虚拟机VMware在Linux操作系统课程教学中的应用.doc

虚拟机VMware在Linux操作系统课程教学中的应用谭春茂 张金华 周玉春 （上海农林职业技术学院，上海松江：201600）摘 要：采用虚拟机来进行计算机辅助教学，是近年来在计算机教学领域被广泛应用的一种教学辅助方法，也是各计算机教学工作者比较热衷探讨的一个应用课题。本文介绍了虚拟机技术及软件，重点介绍了利用VMware虚拟机软件进行Linux操作系统教学的具体应用。关键词：虚拟机；Vmware；Linux操作系统1 引言在计算机教学中，加强学生实践技能的培养是最受重视的问题，目前在计算机教学过程中基本上都采用多媒体课件教学以及结合教师演示来进行，教师配合课件及当场的操作演示，让学生可以更好学习和掌握实践技能，然而，在教学中也遇到一些问题，尤其是操作系统课程的教学中，主要原因如下：1）学校的机房通常都由机房管理员进行统一安装，通常都通过硬盘保护卡来实现对计算机系统的保护，所以机房的计算机一般是不允许学生动手来安装操作系统，更不准对系统和硬盘进行更改设置操作。2）即使学生自己有计算机，配置也比较高，但也很少有学生在自己的计算机上进行频繁分区，格式化，安装操作系统等操作。如果经常对计算机硬盘进行分区和格式化，也会影响到计算机的硬盘使用是。如果想在系统里面进行一些操作系统有关的“危险”性操作，在学生自己的计算机上操作很可能就会破坏原来的系统，甚至数据。3）学生在只有一台计算机的情况下，通常做网络实验就无法进行，至多也就是做一些上网实验。比如：在Linux操作系统的教学中，系统安装由于各种实验条件的限制使用得学生无法去进行，在对系统作各种操作时，可能还会由于学生的误操作引起系统无法启动的问题，在对grub引导管理器进行修复这些实验时，对于初学Linux而言通常都是比较“危险”的操作，在进行网络服务器的设置时，学生没有比较好的网络环境，无法当场与windows系统之间进行很好的网络通信等。以上的这些问题不仅仅影响到教师的教学演示，同时也影响到学生的实验操作效果，对于学生更好的掌握Linux操作系统的技能造成了一定的难度。近几年来，随着虚拟机技术的出现，这个问题得到了很好的解决。从而使用教学质量也有明显的提高。2 虚拟机技术及软件介绍所谓虚拟机就是由虚拟机软件模拟出来的计算机，或称为逻辑上的计算机（Guest OS）。每个虚拟机都具有模拟出来的同物理计算机相同的运行环境，包括硬件层，驱动接口，操作系统及应用层，都建立在PC机的应用环境下，属于用户级的软件。同时利用虚拟机软件可以在一台物理计算机上模拟出来多个逻辑上的计算机，运行多个操作系统，还可以将这些计算机相互连接起来形成网络，虚拟计算机能同时运行的数量多少由计算机本身配置决定。而且在虚拟机的环境下，用户可以在同时运行的多台虚拟机中来回切换，而无需重新启动系统。目前，应用广泛的虚拟机软件主要有VMware公司的VMware workstation及connectix公司设计的Virtual PC，这两个虚拟机软件应用功能基本相同，它们有如下特点：（1）不需要对物理硬盘进行分区或重新开机就能够在一台PC机上安装使用多种操作系统。（2）完全隔离并且保护不同操作系统的操作环境及所有安装在不同操作系统上面的各种应用软件和资料，并且硬盘还原功能。（3）不同的操作系统之间能够进行互动操作，包括网络、周边设备，文件共享等。（4）能够设定并且随时修改操作系统的操作环境，如：内存、硬盘、其它外设等。（5）二者所安装的系统都是可以移动的，即可能通过移动设备虚拟机安装的文件拷贝的方式在其它的装有对应的虚拟机软件的计算机上使用。3 VMware在Linux操作系统教学中的应用在Linux操作系统的教学中要涉及到系统安装，系统各种设置及网络服务等操作，其中有几个比较危险的实验操作在真正的物理计算机上来实现有一定的难度和不现实性，如：系统安装，硬盘配额，文件系统的创建与使用，grub的修改与安装实验，系统启动模式设置和网络服务等，这些操作会改变甚至破坏计算机系统，使计算机无法正常工作，则学生在做相关实验时更具有这种特点，因为Linux操作系统的入门学习难度比windows系统的入门学习难度要大一些，通常情况下，Linux操作系统都是在文本模式下进行教学，因为Linux的服务器在实际应用中，基本上都是远程维护，远程维护就只能使用文本操作方式，同时文本运行方式比图形方式运行效率方面而言要好一些。