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[摘 要]本文介绍了虚拟机技术的基本原理、流行虚拟机软件、虚拟机的特点以及虚拟机技术在校园网中的应用等，为绿色校园网络的构建提供了新的思路，并论述了虚拟机技术对教学实验的辅助作用和对教育科研的巨大帮助。
[关键词]虚拟机技术 校园网络 教学平台
中图分类号：TP393.18 文献标识码：TP 文章编号：1009―914X（2013）22―0339―01
1.引言
随着信息技术的快速发展，校园网络已成为学校管理、教育研究，学生学习，师生交流的重要平台，而信息量的与日俱增，教学一体化的快速发展都给当前的校园网络带来了巨大压力。新的硬件投入（如增加新的服务器、路由器、防火墙、交换机）增加了投入成本和运行维护成本，日新月异的计算机知识又需要更多元化的实验室实践系统，进一步加剧了投入和维护成本，因此，虚拟机技术的出现为构建绿色校园网络提供了良好的解决方案。
2.虚拟机技术简介
2.1虚拟机基本原理
虚拟机是以软件模块的方式构建一种高度隔离的软件容器，它可以运行自己的操作系统和应用程序，就好像是一台独立的物理计算机一样，虚拟机也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡、SCSI卡、USB接口、PCI接口、BIOS等。在虚拟机中可以像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。操作系统无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨，即使是虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。理论上只要物理主机硬件足够强大，你就可以让一台计算机变成无数台计算机。
当前最流行的虚拟机软件包括Virtual PC、VMware Workstation和VirtualBox。Virtual PC可以在 Mac OS X 和 Microsoft Windows 操作系统上模拟x86电脑，并在其中安装、运行操作系统；可以在电脑上同时模拟多台电脑，虚拟的电脑使用起来与一台真实的电脑一样；还可以进行bios设定，可以给硬盘进行分区、格式化等。VMware Workstation允许用户在单一的桌面上同时运行不同的操作系统，可以在一部实体机器上模拟完整的网络环境以及便于携带的虚拟机器，其更好的灵活性和先进的技术胜过了市面上其他的虚拟计算机软件，VMware 在虚拟网路、实时快照、拖曳共享文件夹、支持 PXE 等方面的特点使它成为企业的 IT开发人员和系统管理员必不可少的工具。VirtualBox是一款开源虚拟机软件，可虚拟的系统包括Windows、Mac OS X、Linu、OpenBSD、Solaris、IBM OS2甚至Android 4.0系统等操作系统，与同性质的VMware及Virtual PC比较下，VirtualBox独到之处还包括远端桌面协定（RDP）、iSCSI及USB的支持。
2.2虚拟化的优点
1）服务器蔓延：特别是一个操作系统运行一个应用的情况
2）支持过时操作系统和应用
3）整合没有服务水准（SLA）定义的应用/或者提高服务水准
4）解决机房环境问题：散热、电力、冷却和占地面积
5）提高整个计算平台的平均利用率
6）让灾难恢复系统不再远离x86平台
7）降低支持老旧服务器和应用的成本
8）简化平台和基础架构
9）提高数据中心的灵活性：快速部署，智能、动态资源调配
10）提高安全性
3.基于虚拟机技术的虚拟化校园
3.1校园应用网络
以VMWare Workstation虚拟机为例配置桥接模式的虚拟网络，虚拟机如同主机一样“真实”存在于主机所处的网络环境。设置好主机所处的网络环境IP地址后，虚拟机就可以完全使用主机所在网络环境中的服务，主机网络环境中的各个物理计算机也可以访问虚拟机提供的应用服务。
通过在物理主机上布置多台虚拟计算机，可以实现应用服务彼此间高度的隔离，例如财务管理系统与课程管理系统可以分别布置在不同的虚拟机中，当一台虚拟机崩溃时完全不会影响另一台虚拟机的正常使用，且这些应用服务仅需要一台物理主机，减少了硬件投入，实现了服务器蔓延，提高了数据中心的灵活性和安全性。
3.2校园教学平台
3.2.1教学实践平台
1）计算机维护和组装实践
通过虚拟计算机学生可以进行诸如对硬盘进行重新分区、格式化，重新安装操作系统等“破坏性”操作，这在物理计算机上是不可随意实现的。
2）多操作系统体验
