發布時間：2016-05-25所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： LINUX操作系統作為一種開放、自由、免費的軟件，它支持多用戶及多任務，支持網絡環境，系統安全性較高，管理方便易用，在各類行業中應用越來越廣。本文主要針對LINUX實驗平臺的局限性及解決辦法進行了一些研究，文章是一篇 數據采集與處理期刊投稿 的論文范
LINUX操作系統作為一種開放、自由、免費的軟件，它支持多用戶及多任務，支持網絡環境，系統安全性較高，管理方便易用，在各類行業中應用越來越廣。本文主要針對LINUX實驗平臺的局限性及解決辦法進行了一些研究，文章是一篇數據采集與處理期刊投稿的論文范文。
摘要：分析了傳統LINUX 實驗平臺存在的不足：系統環境容易受到修改及破壞、硬件設備支持不足、難以做到“教學做”一體化。討論了構建虛擬機LINUX實驗平臺，可以“無限”擴展硬件設備，對系統進行破壞性修改及調試而不會影響系統，實驗過程實現“教學做”一體化等等，有效地解決了在物理機上實驗存在的不足。
關鍵詞：虛擬機,LINUX,Vmware,實驗平臺
Limitations and Solutions of LINUX Experimental Platform
HE De-xian
(Qujing Industrial and Commercial Vocational Technical Schools， Qujing 655000， China)
Abstract： Analysis of the defects in the traditional LINUX experiment platform：system environment susceptible to modification and destruction，lack of hardware support， hard to do integration of “teaching and studying and doing". Build a virtual machine LINUX experiment platform is discussed， which can be "infinite" extend hardware devices， to destructive modification and debugging system without affecting system， experimental process achieved the integration of "teaching and studying and doing" and so on， effectively solves the problems existing in physical experiment.
Key words： Virtual machine; LINUX; Vmware;Experimental platform
作為應用本科類院校及高職院校，常常在計算機類專業中開設LINUX網絡操作系統或操作系統實踐課程，課程常以實驗項目方式來完成一系列的實驗，因此，搭建一個良好的LINUX或操作系統實驗平臺，對于教師的教學、學生的實訓是非常重要的。然而，傳統的實驗環境搭建困難、存在諸多不便因素，因此，改進實驗平臺的搭建方法、改進實驗方案、提高教學成效，是一個重要的課題。操作系統的實驗平臺搭建在文獻一中已有討論[1]，不是本文討論的重點。
1 傳統LINUX實驗平臺的局限性及存在的問題
1.1 傳統LINUX實驗平臺實驗要求
LINUX網絡操作系統的實驗內容一般有：LINUX操作系統的安裝、LINUX基本指令、LINUX文件系統、賬戶與組管理、配置磁盤管理、網絡配置與服務管理、網絡服務器配置與管理(其中有Samba服務器配置與管理、DHCP服務器配置與管理、DNS服務器配置與管理、Apache服務器配置與管理、FTP服務器配置與管理、SSH服務配置與管理等)，甚至是嵌入式LINUX試驗[2]。以上的實驗內容幾乎都要在多用戶的網絡環境下實現，部分實驗對硬件設備要求比較苛刻，比如磁盤管理中的LVM系統搭建、RAID搭建與配置，要求硬件系統至少有兩塊空閑硬盤，網絡配置中要求有多網卡的條件，LINUX操作系統安裝要求硬件有光驅且每次都要安裝光盤…… 這些要求對于一個普通機房，是很難滿足的要求的[3]。
1.2 存在的問題
上述實驗內容，對計算機機房的硬件及軟件條件要求較高，所在，傳統機房的實驗環境存在下列問題：
