序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇操作系統(tǒng)實驗報告范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關鍵詞：虛擬機；LINUX；Vmware；實驗平臺

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）09-0048-03

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

LINUX操作系統(tǒng)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(wǎng)絡環(huán)境，系統(tǒng)安全性較高，管理方便易用，在各類行業(yè)中應用越來越廣。

作為應用本科類院校及高職院校，常常在計算機類專業(yè)中開設LINUX網(wǎng)絡操作系統(tǒng)或操作系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的實驗環(huán)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(tǒng)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(tǒng)LINUX實驗平臺的局限性及存在的問題

1.1 傳統(tǒng)LINUX實驗平臺實驗要求

LINUX網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的實驗內(nèi)容一般有：LINUX操作系統(tǒng)的安裝、LINUX基本指令、LINUX文件系統(tǒng)、賬戶與組管理、配置磁盤管理、網(wǎng)絡配置與服務管理、網(wǎng)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(nèi)容幾乎都要在多用戶的網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)，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(tǒng)搭建、RAID搭建與配置，要求硬件系統(tǒng)至少有兩塊空閑硬盤，網(wǎng)絡配置中要求有多網(wǎng)卡的條件，LINUX操作系統(tǒng)安裝要求硬件有光驅(qū)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(nèi)容，對計算機機房的硬件及軟件條件要求較高，所在，傳統(tǒng)機房的實驗環(huán)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(xiàn)同步

為了節(jié)約成本，目前大部分實驗機房配置的是電子教室系統(tǒng)，很少單獨配置投影或電子白板等設備，而電子教室系統(tǒng)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(huán)境下用電子教室系統(tǒng)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(xiàn)LINUX環(huán)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(tǒng)，切換起來非常麻煩，這使得傳統(tǒng)的實驗環(huán)境很難滿足現(xiàn)代教學的需求。

1.2.2 實驗室管理和維護困難

現(xiàn)代的學生機房，管理人員為了減少系統(tǒng)的維護工作量，往往在系統(tǒng)中裝有保護系統(tǒng)，不論用戶對操作系統(tǒng)做什么操作，只要在系統(tǒng)重新啟動后，便能還原到初始狀態(tài)。這種方式對LINUX實驗環(huán)境是不利的，因為LINUX的許多實驗操作要求重新啟動系統(tǒng)才能生效，在受保系統(tǒng)的系統(tǒng)中完成LINUX實驗，許多實驗是無法實現(xiàn)的。但是，如果不保護系統(tǒng)，學生每次對系統(tǒng)的修改，都可能使系統(tǒng)的性能受到影響，甚至會破壞系統(tǒng)，不能保證系統(tǒng)是一個“干凈”的狀態(tài)，所以，要保證每次實驗前系統(tǒng)狀態(tài)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(tǒng)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(wǎng)絡適配器的數(shù)量及型號、硬盤的數(shù)量及容量、有無光盤驅(qū)動器、內(nèi)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(guī)要求，如有些實驗要求有計算機有兩塊及以上的網(wǎng)絡適配器（網(wǎng)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(jié)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(jié)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(huán)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(tǒng)功能的、運行在一個完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統(tǒng)。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(tǒng)并實現(xiàn)相互隔離。

虛擬機技術最早由 IBM 提出，主要用于實現(xiàn)昂貴大型計算機系統(tǒng)的安全共享，后來被移植到PC平臺。虛擬機監(jiān)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)，和進行開發(fā)、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(tǒng)[5]，每個操作系統(tǒng)都可以進行虛擬的分區(qū)、配置而不影響真實硬盤的數(shù)據(jù)，每個操作系統(tǒng)都可以虛擬出一個或多個硬件設備，如硬盤、網(wǎng)絡適配器等。你甚至可以通過網(wǎng)卡將幾臺虛擬機用網(wǎng)卡連接為一個局域網(wǎng)，作為網(wǎng)絡配置及網(wǎng)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(huán)境的優(yōu)勢