这样对于初学学生而言，在这种环境下做实验，更容易造成对计算机系统的破坏。这都严重影响到教学效果，采用虚拟机技术后，这些问题已经得到很好解决，同时也提高了教学质量和学生的学习效果。通过前面的分析和一些资料显示，Linux在VMware下的运行效果要比较Virtual PC略佳，并且VMware支持的Linux版本比Virtual PC多。所以在Linux操作系统的教学中选用VMware较好。虚拟机教学过程（下面是以Red Hat Linux9.0为例）：（1）在宿主计算机（Host OS）上安装VMware软件（目前的最新版是5.5），一般而言的配置主要要求内存稍大一些即可，最好在256M以上。（2）启动VMware，创建虚拟机，在创建虚拟时要注意选择Linux的版本，在VMware中对Linux的版本分得比较仔细，这里尤其要注意选择，否则会造成无法安装系统或无法启动系统的情况。（3）系统安装在Linux操作系统的学习过程上，通常情况下，第一件要做的事就是安装操作系统，在虚拟机环境下，可以完全通过系统的镜像文件来进行安装，这样的安装方式带来极大的方便，镜像文件安装可以省掉大量的光盘，也可以不要求机房的计算机上安装有真正的物理光驱就可以进行，这同真正的物理计算机相比，在练习操作系统安装上使用VMware带来极大的方便。（4）快照和回复功能在Linux操作系统教学中的使用VMware的一个非常有用的新功能就是快照和回复。可以在任意时刻为虚拟机进行快照，然后在任意时刻回复到虚拟机任何一个快照的状态。在虚拟机启动关闭或暂停时都可以进行快照。快照将保存进行快照时刻的虚拟机的所有状态，包括虚拟硬盘上的所有数据状态及是否处于虚拟机启动，关闭和暂停状态。如果虚拟机的操作系统正在运行，对它进行快照并不会影响客户操作系统的运行。如果在进行一系列的操作后，想回复到快照时刻的状态，那么只需要还原快照，这样从进行快照到回复快照之间的所有对虚拟机的操作的任何变化都会撤消。在Linux操作系统的系统设置及修改实验时，涉及到实验比较多，比如用户管理，磁盘管理，文件系统创建，磁盘配额，引导管理器Grub的修复及设置等诸多实验，其中有几个对系统而言具有相当的“危险”性，这对于宿主计算机而言，即虚拟机上的操作系统完全损坏，也不会造成什么危害，但是这会对实验带来很大的麻烦，在VMware中能利用上面所述的快照和回复功能能很好的解决这一问题。这样，当学生在操作过程中因不当操作而造成对系统破坏时，就可以利用保存的快照来对系统恢复，这一点对于初学用户而言非常有用，同真正的物理计算机上操作如果出现这种情况比较，这种虚拟机的方式显然要好很多。（5）网络服务器的配置，网络环境的构建众所周知，Linux的功能主要就是网络功能，也就是做网络服务器，服务器的配置往往需要有一个网络环境，也就是最好Linux做服务器，一个windows系统做客户端来测试服务器的运行效果。如果在教室里当然有比较好的网络环境，但是同时就需要开两台计算机，一台Linux，另一台是windows，这样一来，就造成演示上的不方便，虽然Linux同宿主计算机之间有可以直接通信的，但是在windows下有一个记忆功能，在没有注销或者关闭系统前，上次访问信息会记住，这样会造成测试服务器有些时候没法进行，如samba服务器。利用VMware可以安装多个虚拟机的特点，就可以很好的实现，我们可以再装一个windows的虚拟机来形成一个网络环境。这时候只需要设置Linux和windows在同一个网段就可以形成一个网络满足我们做这样实验的要求，而不需要去启动多台计算机。