大部分学校使用的都是Windows操作系统，Linux、UNIX等操作系统只停留在理论学习上，而在虚拟机中学生可以充分体验Windows、Linux、UNIX等操作系统的功能，通过实际操作了解和掌握操作系统知识。
3）网络布置及安全实验
计算机网络知识在学习中需要不断的实践才能掌握，一些联网的实验就可以通过虚拟机轻松实现，例如做Window Server 2008联网实验时，需要至少三台计算机、一台交换机、三条网线。而使用虚拟机可以让学生在“人手一机”的情况下很快地组建出实验環境，从而让学生快速的掌握网络知识。
同时由于虚拟机与主机的相互独立性，学生可以在虚拟机中模拟网络入侵、漏洞检测、甚至运行典型的病毒程序，以便更好的研究计算机安全技术。
3.2.2 科研实验平台
1）构建产品测试中心
在教师的科研活动中，特别是在计算机软件测试中需要大量的、具有不同环境和配置的计算机及网络环境，例如有的测试需要Windows 98、Windows Server 2000、Windows XP甚至Windows Server 2003的环境，而每个环境例如Windows XP又需要Windows XP（无补丁）、Windows XP安装SP1补丁、Windows XP安装SP2补丁这样的多种环境，如果使用“真正的”计算机进行测试则需要大量的计算机。而使用虚拟机可以减少在这方面的投资，提高测试速度，且不影响测试的进行。
2）组建绿色编程环境
在科研教学中，往往需要使用大型的应用软件如Ansys、Matlab、LabView、3DMax等，这些软件安装不易，一旦主机发生故障就无法使用，重新安装又将耗费大量时间，如果将其分别安装在虚拟机中，只需要对各自的虚拟硬盘进行简单的复制、粘贴，就可以实现快速的备份和还原。
同时虚拟机为云计算虚拟化提供了最佳的解决方案，为教师进行云计算研究和试验提供了优秀的科研环境。
4.结束语
虚拟机技术为计算机实践教学提供了一种更为便捷的途径，充分挖掘了现有设备的潜力，提高了现有系统的利用率。可以有效地降低校园网络的运行维护成本，提高校园网络的稳定性和安全性，同时可以构建多系统、多功能的中心教学机房，既缓解了当前实验设备不足的问题，又提高了实验设备的安全性，减少了实验老师的繁重工作，增强了学生的动手能力，让学生在实践中更能深刻的理解课本知识，激发了学生学习的积极性。虚拟机技术必将在教学中发挥巨大的作用。
参考文献
[1] 陈伟.高校公共计算机机房多系统实验环境的构建[J].福建电脑.2006（8）
[2] 张婧婧；VMware虚拟化技术来架构企业数据中心[D]；复旦大学；2010
[3] 侯延杰；虚拟机在化工企业MES系统中的应用及性能分析[D]；华东理工大学；2011年
[关键词]虚拟机技术 校园网络 教学平台
中图分类号：TP393.18 文献标识码：TP 文章编号：1009―914X（2013）22―0339―01
1.引言
随着信息技术的快速发展，校园网络已成为学校管理、教育研究，学生学习，师生交流的重要平台，而信息量的与日俱增，教学一体化的快速发展都给当前的校园网络带来了巨大压力。新的硬件投入（如增加新的服务器、路由器、防火墙、交换机）增加了投入成本和运行维护成本，日新月异的计算机知识又需要更多元化的实验室实践系统，进一步加剧了投入和维护成本，因此，虚拟机技术的出现为构建绿色校园网络提供了良好的解决方案。
2.虚拟机技术简介
2.1虚拟机基本原理
虚拟机是以软件模块的方式构建一种高度隔离的软件容器，它可以运行自己的操作系统和应用程序，就好像是一台独立的物理计算机一样，虚拟机也包括CPU、内存、硬盘、光驱、软驱、显卡、声卡、SCSI卡、USB接口、PCI接口、BIOS等。在虚拟机中可以像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。操作系统无法分辨虚拟机与物理机之间的差异，应用程序和网络中的其他计算机也无法分辨，即使是虚拟机本身也认为自己是一台“真正的”计算机。理论上只要物理主机硬件足够强大，你就可以让一台计算机变成无数台计算机。
当前最流行的虚拟机软件包括Virtual PC、VMware Workstation和VirtualBox。Virtual PC可以在 Mac OS X 和 Microsoft Windows 操作系统上模拟x86电脑，并在其中安装、运行操作系统；可以在电脑上同时模拟多台电脑，虚拟的电脑使用起来与一台真实的电脑一样；还可以进行bios设定，可以给硬盘进行分区、格式化等。VMware Workstation允许用户在单一的桌面上同时运行不同的操作系统，可以在一部实体机器上模拟完整的网络环境以及便于携带的虚拟机器，其更好的灵活性和先进的技术胜过了市面上其他的虚拟计算机软件，VMware 在虚拟网路、实时快照、拖曳共享文件夹、支持 PXE 等方面的特点使它成为企业的 IT开发人员和系统管理员必不可少的工具。VirtualBox是一款开源虚拟机软件，可虚拟的系统包括Windows、Mac OS X、Linu、OpenBSD、Solaris、IBM OS2甚至Android 4.0系统等操作系统，与同性质的VMware及Virtual PC比较下，VirtualBox独到之处还包括远端桌面协定（RDP）、iSCSI及USB的支持。
