基于Hyper_V的虚拟化技术在计算机基础课程实践教学中的应用_金沂
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MicrocomputerApplicationsVol.30,No.5,2014开发应用微型电脑应用2014年第30卷第5期・51・文章编号：1007-757X(2014)05-0051-03
基于Hyper－V的虚拟化技术在计算机基础课程实践教学中的应用金沂摘要：计算机基础课程实践教学作为计算机教学的重要环节，对学生实践能力与创新能力的培养起着非常关键的作用。如何提高实践教学的质量，加强学生实践能力的培养，提高其综合素质，是实现计算机基础教育培养目标的重要抓手。计算机实践教学的研究方兴未艾，计算机软硬件、网络技术的发展成果大量应用与计算机实践教学，虚拟化技术是其中重要的组成部分。通过对虚拟化技术发展的介绍与分析，探索基于微软虚拟化产品的计算机实践教学环境及架构方式；并总结出虚拟化实验教学平台的优势及应用意义。关键词：虚拟化计算机实践教学；Hyper－V中图分类号：TP311文献标志码：A
TheApplicationofVirtualizationTechnologyBasedonHyper-VinthePracticeTeachingofComputerBasicCoursesJinYi(TechnologyandApplicationofComputerDepartment,QinghaiUniversity,Qinghai810016,China)Abstract:PracticeteachingasanimportantpartofComputerbasiccourseplaysaveryimportantroleintraining
students'practicalabilityandinnovationability.Howtoimprovethequalityofpracticeteaching,strengthenthestudents'practicalabilityandimprovetheircomprehensivequalityisanimportantmeansofcarryingoutthecultivationaimofcomputerbasiceducation.Researchoncomputerpracticeteachingisblossoming.Thedevelopmentalachievementofcomputersoftwareandhardwareandalsonetworktechnologyaregreatlyappliedincomputerpracticeteaching.Virtualizationtechnologyisoneofimportantparts.Throughintroducingandanalyzingthedevelopmentofvirtualizationtechnology,thispaperexplorestheenvironmentandstructuremodeofcomputerpracticeteachingwhichbasedontheproductsofMicrosoftvirtualizationandalsosummarizestheadvantagesandapplicationsignificancesofvirtualexperimentteachingplatform.Keywords:Virtual;ComputerPracticeTeaching;Hyper-V
0引言
计算机应用基础课程作为计算机教学的第一层次，是大学本科生的必修课程。它的教学目标是培养学生掌握在未来信息化社会里更好地学习、工作和生活所必须具备的计算机基础知识和基本操作技能，并进行计算机文化道德规范教育。
1虚拟化技术在计算机实践教学中的应用背景
随着计算机技术的不断发展，计算机硬件与软件的发展更是日新月异，计算机实践教学面临着前所未有的挑战与机遇。首先，计算机教学内容需要不断更新，计算机科学发展的最新知识的引入必不可少。教学内容的“与时俱进”要求实
验教学内容与实验教学平台、环境及实践教学方法不断更新，但计算机实践教学平台及环境的升级、更新需要巨大资金支持及较长的时间周期。许多高校的计算机教学与实践出现了不断发展的教学需求与现实中硬件设备及软件不相匹配的矛盾，主要表现在计算机硬件资源与操作系统更新相对
滞后、实验教学机器设备陈旧、故障率高、真实环境难于操作等问题，因而计算机的实践教学也因此受到了较大影响。如何利用有限的计算机资源，完成更多的计算机实践教学任务，成为各个学校亟待解决的问题。传统计算机实验室是在配置一定的硬件设施基础上（若干服务器及一定数量PC，组建局域网络），管理人员配置并
管理服务器，PC统一安装系统软件及相关应用软件，为了
保障实验设备可靠运行，对于部分设备和功能进行保护和禁用。这种环境主要存在下面几方面的问题：1）硬件、软件
资源固化，学生无法安装或更改软件环境，软件更新滞后，无法满足学生按需自主学习的需求；2）由于系统保护，系
统底层操作的实践教学内容无法实现，比如硬盘分区，硬盘低级格式化，操作系统安装等；3）为了适应不断发展的软
件需求，不断增加软件，造成硬件负荷大，系统效率降低；4）受保护的系统无法实现计算机网络、计算机安全等实践