4 结语利用虚拟机VMware软件来辅助Linux教学，创建教学中的实验环境，使得教师演示和学生的实验操作都可以非常方便的进行，由于是通过软件来实现的一个逻辑上的计算机，这样对硬件上的操作对计算机并不造成损害，实现了传统的教学手段在Linux教学中某些无法完成的操作，不但保证了教学质量，又节省经费。同时，在虚拟机上的操作时可以暂停，继续，甚至保存在某一个状态，可以很好的控制教学的进度和实验的每一个环节。同时可以得用VMware的捕获电影功能可以把教师的操作录制成电影，让学生可以据其需要而使用。本校开设的Linux操作系统课程利用虚拟进行教学已经一年有余，在这一年多的教学中，其效果是令人满意的。总之虚拟机VMware对于改进Linux操作系统教学和提高教学质量提供了一种新辅助教学的手段。参考文献1王春海虚拟机配置与应用完全手册M北京：人民邮电出版社，20032Time创作室虚拟机典型应用技巧M北京：人民邮电出版社，20033刘恩博虚拟机应用软件VMware在计算机辅助教学中的应用J兵团教育学报，2005（7）4Application of the Virtual Machine VMware in the Teaching of Linux OSTan Chunmao，Zhang Jinhua，Zhou Yuchun(Shanghai Vocational Technical College of Agriculture & Forestry, Songjiang, Shanghai, 201600)Abstract: In recent years, it is becoming more and more widely used adopting virtual machine technology in the computer-assisted Teaching. It is also a researching field for the teacher of teaching of computer. This paper introduces virtual machines technology and software, and introduces in detail the application of the virtual machine software VMware in the Teaching of Linux OS.Key words: Virtual Machine，Vmware，Linux OS摘要: 本文介绍了一种基于虚拟机和网络设备模拟器构建的虚拟网络实验室,由于其具有投入经费低、实用性强、管理简单等优点,而被广泛用于教学中。文中重点概括了虚拟网络实验室的优点,并列举了该实验室可以完成的实验内容。 关键词: 高职计算机网络专业教学虚拟网络实验室应用 虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用1.引言 实践环节是高职计算机网络专业教学的重要过程。网络专业的学生如果只学习理论而没有经过实践操作,那么在实际应用中碰到的一些问题对他们来说都有可能成为“天堑”。为此,现在许多高职院校通过添加大量的网络实验设备来提高学生的实践能力。然而,该专业实践课程较多、实验设备复杂、对学生实践熟练程度的要求较高等都给网络专业的教学带来了极大的挑战。为了解决这些问题,我们可以采用虚拟机技术和网络设备模拟器构建虚拟网络实验室1。 2.虚拟机技术与网络设备模拟器简介 VMware Workstation是目前位置功能最全、性能最优、使用最方便的虚拟机产品之一。该软件所提供的“计算机”的组成跟真正的计算机是一样的,也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡等。在虚拟机中用户可以和使用真正的计算机一样安装操作系统、应用程序和软件,也可以对外提供服务。VMware Workstation能够运行大多数Windows、Linux和Novell台式机,以及服务器操作系统,用户在虚拟机之间切换时不需要重新启动或进行硬盘分区,同时虚拟机可以使用宿主机器上的一些资源,如软驱、光驱等设备。