第１４卷总４９期 Ｖｏ１．１４ Ｓｕｍ Ｎｏ．４９ 新疆广播电视大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＪＩＡＮＧ ＲＴＶＵ ２０１０年第３期 Ｎ０．３．２０１０ 计算机虚拟化技术在教学及其相关领域的应用 诸葛华 （新疆广播电视大学，新疆乌鲁木齐８３００４９） 摘要：伴随着科学的不断发展，各种新技术层出不穷，而各个学科相互融合发展，又产生了许多新的学 科技术。本文从虚拟化的概念介绍入手，阐述了虚拟化技术的分类及其应用优势，适当确定了虚拟技术在实践 教学中巨大的应用价值。 关键词：虚拟技术；信息化；教育；应用 １０．３９６９０．ｃｎ．６５—１ １８９（ｇ４）２０１０．０３．０１５ 一、引言 的设备功能更强，好象在使用一台真的设备一样； 随着信息化社会的到来，人们对信息处理的速 同时又没有硬件维护的困扰，亦能达到身临其境、 度要求越来越高。计算机作为信息处理的重要工 事半功倍的效果，从而显著提高计算机的运行效 具，人们一直在为提高它的性能和工作效率而不断 率。 探索开发新的技术方法。应运而生的虚拟化技术是 近几年，随着虚拟化技术的特点和优势越来越 在信息革命为中心的当代出现的一项高新技术，它 多被人们发现，虚拟化的硬件条件不断成熟，虚拟 是基于计算机、网络及其相关设备条件下再现物理 化技术的发展也进人了高速发展时期，尤其是电子 和现实世界及其实现各种技能要求的技术。虚拟化 技术、计算机技术等学科的发展，利用网络技术、 是一种方法，本质上讲是指从逻辑角度而不是物理 多媒体技术等现代信息技术手段开展起来的现代远 角度来对资源进行配置，是从单一的逻辑角度来看 程教育是一种具有很强生命力的新型教育形式。 待不同的物理资源的方法，是物理实际的逻辑抽 二、应用虚拟化技术的优势 象。虚拟化对于不同的人来说可能意味着不同的东 １．整合资源，减少软硬件数量，降低投资成 西。这要取决于他们所处的环境。在计算机科学领 本，显著提高设备资源的利用率。将多种低消耗的 域中，虚拟化代表着对技术资源的抽象，而不仅仅 业务利用整合到一台服务器上，可以充分发挥服务 局限于虚拟机的概念。例如对物理内存的抽象，产 器的性能，从而提高整个系统的整体利用效率。 生了虚拟内存技术，使得应用程序认为其自身拥有 ２．随着设备数量的减少，有效地降低能源成 连续可用的地址空间，而实际上，应用程序的代码 本，空间占有率和电力、存储、网络组件消耗大幅 和数据可能是被分隔成多个碎片页或段，甚至被交 下降，从实处响应了节能减碳绿色环保的号召。 换到磁盘、闪存等外部存储器上，即使物理内存不 ３．提高系统整体可靠性，软硬件资源部署速度 足，应用程序也能顺利执行。简单的说，计算机虚 加快，资源能够全局共享，从而保证了数据资源的 拟技术就是把计算机的运算能力、存储空间、应用 安全性。 程序等资源抽离出来，可以降低成本，扩大硬件的 ４．集中式管理，简化了运维操作流程，系统易 容量，提高系统的吞吐量，简化软件的重新配置过 于维护。通过搭建虚拟化环境，在一台服务器上模 程，无论是功能上，还是使用的便利上，都比实际 拟多个不同的操作系统，创造了一个方便而廉价的 收稿日期：２０１０－０７－２０ 作者简介：诸葛华，女（汉族），新疆广播电视大学信息处助理工程师。 ・６０・ 第ｌ４卷总４９期 Ｖｏ１．１４ Ｓｕｍ Ｎｏ．４９ 新疆广播电视大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＪＩＡＮＧ ＲＴＶＵ ２０１０年第３期 ＮＯ．３．２０ｌ０ 调试环境。 三、虚拟化技术的分类 虚拟化技术可以看作是将所有不同资源和逻辑 单元剥离，形成松耦合关系的技术集合。对于虚拟 化技术的分类有很多种，就现行的虚拟化技术而 言，虚拟化技术主要分为以下几个大类： １．台虚拟化（Ｐｌａｔｆｏｒｍ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ），针对计算 机和操作系统的虚拟化。平台虚拟化技术又可以细 分为几个子类：全虚拟化、超虚拟化、硬件辅助虚 拟化、部分虚拟化、操作系统级虚拟化。 ２．源虚拟化Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ），针对特定 的系统资源的虚拟化，比如内存、存储、网络资源 等。 ３．应用程序虚拟化（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）， 包括仿真、模拟、解释技术等。 这种分类并不是绝对的，一个优秀的虚拟化软 件往往融合了多项技术。 例￣ｒｌＶＭｗａｒｅ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ是一个著名的全虚拟 化的ＶＭＭ，但是它使用了一种被称为动态二进制 翻译的技术，把对特权状态的访问装换成对影子状 态的操作，从而避免了低效的Ｔｒａｐ—Ａｎｄ—Ｅｍｕｌａｔｅ的 处理方式，这与超虚拟化相似，只不过超虚拟化是 静态地修改程序代码。对于超虚拟化而言，如果能 利用硬件特性，那么虚拟机管理将会大大简化，同 时还能保持较高的性能。 虚拟化主要是应用架构的重建，按照微软的解 释，虚拟化是表示与流程分离（表示层虚拟化）、 应用与硬件进行分离（应用虚拟化）、操作系统与 计算机分离（桌面虚拟化）、存储与设备分离（存 储虚拟化），以及资源与环境分离（网络虚拟化）， 换句话说就是用户服务与硬件基础的分离。以典型 的虚拟化平台一一微软Ｗｉｎｄｏｗｓ２００８中的Ｈｙｐｅｒ— Ｖ为例，它可以将多个物理系统进行统一，同时提 供一个集成的物理和虚拟机器管理环境，提高资源 的有效利用，使操作更加灵活而且同时简化了变更 管理。 四、基于计算机虚拟化技术的教育教学实践应用 教育是借助于一定的技术手段来实现的，因此 教育技术的变革，必然会带来教育模式、规模和意 识上的变革。计算机虚拟技术是利用计算机的模拟 技术，产生和实际的硬件设备功能一模一样的工具 软件，而生成的软件功能更强，使用更方便，同时 叉没有硬件维护困扰。它能够为学习者提供生动、 逼真的学习环境，对调动学习者的积极性，突破教 学的重点、难点，培养学习者的技能都能起到积极 的作用。 在教学实践过程中引入计算机虚拟化技术，使 学科之间、专业之间的界限逐渐淡化、消失。从以 教师、课堂为中心向以多样化教学为中心转变；从 金字塔式的多层教育培养模式向扁平式的网络培养 模式转变；从传统被动学习方式向学校、教师、学 生互动学习方式转变。计算机虚拟化技术正在充实 现代教育技术的内涵和外延，它使得教学效果实时 显现，教学内容动态调整，教学过程不断修正都成 为现实。 １．虚拟光碟的应用。使用虚拟光碟这种重要的 工具并借助于计算机来学习和掌握现代知识，这也 是计算机辅助教学（ＣＡＩ）的一种新的教学手段。尤 其是现今随着现代远程教育的发展和普及，这种形 式在教学上大大减少了教学过程中的重复劳动，并 能达到很好的教学效果。 ２．虚拟教室的应用。它可以为学习者提供一种 新型的学习环境，能够根据学习者的学习特点和学 习风格采用不同的教学策略。虚拟教室应用程序通 过计算机网络建立一个虚拟的教室环境，教师与学 生能够同时在网络上通过文字、声音、图像进行双 向互动式讨论交流，真正实现了实时交互式教学和 其他综合性的多媒体功能，并能够支持通过网络向 所有学生传递任何格式的影像和声音数据。 ３．虚拟仿真实验。虚拟仿真实验就是结合电子 电路的特点，利用计算机虚拟一个模拟的、可视化 的实验操作环境。如电路模拟，用软件形式的仿真 电子电路来模拟被控对象、或控制器、或整个系统 的数字模型。虚拟仿真实验应用在模拟电子技术课 程教学中，将会打破传统教学模式， “以虚带 实”， “以软带硬”，很好地解决了实际实验操作 过程受限于硬件设备仪器的问题。 ４．网络设备的虚拟化操作配置。在传统的网络 设备的联网配置实验中，需要购买相应的交换机和 路由器设备，而这些设备型号繁多、价格昂贵，而 且更新周期短。为了解决此类问题，可以在网络相 关实验中采用网络仿真软件对网络设备虚拟化使 用，它可以在个人计算机上模拟交换机、路由器的 配置过程。其中ＢＯＳＯＮ Ｎｅｔｓｉｍ算得上是操作最接近 ・６１・ 第１４卷总４９期 Ｖｏ１．１４ Ｓｕｍ Ｎｏ．４９ 新疆广播电视大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＮＪＩＡＮＧ ＲＴＶＵ ２０１０年第３期 Ｎ０．３．２ＯｌＯ 真实环境的模拟工具软件。与真实实验相比，使用 通过ＶＰＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ，虚拟专 它省去了制作网线连接设备，频繁变换 ＣＯＮＳＯＬＥ线，不停地往返于设备之间的环节。