入还原卡，以致经常引起系统崩溃，因此机房管理员要投入大量时间精力来对系统进行维护。而使用虚拟机软件后以上问题可以轻松解决。只需一个HostOS系统及虚拟机软件，然后再依实验需求安装其他系统，而且不必担心崩溃及维护。第三，独立性强。这一点可以对学生的实践能力进行检查。虚拟机可以让所有学生拥有独立的实验环境，而使用传统实验方式就比较不好，第一个学生设置正确，后面的学生就可以坐享其成，不利于考试的公正性与全面性。而采用虚拟机软件后可以在主机内安装同个操作系统的多个版本从而让所有学生都有独立的GuestOS，从而准确地考查出学生的实际动手操作能力。

4 结语

笔者经过多年的教学实践，总结出使用虚拟机软件技术所构架的实验与教学平台不但可以节约大量资金的投入，还可以顺利解决实验上硬件设备的不足并且挖掘出设备的潜力，而且极大减少了机房实验管理员的工作量与工作时间，为教师与学生的课堂教学与课程实践提供了极大的方便，也增强了学生的学习主动性与积极性。虚拟机技术的运用为课堂教学与实验提供一个高度真实的环境，除去硬件外设的物理联接，在真实电脑上可完成的实验在虚拟机上也能够完成而且实验过程与结果不受影响，完全能够满足计算机硬件与软件课程上的应用要求。