1.2.1教師教學平臺及多媒體教學課件不能實現同步
為了節約成本，目前大部分實驗機房配置的是電子教室系統，很少單獨配置投影或電子白板等設備，而電子教室系統又主要以windows平臺的為主，LINUX平臺上的幾乎沒有。所以，在LINUX的實驗教學中，教師很難在LINUX環境下用電子教室系統進行實驗教學和展示多媒體課件，如切換為windows平臺，又難以實現LINUX環境的真實教學演示。所以，這是一個兩難的選擇，如果實驗機上安裝兩種操作系統，切換起來非常麻煩，這使得傳統的實驗環境很難滿足現代教學的需求。
1.2.2 實驗室管理和維護困難
現代的學生機房，管理人員為了減少系統的維護工作量，往往在系統中裝有保護系統，不論用戶對操作系統做什么操作，只要在系統重新啟動后，便能還原到初始狀態。這種方式對LINUX實驗環境是不利的，因為LINUX的許多實驗操作要求重新啟動系統才能生效，在受保系統的系統中完成LINUX實驗，許多實驗是無法實現的。但是，如果不保護系統，學生每次對系統的修改，都可能使系統的性能受到影響，甚至會破壞系統，不能保證系統是一個“干凈”的狀態，所以，要保證每次實驗前系統狀態的初始化，無疑會加重實驗管理人員的負擔。這也是一個兩難的選擇，在真實計算機上安裝系統無法解決這樣的問題。
1.2.3 實驗室硬件設備無法滿足實驗要求
真實計算機上的LINUX實驗平臺，網絡適配器的數量及型號、硬盤的數量及容量、有無光盤驅動器、內存容量等性能指標，是固定不變的，以后也很難有變化。但在LINUX實驗平臺中，有些實驗要求硬件設備超出常規要求，如有些實驗要求有計算機有兩塊及以上的網絡適配器(網卡)，有些實驗要求有兩塊甚至更多塊空閑硬盤，有的實驗要使用打印機設備等等，如果建設實驗時要滿足各類實驗要求，就必須投入大量資金來搭建實驗平臺，這對投入預算不足的實驗室是個難題，一般的學生機房很難滿足上述硬件配置要求，從而無法完成實驗要求。 1.2.4 實驗結果測試與實驗報告的整理困難
LINUX實驗中一些實驗測試需要兩臺及兩臺以上的計算機參與，如DHCP、DNS、Apache、FTP等服務器搭建與配置，需要用LINUX主機作為服務器，至少一臺計算機作為客戶機，來進行各項功能的測試。在真實LINUX平臺，學生在一臺計算機上顯然無法進行這樣的測試，只有與他人合作完成，這樣增加了實驗時間，無法達到獨立實驗的目的;另外，有些實驗需要整理實驗報告電子文檔，這些實驗報告電子文檔又通常是在windows平臺上用WORD來處理，在LINUX平臺上的某些實驗結果(如截圖)，如果要存放到WORD文檔，這當然是很不方便的，雖然LINUX平臺也提供了文檔處理軟件，但通用性并不是很強，在文檔交換中不如WORD文檔方便通用。
針對以上的問題或不足，利用虛擬機平臺搭建的LINUX虛擬機實驗環境，以上問題迎刃而解。
2虛擬機技術及常用VMM
2.1 虛擬機技術
虛擬機技術是通過虛擬化模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。對硬件資源的虛擬化，可以在一臺服務器(宿主機)上模擬出多個相同或不同的硬件平臺，從而能夠同時運行多個不同類型操作系統并實現相互隔離。
虛擬機技術最早由 IBM 提出，主要用于實現昂貴大型計算機系統的安全共享，后來被移植到PC平臺。虛擬機監視器(Virtual Machine Monitor，VMM)是虛擬機技術的核心，它是一層位于操作系統和計算機硬件之間的軟件，用來將硬件平臺分割成多個虛擬機。
目前典型的VMM有VMware公司的VMware workstation，Microsoft公司的Virtual PC和Oracle公司的VirtualBox，其中VirtualBox虛擬機的建立在文獻4中作過論述[4]。這三個平臺大同小異，現以VMware workstation為例說明其功能及特點。
2.2 VMware workstation虛擬機平臺
VMware Workstation(中文名“威睿工作站”)是一款功能強大的桌面虛擬計算機軟件，提供用戶可在單一的桌面上同時運行不同的操作系統，和進行開發、測試、部署新的應用程序的最佳解決方案。
VMware Workstation可以讓我們在一臺機器上同時運行兩個或更多Windows、DOS、Linux、Mac系統[5]，每個操作系統都可以進行虛擬的分區、配置而不影響真實硬盤的數據，每個操作系統都可以虛擬出一個或多個硬件設備，如硬盤、網絡適配器等。你甚至可以通過網卡將幾臺虛擬機用網卡連接為一個局域網，作為網絡配置及網絡服務器測試極其方便。
