計算機虛擬實驗教學環境研究

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1引言

近年來隨著計算機信息科學技術的快速發展，云計算、大數據、“互聯網+”等新興技術已廣泛應用于社會生產活動的各個領域。當下社會對計算機軟件相關專業的高校畢業生提出了更高的要求，因而計算機軟件相關專業更加注重學生動手實踐能力的培養。這就要求高校在計算機軟件相關專業實驗室建設與管理的投入越來越多。如何利用好現有實驗教學資源，節省計算機軟件相關實驗室的建設與管理成本，提升計算機設備的利用率，來滿足多樣化、個性化的實驗實踐教學要求，成了高校實驗室管理人員亟需解決的重大難題。

2計算機實驗室現存問題

目前我國高校計算機軟件實驗室，大多是在單機中安裝多個操作系統，并對計算機硬盤安裝讀寫保護程序，定期進行軟件或系統的更新，這樣的管理方式在實際的實驗實踐教學活動中存在以下幾個問題[1]。（1）實驗室建設成本高。一方面隨著科學技術的不斷發展，當前計算機電子產品的更新換代速度越來越快，另一方面實驗教學軟件的更新對計算機的配置要求也越來越高，這就要求實驗室對硬件建設成本的投入越來越高。傳統的計算機實驗室一般采用單機通過交換機組建實驗室局域網絡，大量的單機需要高校投入大量的實驗室管理成本，如出現故障維修成本較高。（2）管理難度大。實驗室計算機數量多，出現硬件問題概率大，且學生實驗過程中存在拔掉網線隨意安裝軟件，甚至會出現通過啟動盤重裝系統破壞原有系統環境的情況，另外學生在使用移動存儲設備過程中有可能會攜帶系統病毒，這些都為實驗室的管理增加難度[2]。（3）工作量大維護效率低。通常計算機實驗室需要同時滿足不同專業、不同課程的教學要求，如出現實驗教學軟件環境變更，實驗室管理人員需向任課教師獲取軟件資源，進行軟件安裝同傳等操作，一旦出現問題就需逐臺安裝環境，耗時耗力效率較低。（4）硬件老化速度快。學生在實驗過程中操作的隨意性，因系統同傳硬盤頻繁的讀寫，都會加速計算機硬件的老化速度。另外隨著時間推移，操作系統安裝的軟件越來越多，會增加系統運行負載，降低系統的操作性能。鑒于此，為了滿足高校實驗室建設與管理的高要求，需要考慮運用新技術積極探討高校計算機實驗室建設與管理方案。

3云平臺與虛擬技術

云平臺也稱云計算服務平臺，是一個提供計算機硬件資源與軟件資源的服務平臺，分別向用戶提供計算、網絡和存儲服務，用戶可以通過網絡直接獲取和使用云端硬件資源與軟件資源[3]。虛擬技術是指在一定的硬件基礎上，根據用戶需求創建一個特定的虛擬操作系統。這個操作系統具有虛擬內存和虛擬CPU，擁有用戶需要的數據存儲空間[4]。虛擬技術作為云平臺的一項關鍵技術，將原本相互獨立的硬件資源進行重新整合，實現硬件資源動態分配與調度，提高原有硬件資源的利用率，并且虛擬技術可以大大降低硬件運維成本，數據更加安全可靠。因此運用云平臺與虛擬技術可以為高校師生搭建一個更加開放的計算機實驗教學資源共享環境，為高校計算機實驗教學提供更好更完善的服務[5]。

4虛擬實驗教學環境建設方案

本文討論的計算機虛擬實驗教學環境建設方案是與北京紅亞華宇科技有限公司合作完成，根據建設方案搭建計算機虛擬實驗教學云平臺。根據實驗室規模大小配置合理數量的平臺服務器，其中一臺服務器作為主節點運行虛擬實驗環境管理平臺，其余幾臺服務器作為從節點為虛擬實驗平臺提供硬件支撐。服務器與實驗室計算機客戶端之間通過網絡平臺、交換機、路由器組建局域網，為了滿足實驗教學要求采用千兆網組建教學網絡。任課教師只需將上課所需實驗環境做成系統鏡像，通過實驗教學云平臺將鏡像上傳至云端，并在云端制定教學計劃，布置教學任務，設定上課所需虛擬機硬件配置。平臺會根據上課學生數量以及虛擬機配置要求動態調度從節點承載的硬件資源，學生使用計算機客戶端訪問云平臺，進入虛擬實驗教學環境。計算機虛擬實驗教學平臺的建設采用B/S架構，學生端通過瀏覽器訪問實驗教學云平臺，平臺支持內網與外網同時訪問。計算機虛擬實驗教學平臺包括：用戶組織、實驗平臺、云資源、教學監控、就業推送、在線考試、設備、技能評估管理等功能，豐富的功能體系可以很好地滿足不同層次的實驗教學需求。

5虛擬實驗教學環境的優勢

根據上述實驗室建設方案搭建計算機虛擬實驗教學平臺，比傳統的計算機實驗室具有以下幾大優勢：（1）有效降低實驗室建設硬件成本。采用虛擬實驗教學平臺，可以根據上課需要合理調整虛擬機硬件配置，不用考慮學生端機器配置達不到要求而增加硬件投入。（2）實驗室管理難度降低。采用虛擬實驗教學環境，大大降低了硬件故障發生的概率。學生端在虛擬機中運行實驗環境，所需教學資源直接從云端獲取，上課結束虛擬機硬件資源立即回收，避免了因學生隨意操作造成的機器故障。（3）維護方便。采用虛擬實驗教學平臺，不需要多次安裝實驗軟件、更新系統以及同傳系統，只需將實驗環境系統鏡像上傳至云端。學生端虛擬機通過網絡加載系統鏡像，簡化維護流程，大大降低維護成本。（4）提高硬件資源的利用率，實現實驗教學資源的共享。采用虛擬實驗教學平臺，可以很好的滿足不同專業、不同課程的實驗教學需求，資源分配靈活。另外學生可以適時通過云端獲取實驗教學資源，達到實驗教學資源共享。

6結束語

綜上所述，隨著高校計算機軟件相關專業實驗教學要求的不斷提高，云平臺和虛擬技術已逐漸成為計算機實驗室建設和管理的重要手段?；谠破脚_搭建計算機虛擬實驗教學環境，提高了計算機實驗室硬件資源調度和管理的靈活度，提高硬件資源的利用率，實現實驗教學資源共享，是高校推進計算機實驗教學改革與發展的重要途徑。

參考文獻

[1]王峰,黃剛.基于云平臺的計算機實驗教學中心建設.實驗技術與管理,2014,31(12):121-123

[2]賈林可,熊文渝.基于云平臺的虛擬機實驗室建設研究.技術與市場,2019,26(3):109-111

[3]朱文普.基于云平臺下的計算機實驗室建設與管理.學術論壇,2016,168(12):233

[4]李曉佳,郭邵寧,董延華.基于虛擬云技術在實驗教學和管理中的應用研究.福建電腦,2018,57(11):116-117

[5]劉楚瑤,劉莉平.基于云平臺技術的軟件工程實驗室的設計與實現.電腦與信息技術,2014,22(3):46-47

作者:呂坤 閆偉  單位:宿遷學院