3.1 擴充“無限”的硬件設備

在LINUX虛擬機環(huán)境里，計算機的許多硬件是可以定制或添加的，如內(nèi)存、CPU數(shù)量、硬盤數(shù)量及類型、網(wǎng)絡適配器及類型以及CD/DVD驅(qū)動器等等，如圖1所示。用戶可以通過硬件添加向?qū)砑右粋€或多個容量不同的硬盤，也可以添加不同的CD-ROM驅(qū)動器、網(wǎng)絡適配器、打印機、通用SCSI設備等等。這些硬件的生成，只有內(nèi)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(shù)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(tǒng)實驗、LVM系統(tǒng)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(tǒng)，WINDOWS系統(tǒng)上安裝VMware workstation虛擬機平臺，在此平臺上再安裝上LINUX系統(tǒng)，最后對整個系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)、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(fā)現(xiàn)上述操作對系統(tǒng)造了致命的損害，只需要重新啟動宿主機操作系統(tǒng)，以上的行為通通失效，這對于保護虛擬機系統(tǒng)，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(jié)果的測試與整理

在LINUX操作系統(tǒng)上要完成一些實驗，往往要對系統(tǒng)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(tǒng)，在重新啟動系統(tǒng)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(tǒng)進行還原，可保留用戶對系統(tǒng)的修改，得到真實的實驗結(jié)果。另外，實驗結(jié)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(huán)境下非常容易實現(xiàn)。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(xiàn)不同界面的轉(zhuǎn)換，屏幕信息、數(shù)據(jù)或屏幕截圖也很容易通過WINDOWS系統(tǒng)或第三方軟件來實現(xiàn)。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(jié)束語

本文結(jié)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(tǒng)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(wǎng)絡操作系統(tǒng)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(xiàn)[D]，大連理工大學，2013：3-30.

[3]肖亮.基于LINUX的操作系統(tǒng)實驗平臺的設計與實現(xiàn)[D]，中南大學，2013：1-45.

[4]單康杰.基于virtualbox的虛擬化管理系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[D]，電子科技大學，2014：5-8.

[5] 李浩.基于VMware的多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡實驗平臺的構(gòu)建[D].南昌大學，2012：7-10.

[6] 苗鳳君，盛劍會.網(wǎng)絡操作系統(tǒng)及配置管理[M].北京：清華大學出自版社，2015.

篇(2)

關鍵詞：信息安全；實驗課程；實驗平臺；軟件安全

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

1引言

“信息安全”是信息安全本科教學的核心專業(yè)課程。我校本科“信息安全”課程自2005年開設，我們認識到：

(1) 信息安全課程的教學需要重視理論的講授，使學生掌握解決問題的基本技術，更要強調(diào)實驗教學，培養(yǎng)學生解決安全問題的能力。

(2) 信息安全一個整體概念，解決某一個安全問題常常要綜合考慮硬件、系統(tǒng)軟件、應用軟件、代碼安全、協(xié)議安全等多個問題，因此需要培養(yǎng)學生的綜合安全技能，安全實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性尤為重要。這里的系統(tǒng)一方面是指實驗內(nèi)容自身的體系完整，也包括實驗內(nèi)容與其他計算機或安全專業(yè)課程的有機關聯(lián)。此外，為了適應實際應用的需求，實驗類型也應多樣，可分為原理驗證型、操作配置型、編程開發(fā)型、綜合應用型。

(3) 目前的信息安全教學受到學校資金、場地等硬件條件的限制，缺乏實驗所需的軟硬件，不能開設課程所要求的全部實驗，而且在現(xiàn)實的實驗環(huán)境中，模擬網(wǎng)絡攻擊、惡意代碼的分析等對實驗環(huán)境具有潛在危害的實驗也不能完成。因此，建立信息安全虛擬實驗平臺也是我們實驗教學工作中的一個重點。

我們根據(jù)本校的特點，在學校“研究性教學示范課程《信息安全》”項目、“網(wǎng)絡信息安全實驗課程研究與實驗平臺建設”項目的支持下，作者在“信息安全”實驗課的實驗內(nèi)容設置、實驗平臺建設、學生能力培養(yǎng)等方面做了有益的實踐和探索。