3利用VMware Workstation平臺搭建的LINUX虛擬機實驗環境的優勢
3.1 擴充“無限”的硬件設備
在LINUX虛擬機環境里，計算機的許多硬件是可以定制或添加的，如內存、CPU數量、硬盤數量及類型、網絡適配器及類型以及CD/DVD驅動器等等，如圖1所示。用戶可以通過硬件添加向導添加一個或多個容量不同的硬盤，也可以添加不同的CD-ROM驅動器、網絡適配器、打印機、通用SCSI設備等等。這些硬件的生成，只有內存容量和CPU受當前物理計算機的限制，而其他設備幾乎不受限制――即使硬盤數量及容量受當前物理硬盤容量限制，對目前大容量硬盤來說，這種限制顯然是微不足道的。舉例來說，當前計算機物理硬盤為1TB，為虛擬機申請10%的容量作為虛擬硬盤，也達到100GB，如在教學中作為虛擬硬盤使用，可虛擬出至少5個20GB的硬盤，如圖2所示。這樣虛擬出來的硬盤，用戶完成RAID系統實驗、LVM系統實驗，是在物理計算機上無法比擬的。
3.2具有“金剛不壞之身”虛擬機
實驗機房首先安裝WINDOWS系統，WINDOWS系統上安裝VMware workstation虛擬機平臺，在此平臺上再安裝上LINUX系統，最后對整個系統進行還原保護。如果實驗用這樣的策略來處理，即滿足用戶靈活地對LINUX系統進行組件安裝、修改配置、重新啟動已達到生效的目的，又可保證LINUX虛擬機有“金剛不壞之身”，即不論用戶對虛擬采取何種措施，如修改配置、安裝程序、刪除文件，甚至是刪除分區、格式化硬盤等等――這些行為對物理計算機有嚴重的影響，一般是是禁止的。用戶如需要上述操作生效，只需要重新啟動LINUX虛擬機便可;如果發現上述操作對系統造了致命的損害，只需要重新啟動宿主機操作系統，以上的行為通通失效，這對于保護虛擬機系統，但又不限制用戶對虛擬機的操作，是非常有意義的。
3.3 有利于實驗結果的測試與整理
在LINUX操作系統上要完成一些實驗，往往要對系統進行安裝、配置、重新啟動等一活動。在物理機上完成上述活動，如果機房安裝了還原系統，在重新啟動系統后，配置會還原失效;但在虛擬上完成，重啟虛擬機不會對系統進行還原，可保留用戶對系統的修改，得到真實的實驗結果。另外，實驗結論的整理也是非常方便的，如果要邊做實驗邊整理實驗報告，或者要存儲實驗截圖，在虛擬機環境下非常容易實現。在宿主機上建立實驗報告文件，在虛擬機上完成實驗過程，期間可通過窗口的切換來實現不同界面的轉換，屏幕信息、數據或屏幕截圖也很容易通過WINDOWS系統或第三方軟件來實現。這樣在實驗過程中就可整理實驗報告，非常方便哪些實踐性比較強的實驗項目。
4 結束語
本文結合作者教學工作實際，分析了LINUX實驗教學中面臨的問題和困難，在實驗物理機上完成LINUX的實驗，對實驗機房的硬件要求非常高，需投入大量資金購買不同設備;對機房的軟件維護也需投入大量人力物力進行;實驗過程中不能做到“教學做”一體化過程。提出了在VMware Workstation平臺上的LINUX虛擬機完成一系列的實驗過程，可解決上述資金投入量大、設備與軟件系統維護工作量大的不足，而且實驗過程做到“教學做”一體化，即教師教學、學生學習、學生實驗可同時開展，極大地方便了實驗過程，縮短了實驗時間、提高了實驗效率，是LINUX實驗平臺的極好選擇。
參考文獻：
[1] 莊城山.虛擬機技術在網絡操作系統課程實踐教學中的應用[J].安徽師范學院學報(自然科學版)，2015，21(2)：212-122.
[2]羅龍.基于Linux的嵌入式實訓平臺及實驗的設計與實現[D]，大連理工大學，2013：3-30.
[3]肖亮.基于LINUX的操作系統實驗平臺的設計與實現[D]，中南大學，2013：1-45.
[4]單康杰.基于virtualbox的虛擬化管理系統的設計和實現[D]，電子科技大學，2014：5-8.
[5] 李浩.基于VMware的多操作系統網絡實驗平臺的構建[D].南昌大學，2012：7-10.
[6] 苗鳳君，盛劍會.網絡操作系統及配置管理[M].北京：清華大學出自版社，2015.
相關期刊簡介：《數據采集與處理》是中國科協主管，由中國電子學會、中國儀器儀表學會所屬信號處理學會，中國儀器儀表學會、中國物理學會所屬微弱信號檢測學會和南京航空航天大學聯合主辦，南京航空航天大學出版，并向國內外公開發行的技術刊物。榮獲2007年被評為江蘇省優秀期刊、中國科協優秀期刊、江蘇省一級期刊雙效期刊。
SCISSCIAHCI