同 网）技术构建远程虚拟专网，借助公共互联网，拓 展原校园网络，能用更低的成本，更安全、 高效地 时，它还具备一项非常强大的功能，那就是自定义 网络拓扑结构及连接。通过ＢＯＳＯＮ Ｎｅｔｓｉｍ可以随意 构建不同类型的网络，并且ＰＣ、交换机、路由器都 可以被模拟出来，而且它还能够模拟多种连接方 式。 将校与校及远程用户联接在一起，并且能够保证数 据的安全传输。校园网外的用户不仅可以通过宽带 ＡＤＳＬｉ）￣问校内的资源，访问校内的电子图书馆及 电子期刊，还可以通过公共ＩＰ地址建立自己的 ｗｗｗ，ｑｉ务器，真正实现资源共享，从而形成一个 以下是几种现今较流行的虚拟化软件： ＶＭｗａｒｅ ＷＯｒｋｓｔａｔｉｏｎ或ＶＭｗａｒｅ Ｓｅｒｖｅｒ￣件都能 在每台个人计算机上同时运行多个虚拟机，运行不 同的操作系统，不论是Ｗｉｎｄｏｗｓ还是Ｌｉｎｕｘ操作系 统；可以分别将虚拟机规划于多个网段，进行网络 教学和服务器管理的实验。 思杰Ｃｉｔｒｉｘ ＸｅｎＤｅｓｋｔｏｐ￣现如今桌面虚拟化产 品的典型代表。目前在全球拥有超过２３万个企业 客户，每天有１亿人都在使用思杰的桌面虚拟化来 完成自己的工作。通过它，校园网络管理人员能 够在任何时间或边远地点像在办公室一样高效办 公；跨区域地集中管理ＩＴ基础设施等；学习者也不 再受时间地域的限制，可以随时随地进行在线学 习，如在家中、或者在路上，应用ＰＣ、笔记本甚 至手机等各种终端设备，可以非常便捷的获得学 习者自己的电脑桌面来进行学习，而不必拘泥于 固定的客户端，使用者再也不必为病毒充斥的 ＰＣ感染网络或者黑客窃取ＰＣ里面的数据而烦心。 同时它也为校园互联网集中虚拟访问提供了很好 的解决方案。 Ｈｙｐｅｒ－Ｖ是微软伴随Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｓｅｒｖｅｒ ２００８最新 推出的服务器虚拟化解决方案。Ｈｙｐｅｒ—Ｖ的基本架 构简化了虚拟机和硬件之间的层数，执行效率非常 高，可以更加充分利用硬件资源，使虚拟机系统性 能非常接近真实的操作系统性能，让开发人员无需 重复部署环境，只需要在一个已经存在的、安全 的、稳定的虚拟机上进行简单操作，几分钟后便能 “变”出一个一模一样的虚拟机。原本需要几个小 时的工作，被压缩了几倍甚至十几倍，开发人员可 以花更多的时间关注再开发本身。 五、计算机虚拟化技术在信息化领域的应用 计算机虚拟技术是校园网信息化应用比较多的 一项技术，校园网中所实现的许多功能都是依靠虚 拟技术来实现的。 ・６２・ 虚拟的教育城域网，也可以为校内网络办公系统提 供方便的通道。如，为了能够与地州分校共享教学 资源，我校建立了虚拟ＶＰＮ，所有的分校教师可以 通过授权虚拟ＶＰＮ帐号进行拨号，在校园网外实现 对网内资源的访问；也可以通过虚拟ＶＰＮ拨号后， 下载三分屏制作软件的客户端，在线录制、制作、 上传三分屏课件。 虚拟ＶＬＡＮ（Ｖｉｔｒｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ，虚拟 局域网）技术是校园网中最常使用的一种技术，它 是在交换局域网的基础上，构建可跨越不同网段、 不同网络的端到端的逻辑网络。通过将校园网络划 分为虚拟子网，可以强化网络管理和网络安全，提 高网速，减少网络风暴。 通过网络虚拟化技术，在某些对网络流量有特 别需求的地方，可以通过端口聚合的模式，使物理 上多个端口互连成逻辑上的一个端口，提高并发 Ｉ／０吞吐率，并且在某一个物理网络端口出现故障 时，也可以保证网络服务通畅，不对业务系统的运 行造成影响。 六、结束语 随着计算机虚拟技术的不断成熟以及虚拟化 技术操作更接近于大众化，基于虚拟技术的实践教 学会得到更加广泛的应用，它所采用的方式也必然 向着更灵活、更智能化的方向发展，虚拟化技术的 特性也正符合我们走一条可持续发展的节约型的信 息化建设之路。 参考文献： ［１］１石磊，邹德清，金海．虚拟化技术【Ｍ】．华中 科技大学出版社，２００９． ［２金海．计算系统虚拟化——原理与应用【２］Ｍ］． 清华大学出版社，２００８． ［３张淑芬，陈学斌，张帅．虚拟化技术在计算 ３］机实践教学中的应用研究ｆＪ】．计算机教育，２００９，（７）．