用户在虚拟机上进行分区、格式化、安装操作系统或应用软件等任何操作均不会对宿主机器系统产生任何影响。 Boson Netsim是BOSON公司推出的一款Cisco路由器、交换机模拟程序。该软件是目前最流行的、操作接近真实环境的模拟工具。它最先提出自定义网络拓扑的功能,与真实试验相比,用户使用它省去了制作网线连接设备、频繁变更console连线、不停往返设备之间的环节,使学习效率明显提高。同时,Boson Netsim不断推陈出新,功能越来越强大,它的命令也和最新的Cisco的IOS基本保持一致。通过Boson Netsim用户可以随意构建网络,这为路由器、交换机的教学提供了很大的灵活性。 3.构建虚拟网络实验室的优点 我们使用上述两种工具搭建了虚拟网络实验室,并进行了一学年的教学,其由于操作方便、使用灵活等优点,深受师生的喜爱。现将其优点总结如下: 3.1使用虚拟网络实验室,我们无需考虑网络设备及连接的问题,因为这些设备都是虚拟的并且已经按照要求连通。因此它对于没有任何故障排除经验的初学者来讲非常方便。 3.2使用虚拟网络实验室可以减少损坏计算机的操作系统和软件机率。对于有些破坏性的实验,如对硬盘的操作、对操作系统的操作、网络攻击实验等,我们采用虚拟机技术能够保护计算机免受破坏。 3.3使用虚拟网络实验室可以让学生及时了解最新技术。由于虚拟技术是一种软件,我们可以对它进行升级,根据发展需要重新“生成”新的仪器设备,使之能跟上不断更新的教学内容,而不至于淘汰整套仪器设备,使实践操作训练能及时跟上新技术的发展。 3.4使用虚拟网络实验室可以方便地在单机上进行服务器的管理与配置实验和网络设备管理实验,能够有效地解决学生人数迅速增长而学校经费不足的矛盾,做到人手一套实验设备,同时也能够避免频繁变化console线,不停往返于设备之间的环节。 3.5采用虚拟网络实验室可以方便教师授课。在该环境下,授课可以采用广播的方式,实时进行操作的演示与讲解,改变了传统的抓图、PPT等方式,更易于学生的理解和接受23。 4.虚拟网络实验室在计算机网络教学中的应用 网络专业的实践内容中最重要的两个部分是对服务器的设置和对网络设备的配置与管理。VMware Workstation对于网络服务的配置与管理、磁盘管理、网络安全与入侵等实验都具有使用方便、性能好等方面的优点,但是对于网络设备的实验在性能上较为缺乏。Boson Netsim是专门针对网络设备开发的虚拟软件,它可以方便地实现VLAN的划分、交换机配置、路由器配置等的实验要求。两者结合,可以让虚拟网络实验室发挥更大的作用。 4.1利用VMware模拟网络管理实验 4.1.1破坏性实验。 对于一些破坏性实验,比如需要对硬盘进行重新分区、格式化、重新安装操作系统等操作,如果在真实的计算机上进行这些实验,会导致实验后系统不容易恢复,所以教师在做该类型的实验时需要配置专门的实验室,造成了资源的浪费。教师和学生在虚拟机上进行这些破坏性操作,既能够保证实验的顺利完成,又能够保证公共机房主机系统的正常运行。 4.1.2联网实验。 学生需要做Windows 2000的联网实验时,使用虚拟机,可以在拥有一台计算机的前提下很轻松地组建出实验环境,也可以方便地组建基于工作组的对等网和基于域的局域网。学生还可以在此基础上进行Web、DNS、FTP服务器、邮件服务器、DHCP服务器、流媒体服务器等服务器的搭建,也可以组建无盘网络。虚拟机技术可以使学生方便地掌握这些网络服务器的配置和管理方法,为学生的设计和创新提供平台。 4.1.3群集类实验。 学生在做“共享”的磁盘阵列柜实验时,一个最便宜的磁盘阵列柜也需要几万元,再加上群集主机,则一个实验环境需要10万元以上的投资。因此现在很多学校在这方面的设备都较为缺乏,学生实践的机会很少,如果使用虚拟机技术,只需要一台配置比较高的计算机,就可以完成群集类的大部分实验。 4.1.4软件测试实验。 