2.2虚拟化的优点
1）服务器蔓延：特别是一个操作系统运行一个应用的情况
2）支持过时操作系统和应用
3）整合没有服务水准（SLA）定义的应用/或者提高服务水准
4）解决机房环境问题：散热、电力、冷却和占地面积
5）提高整个计算平台的平均利用率
6）让灾难恢复系统不再远离x86平台
7）降低支持老旧服务器和应用的成本
8）简化平台和基础架构
9）提高数据中心的灵活性：快速部署，智能、动态资源调配
10）提高安全性
3.基于虚拟机技术的虚拟化校园
3.1校园应用网络
以VMWare Workstation虚拟机为例配置桥接模式的虚拟网络，虚拟机如同主机一样“真实”存在于主机所处的网络环境。设置好主机所处的网络环境IP地址后，虚拟机就可以完全使用主机所在网络环境中的服务，主机网络环境中的各个物理计算机也可以访问虚拟机提供的应用服务。
通过在物理主机上布置多台虚拟计算机，可以实现应用服务彼此间高度的隔离，例如财务管理系统与课程管理系统可以分别布置在不同的虚拟机中，当一台虚拟机崩溃时完全不会影响另一台虚拟机的正常使用，且这些应用服务仅需要一台物理主机，减少了硬件投入，实现了服务器蔓延，提高了数据中心的灵活性和安全性。
3.2校园教学平台
3.2.1教学实践平台
1）计算机维护和组装实践
通过虚拟计算机学生可以进行诸如对硬盘进行重新分区、格式化，重新安装操作系统等“破坏性”操作，这在物理计算机上是不可随意实现的。
2）多操作系统体验
大部分学校使用的都是Windows操作系统，Linux、UNIX等操作系统只停留在理论学习上，而在虚拟机中学生可以充分体验Windows、Linux、UNIX等操作系统的功能，通过实际操作了解和掌握操作系统知识。
3）网络布置及安全实验
计算机网络知识在学习中需要不断的实践才能掌握，一些联网的实验就可以通过虚拟机轻松实现，例如做Window Server 2008联网实验时，需要至少三台计算机、一台交换机、三条网线。而使用虚拟机可以让学生在“人手一机”的情况下很快地组建出实验環境，从而让学生快速的掌握网络知识。
同时由于虚拟机与主机的相互独立性，学生可以在虚拟机中模拟网络入侵、漏洞检测、甚至运行典型的病毒程序，以便更好的研究计算机安全技术。
3.2.2 科研实验平台
1）构建产品测试中心
在教师的科研活动中，特别是在计算机软件测试中需要大量的、具有不同环境和配置的计算机及网络环境，例如有的测试需要Windows 98、Windows Server 2000、Windows XP甚至Windows Server 2003的环境，而每个环境例如Windows XP又需要Windows XP（无补丁）、Windows XP安装SP1补丁、Windows XP安装SP2补丁这样的多种环境，如果使用“真正的”计算机进行测试则需要大量的计算机。而使用虚拟机可以减少在这方面的投资，提高测试速度，且不影响测试的进行。
2）组建绿色编程环境
在科研教学中，往往需要使用大型的应用软件如Ansys、Matlab、LabView、3DMax等，这些软件安装不易，一旦主机发生故障就无法使用，重新安装又将耗费大量时间，如果将其分别安装在虚拟机中，只需要对各自的虚拟硬盘进行简单的复制、粘贴，就可以实现快速的备份和还原。
同时虚拟机为云计算虚拟化提供了最佳的解决方案，为教师进行云计算研究和试验提供了优秀的科研环境。
4.结束语
虚拟机技术为计算机实践教学提供了一种更为便捷的途径，充分挖掘了现有设备的潜力，提高了现有系统的利用率。可以有效地降低校园网络的运行维护成本，提高校园网络的稳定性和安全性，同时可以构建多系统、多功能的中心教学机房，既缓解了当前实验设备不足的问题，又提高了实验设备的安全性，减少了实验老师的繁重工作，增强了学生的动手能力，让学生在实践中更能深刻的理解课本知识，激发了学生学习的积极性。虚拟机技术必将在教学中发挥巨大的作用。
参考文献
[1] 陈伟.高校公共计算机机房多系统实验环境的构建[J].福建电脑.2006（8）
[2] 张婧婧；VMware虚拟化技术来架构企业数据中心[D]；复旦大学；2010
[3] 侯延杰；虚拟机在化工企业MES系统中的应用及性能分析[D]；华东理工大学；2011年