虚拟机在教学实验中的应用.docx

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虚拟机在教学实验中的应用

虚拟机在教学实验中的应用

学生在机房做实验已经成了教学的一个重要环节，无论是计算机专业还是非计算机专业的学生，计算机已经成了必不可设的一个教学设备。

可以这么说，在高校的所有实验室中，机房的利用率是最高的。

由于现在机房需要多种操作系统与多种应用环境，传统的方法已经不能满足上机的要求，需要用新的技术手段来解决。

1高校机房现状与主要问题

对于计算机专业的学校、系来说，机房的建设、管理，在整个实验系统中占用重要的比例。

因为计算机专业课程众多，所以对于机房来说，需要安装的软件、系统也非常多，这就给机房的管理与维护带来了一定的难度。

例如，某高校机房，承担计算机网络专业、计算机科学与技术、计算机软件工程等专业的上机任务，需要在机房安装WindowsXP、Windows2003、Linux等操作系统，还需要安装VB、VC、VF、AdobePhotoshop、CAD等软件，还需要在Linux、Windows2003下配置网络环境，这需要机房安装多系统与多种软件，对于网络专业的课程，需要让学生自己配置环境。

另外，在许多时候，任课老师会临时安装某个软件。

如果只是一台计算机，可以很容易解决，但对于学校机房尤其是高校机房来说，安装软件、配置系统就是比较复杂的问题了：

（1）机器众多、时间有限。

每个机房至少有50台计算机，而安装一个软件，最快也需要2～3分钟，有的软件需要半小时甚至更长的时间。

这样，50台计算机全部安装一个软件，需要的时间是比较长的。

但学校机房，基本上每个工作时间都会有上机安排，不允许为了安装一个软件耽误这么长时间。

（2）系统恢复困难。

由于学生要做实验，学生实验的过程中，可能是一些有“损伤性”的，例如安装系统、配置网络环境，可能学生实验后，当前系统就不能使用了。

而对于一些网络的环境，学生配置错误后，基本上不能恢复到正常的状态，这就影响别的学生使用。

（3）多系统、多环境安装配置困难。

机房需要多种系统，并且，随着新系统的不断发布，需要的系统数量在增加。

例如，现在发布的Windows7、WindowsServer2008R2，Linux的新版本等，都会增加管理与维护的难度。

（4）管理与易用性是一对矛盾。

如果管理严格，学生上机时的操作受到限制，这样，学生会学不到东西，而如果放开管理，那么学生上一次机，所有的系统则需要恢复，这样对管理造成极大的负担，同时会影响下节上机课。

（5）学生随意安装软件影响机房的管理。

学生上机时会从网上下载各种不允许安装的软件或其他文件，例如QQ聊天、视频、电影等，这即影响了学生的学习，又给管理带来负担。

（6）多种软件版本问题：

有的时候，同一个软件（或产品），不同的课程需要不同的版本。

例如，有的需要Office2003，有需要OfficeXP或Office2007，对于开发工具来说，有的需要VC6，有的需要VS2008或VS2010，而在一般的情况下，同一个产品的不同版本不能“共存”。

2传统解决方案

为了减轻机房管理人员的维护难度，同时也来了管理好机房，一般的机房用的计算机，都安装“还原卡”，通过还原卡多系统启动与网络克隆功能，维护机房。

使用还原卡，对于普通的机房来说，是非常方便的，只要在建设机房的初期，安装好系统，以后当网络中的一台计算机不能使用时，使用任何一台“能用”的计算机，通过网络传送功能，将能用的计算机系统传送到不能用的计算机上，这样达到了不需要重新安装系统、软件的目的。

但这些并不适合专业机房，原因如下：

（1）对某些系统的支持不好：

众多的还原卡不支持WindowsServer2003操作系统，也不支持Linux操作系统，以及64位的Windows2003、Vista、2008等操作系统。

虽然还原卡提供了“完全备份”功能以支持这些操作系统，但这样会占用太多的硬盘空间，而且系统还原的速度很慢，不能满足教学的需求。

（2）更新软件需要占用大量的时间：

专业的机房，软件安装与更新的频繁太高，例如，有可能一周就要重新或者添加一个新的软件，而每安装一个软件，都需要完全传送当前的整个系统分区，长此以往，对硬盘有一定的损伤，减少了硬盘的使用寿命。

3虚拟化解决方案

根据高校专业机房的特点，又经过实际实践，决定使用VMwareWorkstation与VMwarePlayer虚拟机技术，解决专业机房系统软件频繁安装，以及由此带来的管理问题。

本方案的技术要点主要有：

（1）使用“还原卡”功能，划分出一个50GB左右的WindowsXP分区，在该分区安装WindowsXPProfessional、还原卡程序、VMwareWorkstation7.1虚拟机软件，安装Office2003及其他一些“小”的软件，例如IE7（或IE8）、WinRAR、输入法等。