学生在学习软件设计、网页设计等课程时,编写的程序,需要在多种环境(单机环境、网络环境、不同的浏览器版本等)和多种操作系统如Windows XP、Windows 2000/2003、Linux等环境下进行测试。使用虚拟机技术可以使这些测试更加方便、快捷地进行。 4.1.5网络安全与网络入侵实验。 网络安全是计算机网络专业的学生必须掌握的知识之一。但是目前该方面课程一般都是停留在理论讲解方面,学生难以理解且学习兴趣不浓。教师通过虚拟技术可以在虚拟机上安装相应软件进行查找漏洞,用木马程序入侵计算机并进行防御等试验,让学生在实验中学习理论知识4。 4.2利用Boson模拟网络设备实验 4.2.1网络设备基本配置实验。 网络设备配置是网络专业学生需要掌握的基本功。但是由于资金不足、产品升级较快等原因,教师很难做到理论与实践的密切结合。教师采用Boson Netsim可以让学生根据需要绘制网络拓补结构图,模拟各种路由器、交换机、连接设备和计算机,随意搭建实验环境,并对以上设备进行各种配置、试验和分析。学生甚至可以进行ISDN、帧中继等各种较高级的实验,以便更加直观地了解各种协议和技术的原理,达到巩固知识和提高水平的目的。 4.2.2CCNA、CCNP实验。 Boson公司为Boson NetSim软件定制了一些现成的软件试验包,其中包括CCNA级别的实验项目和CCNP级别的实验项目。这些试验包内置了实验拓补图、部分正确配置的配置文件。教师通过Boson NetSim的实验导航器可以有计划、循序渐进地进行实验练习,给学生思科认证考试提供一个平台。 4.2.3网络故障排除实验。 网络管理员在网络组建完成之后,要使网络保持平稳运行,就必须对网络不断维护,并及时排除故障,这需要非常丰富的经验。在以往的教学中,学生在故障排除时大多数停留在讲步骤、记方法的基础上,缺乏实战。利用模拟器,我们可以设置一些软件故障点,并以文件形式保存后打包发给学生,让学生分析故障所在,边做边学,积累排除故障的经验5。 5.结语 采用虚拟技术构建的网络实验室,克服了硬件实验室经费投入大、管理与维护困难等方面的问题,最大限度地满足了计算机网络实验课程的要求,提高了教学质量。但是,虚拟实验不能完全代替真实的实验环境,它只是起到辅助作用,可以提高学生操作的熟练程度,但是如果想让学生真正掌握技术,还需要在真实的环境中进行体验。因此,在实践教学中应注意“虚实”结合6。 参考文献: 1王春海.非常网管典型网络实验M.北京:人民邮电出版社,2007. 2关全胜,白永军.虚拟机技术在中职计算机教学中的应用浅谈J.科技信息,2009,(1). 3韩瑛,李斌.虚拟现实技术在网络教学中的研究与应用J.现代教育技术,2006,(1). 4龚自康.虚实结合的网上交互式虚拟实验研究J.技术应用,2005.9. 5史书明.借助NetSim辅助计算机网络教学J.计算机教学与教育信息化,2008.4. 6付晓深,王自强,张文华等.虚拟教学存在的问题及应对思路J.生物学教学,2005,(7). 关于计算机网络安全教学中虚拟机技术应用的探讨来源: 摘要：虚拟机技术作为一种新的教学辅助手段在计算机网络安全教学中具有很好的应用前景。同时，采用虚拟机技术模拟真实网络环境授课也是提高教师教学效果和保证教学质量的一种有效手段。正是基于此，本文对计算机网络安全教学中虚拟机技术应用做了深入的探讨。关键词：虚拟机；网络安全教学；应用一、虚拟机技术及其虚拟网络环境概述(一)虚拟机(Virtual Machine)技术虚拟机(VM)是支持多操作系统并行在单个物理服务器上的一种系统，能够提供更加有效的底层硬件使用。在虚拟机中，中央处理器芯片从系统其它部分划分出一段存储区域，操作系统和应用程序运行在“保护模式”环境下。如果在某虚拟机中出现程序冻结现象，这并不会影响运行在虚拟机外的程序操作和操作系统的正常工作。在真实计算机系统中，操作系统组成中的设备驱动控制硬件资源，负责将系统指令转化成特定设备控制语言。在假设设备所有权独立的情况下形成驱动，这就使得单个计算机上不能并发运行多个操作系统。