教学内容；5）服务器资源利用率低。
通过使用虚拟化技术，动态配置资源，提高设备的利用
——————————————作者简介：金沂(1972-)，男，青海西宁，青海大学计算机技术与应用系，副教授，研究方向：计算机的教学与科研，西宁，810086MicrocomputerApplicationsVol.30,No.5,2014开发应用微型电脑应用2014年第30卷第5期・52・率和效率，便捷的管理设备是解决此类问题最直接最有效的方法。一方面，解决了受保护的系统与实验之间的矛盾，不必再为这些实验取消对系统的保护或更换系统，方便了实验室的管理；另一方面，也给学生提供了更广阔的实训空间，提高了学生的学习兴趣。2虚拟化技术概述2.1虚拟化技术起源与研究目标：回顾历史，虚拟化技术由来已久，早在上世纪60年代，美国的计算机学术界就开始了虚拟技术的萌芽发展，进而应用于商业市场。虚拟化技术的最初应用于大型主机，而最早使用虚拟化技术的是IBM7044计算机，之后相继开发了型号为Model67的System/360主机。由于Model67主机通过虚拟机监视器(VirtualMachineMonitor)虚拟所有的硬件接口，使得高效利用直接运行在底层的硬件部分，使得可以同时运行多个虚拟设备，进而进一步演化发展。通过虚拟机技术，可以有效的实现多个操作系统的同时使用，继而在RISC服务器与小型机陆续开始采用虚拟化技术，通过IBM在1999年提出的逻辑分区的概念，直到发展成动态逻辑分区(DLPAR)技术，使得在不中断运行的情况下进行资源分配，不仅令系统管理更加轻松，而且更好地使用资源降低总拥有成本[1]。当时，人们研究虚拟化的目标是充分利用相对昂贵的硬件资源，通过虚拟机让更多的人能够借助终端设备接触和使用计算机系统。2.2虚拟化技术的发展与产品：随着计算机系统硬件性能的不断提高，计算系统虚拟化技术又重新成为计算机体系结构领域的研究热点，其原因主要有以下两个方面[2]：其一，经过多年的发展，计算机系统在变得越来越强大的同时，也在变得越来越难以管理，特别是随着处理器多核化时代的到来，冗余计算资源的引入，这一矛盾势必越来越尖锐；其二，今天的计算模式，已经从以计算机为中心向以用户为中心的服务计算过渡，人们更关心的是计算系统将给用户提供怎样的接口和提供怎样的服务，而用户的需求往往是复杂和多样化的。虚拟化技术是一种调配计算资源的方法，它将应用系统的不同层面硬件、软件、数据、网络存储等一一隔离起来，从而打破数据中心、服务器、存储、网络数据和应用的物理设备之间的划分，实现架构动态化，并达到集中管理和动态使用物理资源及虚拟资源，以提高系统结构的弹性和灵活性，降低成本、改进服务、减少管理风险等目标。计算机的虚拟化使单个计算机看起来像多个计算机或完全不同的计算机，从而提高资源利用率或降低IT成本。之后，随着IT架构的复杂化和企业利用计算机需求的急剧增加，虚拟化技术发展到了使多台计算机看起来像一台计算机以实现统一管理、调配和监控。现在，整个IT环境已逐步向云计算时代迈进，虚拟化技术也从最初的侧重于整合数据中心内的资源发展到可以跨越IT架构实现包括资源、网络、应用和桌面在内的全系统虚拟化，进而提高灵活性。虚拟化技术处于时代前沿，可以有效的帮助企业和学校升级和管理他们的IT基础架构并确保其安全。同时近些年随着处理器、操作系统、服务器、管理软件等厂商的对于虚拟化的关注，服务器虚拟化技术的从处理器层面的AMD和Intel到操作系统层面的微软的加入，从数量众多的第三方软
件厂商的涌现到服务器系统厂商的高调，虚拟化技术生态系统正在逐渐形成。微软为我们提供了完整的虚拟化产品线，从桌面、应用程序到数据中心一应俱全，并提供了统一的管理平台，不管是虚拟机、还是物理机都可以借助一系列SysetmCenter管理工具进行统一管理，如图1所示：
图1微软虚拟化产品线操作系统的虚拟化包括了面向桌面操作系统的产品，也包括了面向服务器操作系统的产品的Hyper-V。Hyper－V采用了一种全新的架构，Type1的架构，也就是Hypervisor架构，如图2所示：
图2Hyper－V架构和以前的架构相比，它直接用VMM代替了HostOS.HostOS从这个架构当中彻底消失，将VMM这层直接做在
硬件里面，所以Hyper-V要求CPU必须支持虚拟化。这种
做法带来了虚拟机OS访问硬件的性能的直线提升。VMM这层在这个架构中就是我们说的Hypervisor[3]，它处于硬件和很多虚拟机之间，其主要目的是提供很多孤立的执行环境，这些执行环境被称之为分区（partition），每一个分区都
被分配了自己独有的一套硬件资源：内存,CPU,IO设备,并且包含了GuestOS.以Hyper-V为基础的虚拟化技术拥有最
强劲的潜在性能。Hyper-V的功能特点
[4]
：支持64位硬件平台：Hyper-V
采用64位微内核Hypervisor架构，必须在64位硬件平台上运行，而同为服务器虚拟化产品的VirtualServer目录只能
运行在32硬件平台上。多用户操作系统支持：在Hyper-V上可以安装和管理基于32位和64位平台的不同类型的操作系统，例如WindowsXPSP3、WindowsServer2003SP2、
WindowsVistaSP1、NovellSUSELinuxEnterpriseServer10SP1、RedhatLinuxEnterprise5等。对称多处理器支持：