（2）使用VMwareWorkstation，创建并安装WindowsServer2003与WindowsXP“基础”虚拟机各一台，然后在WindowsServer2003虚拟机基础上（安装好WindowsServer2003、打好补丁、不安装任何软件、安装VMwareTools），创建“克隆链接”的多台虚拟机，例如名为VC、SQL2000、MySQL、Oracle，在这些虚拟机中，分别安装相应的系统。

例如在VC的虚拟机中，安装VC、VB、VF等程序；在SQL2000虚拟机中，安装SQLServer2000；在MySQL中安装JAVA、MySQL、Apache、JAVA等；在Oracle虚拟机中，安装Oracle数据库。

在WindowsXP虚拟机的基础上“克隆”出PS的虚拟机，在PS的虚拟机中安装Photoshop等软件。

（3）根据需要，也创建其他的虚拟机，例如WindowsServer2008、Linux等虚拟机，创建之后在虚拟机中安装相应的操作系统、应用软件与VMwareTools。

本解决方案定位于高校高端机房，需要至少1GB内存（推荐3GB以上）、40GB可用硬盘空间。

对于“计算机专业”的机房，至少需要WindowsXP、WindowsServer2003、WindowsServer2008、Linux操作系统，以及Office2003、VC、VB、VS2005、SQLServer、Oracle、AutoCAD等软件，根据需要，划分为以下的虚拟机：

（1）RedHatLinux：

安装RedHatLinux9，在进行“基础”安装后，创建二个“克隆链接”的虚拟机，并分别配置为以“文本”方式启动、以“图形”方式启动。

（2）RHES：

安装RedHatEnterprise5，安装完成后，创建二个“克隆链接”的虚拟机，并分别配置为以“文本”方式启动、以“图形”方式启动。

（3）XP：

基础虚拟机，安装WindowsXPProfessionalWithSP2操作系统，并安装IE7.0，更新补丁至最新。

（4）WS2003：

基础虚拟机，安装WindowsServer2003R2操作系统，以及IE7.0浏览器，并更新补丁至最新。

（5）VC：

在XP虚拟机的基础上“克隆”而来，安装VC6英文版、VB6中文版、VF6中文版、Office2003、ROSE等软件。

（6）PS：

在XP虚拟机的基础上“克隆”而来，安装Photoshop、Protel97、AutoCAD2005等软件。

（7）SQL2000：

在WS2003虚拟机的基础上“克隆”而来，安装SQLServer2000SP4与IIS。

（8）SQL2005：

在WS2003虚拟机的基础上“克隆”而来，安装IIS、Tomcat、SQLServer2005、Java、Apache，并进行配置。

（9）Oracle：

在WS2003虚拟机的基础上“克隆”而来，安装IIS、Oracle数据库、Tomcat、Java、Apache并进行配置。

（10）Windows7：

安装Windows7企业版或专业版。

（11）Windows2008：

安装WindowsServer2008企业版。

4实施步骤

在机房的一台计算机中，使用“还原卡”重新划分分区，其中一个分区需要50GB、文件系统是NTFS，并且划分出一个5～10GB左右的“共用资料盘”，而硬盘剩余的其他分区，可以根据你机房的规划进行设置。

在这个50GB的分区中，以“安装方式”进入该分区，安装WindowsXPWithSP2操作系统，安装操作系统之后，安装驱动程序、还原卡驱动程序以及VMwareWorkstation7.1主程序。

在安装好VMwareWorkstation7.1之后，创建并实现上一节中提到的各个虚拟机，主要步骤包括创建并配置“基础”虚拟机、创建并配置“克隆链接”虚拟机、使用VMwarePlayer启动各虚拟机三部分，下面分别介绍。

4.1创建基础虚拟机

在创建“基础虚拟机”之前，在C盘创建两个文件夹，分别为VMS与Tools，其中VMS文件夹保存虚拟机的文件夹，Tools文件夹复制WindowsServer2003、WindowsXP、RedHatLinux9、RedHatEnterprise5及WindowsServer2008X86的安装镜像文件（ISO）文件。

这样，在创建完虚拟机、在虚拟机中安装操作系统之后，以后学生做实验时，就可以直接使用Tools中的操作系统安装镜像。

然后开始创建“基础”虚拟机，步骤如下：

（1）运行VMwareWorkstation，进入配置页，设置虚拟机默认保存位置为C:

\VMS文件夹，如图1所示。

图1设置虚拟机默认保存位置

（2）创建并配置WindowsXP的基础虚拟机。

使用VMwareWorkstation，创建第1台虚拟机，虚拟机的名称为XP_SP2_8GB，为该虚拟机分配512MB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。