2“信息安全”實驗課教學內(nèi)容的設置

2.17大類實驗模塊

計算機網(wǎng)絡環(huán)境下的信息系統(tǒng)可以用如下的層次結(jié)構(gòu)來描述。

為了確保信息安全，必須考慮每一個層次可能的信息泄漏或所受到的安全威脅。因此安全實驗的內(nèi)容應當注意系統(tǒng)性，從以下幾個層次研究信息安全問題：計算機硬件與環(huán)境安全、操作系統(tǒng)安全、計算機網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全、應用系統(tǒng)安全以及安全管理。

我們遵循信息安全PDRR模型的核心思想，以及“信息安全類專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范”項目組提出的“信息安全類專業(yè)知識體系”，并結(jié)合我們編寫的教材，設置的“信息安全”實驗課程的內(nèi)容包含7大類30多個模塊：

第1類：密碼學基礎與密碼技術應用。包括對稱、非對稱密碼系統(tǒng)、公鑰密碼系統(tǒng)、消息摘要、數(shù)字簽名、信息隱藏與數(shù)字水印等實驗模塊。

第2類：硬件與操作系統(tǒng)安全。包括常用硬件設備防護、使用微軟基準安全分析器分析系統(tǒng)漏洞、Windows用戶帳號口令破解、Windows系統(tǒng)安全配置、微軟安全小工具的使用等實驗模塊。

第3類：數(shù)據(jù)庫安全。包括SQL Server 2000的安全管理等實驗模塊。

第4類：網(wǎng)絡安全。包括網(wǎng)絡掃描工具的使用及其編程實現(xiàn)、網(wǎng)絡嗅探工具的使用及其編程實現(xiàn)、遠程控制原理與實踐、網(wǎng)絡防火墻的使用和攻防測試、Snort入侵檢測系統(tǒng)的使用、使用SSL為Web服務器配置安全通信、利用OpenSSL的C/S安全通信程序設計等實驗模塊；

第5類：惡意代碼與安全程序設計。包括Web入侵方法實驗、代碼復審與靜態(tài)分析、惡意軟件的剖析與清除等實驗模塊。

第6類：應急響應與災難恢復。包括數(shù)據(jù)恢復軟件 Easy Recovery的使用、計算機取證軟件使用等實驗模塊。

第7類：風險評估與安全管理。包括安全掃描工具使用、風險評估工具使用、整體安全方案設計等實驗模塊。

2.2實驗組織及實驗類型

全部30多個實驗共分為4種實驗類型：

第一種：驗證型實驗。學生在實驗平臺的瀏覽器端輸入實驗參數(shù)，由服務器運行仿真軟件，并將實驗結(jié)果返回用戶，如實踐RSA算法原理。

第二種：操作配置型。學生從安全實驗平臺的瀏覽器端下載實驗所需的工具軟件，如網(wǎng)絡攻擊、防火墻、入侵檢測工具等，接著在單臺計算機上實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡環(huán)境中完成實驗內(nèi)容。

第三種：編程開發(fā)型。將核心源代碼程序以類、功能模塊或組件的形式提供給學生，學生在瀏覽器端下載程序模塊，自己動手編程實現(xiàn)，如利用OpenSSL開發(fā)包進行安全通信程序設計。

第四種：綜合應用型，如為校園網(wǎng)設計安全方案等，需要涉及安全需求分析、安全產(chǎn)品的選擇與部署、安全評估、應急響應與災難恢復、安全管理等多層次上的安全問題。

每個實驗以3人小組協(xié)同來完成。一般以一周為完成時間，在這期間，教師還可以利用發(fā)送電子郵件、在線答疑等方式解答學生提出的問題。

2.3“惡意代碼與安全程序設計實驗”模塊介紹

計算機安全專業(yè)的學生一般都學習過C、C++等程序設計、軟件工程、網(wǎng)站開發(fā)等課程，那么“信息安全”課程的學習如何與之有機關聯(lián)呢？學生如何在已學課程的基礎上從安全的角度進一步提高知識水平呢？下面以實驗內(nèi)容第5類的“惡意代碼與安全程序設計實驗”模塊為例，對實驗內(nèi)容及其實施做一介紹。