虚拟机则包含了克服该局限性的技术。虚拟化过程引入了低层设备资源重定向交互作用，而不会影响高层应用层。通过虚拟机，客户可以在单个计算机上并发运行多个操作系统。每个虚拟机由一组虚拟化设备构成，其中每个虚拟机都有对应的虚拟硬件。客户操作系统和应用程序可以运行在虚拟机上。而不需要提供任何交互作用的网络适配器的支持。虚拟服务器只是物理以太网中的一种软件仿真设备。从服务器整合到越来越多的Windows2003升级行动，再到防止黑客、蠕虫和其它威胁的软件测试的不断增长的需求，虚拟技术已经无处不在。虚拟化造成了跨越计算机体系结构的技术糅合。在一台电脑E将硬盘和内存的一部分拿出来虚拟出若干台机器，每台机器可以运行单独的操作系统而互不干扰，这些“新”机器各自拥有自己独立的CMOS、硬盘和操作系统，你可以像使用普通机器一样对它们进行分区、格式化、安装系统和应用软件等操作，还可以将这几个操作系统联成一个网络。在虚拟系统崩溃之后町直接删除不影响本机系统，同样本机系统崩溃后也不影响虚拟系统，可以下次重装后再加入以前做的虚拟系统。同时它也是唯一的能在Windows和Linux主机平台上运行的虚拟计算机软件。虚拟机软件不需要重开机，就能在同一台电脑使用好几个OS，不但方便，而且安全。虚拟机在学习技术方面能够发挥很大的作用。虚拟操作系统模式虚拟化解决方案同样能够满足一系列的需求：安全隔离、计算机资源的灵活性和控制、硬件抽象操作及最终高效、强大的管理功能。(二)虚拟机软件概述目前主流的虚拟机的软件有VMWare和VisualPC，一般专业用户选择VMware，最求简单方便和兼容性的Windows用户选择Viaual PC。考虑到VMWare的Vmware Workstation能创建多个主机轻松组网、网络性能测试容易，方便实现模拟网络环境，在本课程中选择了VMware Workstation搭建网络环境。VMWare是一个“虚拟机”软件。它在一个操作系统上虚拟出多台虚拟机环境，从而可以在一台物理机器上同时运行多个操作系统。它使你可以在一台机器上同时运行2个或更多WIN2000WINNTWIN9XDOSLINUX系统。运行VMware的平台称为主机，在VMware上运行的系统称为客户机。从客户机的角度来看，它是一个完整的系统，从主机的角度来看，每个客户机分别是一个软件应用进程，每个客户机的硬盘就是一个大的文件或者分区。与“多启动”系统相比，VMWare采用了完全不同的概念。多启动系统在一个时刻只能运行一个系统，在系统切换时需要重新启动机器。VMware是真正“同时”运行，多个操作系统在主机的平台上，就象标准的Windows应用程序那样切换。由此可见，利用VMware可以让一台机器实现一个局域网的功能，可大大节省硬件设备和物理空间，管理方便、安全性高，特别适合做网络安全实验。二、虚拟网络环境的构建及其教学中的应用(一)虚拟机网络教学和实验环境的构建过程以及注意事项首先是下载和安装Vmware软件，目前最新版本是Vmware Workstation65。然后再去运行Windows(WinNT以上)和Linux操作系统的实体机上安装VMware Workstation；其次是启动VMware Workstation，根据需要创建多个虚拟机；再次是对虚拟机进行操作系统的安装；最后是对每台VMware Workstation进行网络参数设置连网。同时，我们在进行虚拟机网络教学和实验环境构建过程中也要注意一些事项：一是预先规划虚拟网络的虚拟机的数蕈，在一个硬箍分区中，为每台虚拟机的映像文件预留足够的硬盘空间。Windows2000 Professional的虚拟机映像文件约占900MB，Windows2003 Server的虚拟机映像文件约占17GB，Linux Red hat的虚拟机映像文件约占25GB。在新建虚拟机向导中指定磁盘容量时，磁艋大小可用默认的8GB，无需立刻分配所有磁盘空间，让其根据应用程序的安装的多少而增大。二是在新建虚拟机向导中配置网络模式时，一般用户选择网络地址转换模式(