在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的WindowsXP安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装WindowsXP操作系统。

在安装操作系统的时候，将8GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。

安装完成后，安装VMwareTools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。

在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”，如图2所示。

图2创建快照

（3）创建并配置WindowsServer2003R2的基础虚拟机。

使用VMwareWorkstation，创建第2台虚拟机，虚拟机的名称为WS03R2，为该虚拟机分配1GB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。

在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的第1张WindowsServer2003R2安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装WindowsServer2003R2的操作系统。

在安装操作系统的时候，将8GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。

安装完成后，安装VMwareTools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。

在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”。

（4）创建并配置WindowsServer2008（32位）的基础虚拟机。

使用VMwareWorkstation，创建第3台虚拟机，虚拟机的名称为WS08-X86，为该虚拟机分配1GB内存、20GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。

在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的WindowsServer2008（32位）的DVD安装光盘镜像作为该虚拟机的光驱，然后启动虚拟机，并在该虚拟机中安装WindowsServer2008操作系统。

在安装操作系统的时候，将20GB的虚拟硬盘划分为1个分区并使用NTFS文件系统。

安装完成后，安装VMwareTools、安装IE、WinRAR、输入法等必需软件。

在完成上述设置后，关闭虚拟机，并创建“快照”。

（5）创建并配置RedHatLinux9的基础虚拟机。

使用VMwareWorkstation，创建第4台虚拟机，虚拟机名称为Linux，为该虚拟机分配256MB内存、8GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。

在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的RedHatLinux9的第1张光盘镜像作为虚拟机的光驱，启动虚拟机，并安装Linux，在安装的过程中，安装所有的软件。

安装完成后，安装VMwareTools，关闭虚拟机，并创建快照。

（6）创建并配置RedHatEnterprise5的基础虚拟机。

使用VMwareWorkstation，创建第5台虚拟机，虚拟机名称为RHES5-X86，为该虚拟机分配512MB内存、20GB虚拟硬盘、使用NAT网卡、1个虚拟CPU。

在创建完虚拟机后，进入虚拟机设置，使用Tools文件夹中的RedHatEnterprise5的DVD光盘镜像作为虚拟机的光驱，启动虚拟机，并安装Linux，在安装的过程中，安装所有的软件。

安装完成后，安装VMwareTools，关闭虚拟机，并创建快照。

4.2创建克隆链接虚拟机

在创建好“基础”虚拟机之后，接下来，从“基础”虚拟机，创建用于不同软件的“链接”克隆虚拟机，这主要涉及到Linux、WindowsXP与WindowsServer2003的虚拟机，主要步骤如下：

小知识：

链接克隆虚拟机，是VMwareWorkstation提供的一种虚拟机方式，链接克隆虚拟机，从一个“基础”虚拟机创建克隆链接，并使用基础虚拟机的磁盘，新创建的链接克隆的虚拟机，保存启动虚拟机后的数据，但并不影响基础数据。

例如，安装WindowsServer2003需要3GB的空间，创建克隆链接虚拟机后，当克隆链接虚拟机启动后，只会占用很小的空间（大约几MB），只有在克隆链接虚拟机中安装或删除软件、添加或删除数据后，才会根据新的更改占用相应的空间。

使用链接克隆虚拟机，可以减少磁盘空间的占用。

（1）从RedHatEnterprise5克隆出两个虚拟机，分别是RHESForTEXT与RHESForXWindow，然后分别启动，修改RHESForTEXT虚拟机的启动方式为默认进入文本界面，而后者则默认启动到图形界面，你可以修改/etc/inittab配置文件中的

id:

5:

initdefault

运行级别达到这一目的，当ID后面的数字为3时默认进入“文本”界面，图数字为5时默认进入“图形”界面。

（2）从WindowsXP的虚拟机，创建两个克隆链接的虚拟机，安装相应的软件。

例如，在PS的虚拟机中，安装Dreamweaver、Photoshop等软件，如图3所示。

安装完成后，关闭该虚拟机。

图3创建PS虚拟机并安装相应的软件

（3）从WindowsServer2003的虚拟机，创建4个克隆链接的虚拟机，其中“Oracle”的虚拟机，安装Oracle数据库、IIS；SQL虚拟机，安装IIS、SQLServer2000等软件；SQL2005虚拟机，安装SQLServer2005等软件（详见上文）。

并且，当在虚拟机中安装好软件后，还要编辑一个文本文件或者网页，写清当前虚拟机安装的系统、数据库名称、连接的地址、管理员帐户与密码等，并且修改“桌面”以显示这个帮助信息，如图4所示，这样，当学生启动虚拟机的时候就可以看到“帮助”。

图4虚拟机自动启动并显示帮助信息

由于当前虚拟机安装的是WindowsServer2003操作系统，还需要设置让计算机自动以Administrator帐户登录，你可以在“运行”菜单键入controluserpasswords2命令，设置自动登录信息。

（4）按照前面的规划，创建每个虚拟机，并进行相应的配置。

设置的原则是：

如果虚拟机是WindowsXP、Windows7操作系统，则设置管理员密码为空，如果是WindowsServer2003、WindowsServer2008，则可以统一设置密码并且设置自动登录，并且当用户启动每个虚拟机的时候，可以看到相应的信息。

4.3使用VMwarePlayer打开并运行各种虚拟机

在准备好上述所有这些虚拟机并进行测试后，创建VMwarePlayer的快捷方式，用VMwarePlayer打开并运行这些虚拟机。

下面，以创建“VC”虚拟机的快捷方式为例介绍。

（1）在本例中，创建的名为“VC”的克隆链接的虚拟机，保存在C盘C:

\VMS\JFVM-VC目录中，虚拟机的配置文件名称为JFVM-VC.vmx，如图5所示。

图5VC虚拟机的保存位置及配置文件名

（2）将“VMware”程序组中的“VMwarePlayer”快捷方式发送到“桌面”，如图6所示。

图6创建桌面快捷方式

（3）然后修改该快捷方式，在“快捷方式”选项卡中，在“目标”后面，将快捷方式修改为：

"C:

\ProgramFiles\VMware\VMwareWorkstation\vmplayer.exe""C:

\VMS\JFVM-VC\JFVM-VC.vmx"

注意，一定要用英文的双引号，其中前面

"C:

\ProgramFiles\VMware\VMwareWorkstation\vmplayer.exe"

是VMwarePlayer的快捷方式，后面的参数

"C:

\VMS\JFVM-VC\JFVM-VC.vmx"

是指定让VMwarePlayer运行的虚拟机，如图7所示。

图7修改快捷方式

（4）然后在“常规”选项卡中，修改快捷方式的名称为VC，如图8所示，然后单击“确定”按钮，为名为VC的虚拟机创建好了快捷方式，以后双击桌面上的VC图标，就会用VMwarePlayer自动打开并运行该虚拟机，如图8所示。

图8使用VMwarePlayer运行的虚拟机

（5）参照上面

（1）～（4）的步骤，为每个虚拟机创建快捷方式，包括WindowsServer2008及Linux的虚拟机。

图9创建多个使用VMwarePlayer运行虚拟机的快捷方式

（6）为了让学生“习惯”并“掌握”虚拟机的使用，以及各虚拟机包括的内容，你可以编写一个简单的使用说明文件，并且在主机启动之后自动打开该说明，如图10所示，这是一个示例帮助文件，介绍了当前系统中安装的虚拟机内容及基本使用方法。

图10VMwarePlayer基本使用及虚拟机的说明

在实际使用中，发现学生习惯性的“关闭”VMwarePlayer退出虚拟机，而在默认的情况下，如果单击“右上角”的关闭按钮，关闭VMwarePlayer，VMwarePlayer会“休眠”正在运行的虚拟机。

实际上，你可以将默认“关闭”VMwarePlayer的行为，由“休眠”改为“立刻”关机，这样可以加快VMwarePlayer虚拟机的退出时间，方法如下：

（1）打开VMwarePlayer，在“File”菜单中选择“PlayerPreferences”命令，如图11所示。

图11VMwarePlayer设置

（2）在“Preferences”对话框中，将“Whenclosingavirtualmachine”修改为“Poweroffthevirtualmachine”即可，如图12所示。

图12修改关机方式

如果创建了Linux的虚拟机，学生们在实验时，会使用Ctrl+Alt+F1～F7热键切换到不同的终端，但这与VMwareWorkstation默认的热键“冲突”，所以，为了避免这种情况，你可以修改VMwareWorkstation的热键为“Ctrl+Shift+Alt”键，如图13所示。

图13修改VMwareWorkstation热键

4.4不用VMwareACEWorkstation的原因

在我以前的图书中，介绍了使用VMwareACEWorkstation实现高校机房虚拟化解决方案。

经过一段时间的使用，之所以使用VMwarePlayer而不用VMwareACEWorkstation，有以下两点考虑：

（1）VMwareACEWorkstation是商业软件，需要授权费用；而VMwarePlayer是免费软件。

（2）VMwareACEWorkstation的虚拟机，在创建的时候需要加密，而在使用的时候，会有一个检查的步骤。

VMwareACEWorkstation强调的是“安全”，而VMwarePlayer，强调的是“快速”。

对于高校机房来说，不存在“安全”的问题，看重的是实验的速度及学生的易用性。

（3）VMwareACEWorkstation部署虚拟机比VMwarePlayer繁琐，不如VMwarePlayer易用。