模塊1：軟件安全實驗知識準備

在這個知識準備模塊中介紹：

(1) 軟件安全問題，包括軟件安全問題與信息安全的關聯(lián)、軟件安全開發(fā)生命周期等，例如介紹風險分析和代碼復審，并解釋這些行為應該發(fā)生是在軟件開發(fā)生命周期中的哪一個階段、哪種情況下。

(2) 軟件安全漏洞與攻擊，包括緩沖區(qū)溢出(buffer overflows)、跨站點腳本攻擊(cross-site scripting)、錯誤開放認證(fail open authentication)、隱式表單(hidden form fields)、編譯注入(interpreter injection)、競態(tài)條件(race conditions)等，并介紹相關的攻擊術語以及如何利用以上安全缺陷的入侵。

(3) 安全設計原則，介紹由Saltzer和Schroeder提出的八項安全機制作為軟件設計與實現(xiàn)原則，例如最少特權(quán)(least privilege)、自動防故障缺省(fail-safe defaults)和特權(quán)分離(separation of privilege)。

模塊2：Web入侵方法實驗

利用OWASP (the Open Web Applications Security Project, 開放網(wǎng)絡應用軟件安全計劃) 設計的WebGoat 安全學習教程。要求學生使用Web Scarab測試工具來完成WebGoat實驗。WebScarab是一個用來分析使用HTTP和HTTPS協(xié)議的應用程序框架。

模塊3：代碼復審與靜態(tài)分析實驗

代碼復審是軟件系統(tǒng)安全性檢查的一個重要部分，它可以在軟件投入運行甚至系統(tǒng)沒有集成前發(fā)現(xiàn)和修復安全漏洞。要求學生使用ITS4、PCLint、Fortify等靜態(tài)分析工具快速發(fā)現(xiàn)代碼安全漏洞，并對這些工具的優(yōu)缺點進行分析。例如，ITS4的一個明顯缺陷是，它對所有出現(xiàn)strcpy()的語句都報警。

模塊4：惡意代碼剖析與清除實驗

對惡意代碼的剖析是與操作系統(tǒng)、軟件工程、網(wǎng)絡等安全緊密相關的重要實驗。惡意代碼的剖析實驗要求：惡意代碼運行主機的安全性、運行主機操作系統(tǒng)的安全性、感染環(huán)境的安全性、被感染系統(tǒng)的快速恢復、對惡意代碼感染前后的操作系統(tǒng)進行分析、仿真操作系統(tǒng)的多樣性、減少成本。

虛擬機作為一種仿真技術可以完全仿真硬件平臺，這樣就可以對病毒研究提供大量的仿真PC，節(jié)省了硬件成本。而且不必擔心病毒對硬件的破壞，同時通過單獨的最簡單的病毒研究網(wǎng)絡來減小對于其他網(wǎng)絡的感染，這樣也解決了病毒研究環(huán)境的安全性。此外，一般的虛擬機系統(tǒng)管理軟件都可以保存虛擬操作系統(tǒng)的當前狀態(tài)，因而可以完成“對病毒感染前后進行分析”的實驗要求，也可以解決被感染系統(tǒng)的快速恢復的問題。因此，利用虛擬機技術是完成惡意代碼剖析實驗的一個很好的解決方案。

3“信息安全”實驗課教學平臺的建設

實驗平臺的建設思想是：采用虛擬機軟件VMWare在單臺計算機上實現(xiàn)多臺虛擬機以完成信息安全相關實驗，學生通過Web訪問，完成實驗的知識準備、實驗內(nèi)容及相關軟件的下載、實驗報告的提交等工作。學生在瀏覽器端按一定步驟完成實驗，最終獲得實驗結(jié)果。下面介紹該平臺的設計思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作機制，該平臺的使用情況并提出了進一步的工作。

3.1平臺設計原則

虛擬實驗系統(tǒng)的設計遵循以下原則：

(1) 開放性原則：本實驗系統(tǒng)基于校園網(wǎng)，任何接入校園網(wǎng)的學生都能使用本系統(tǒng)。

(2) 交互性原則：給出交互信息，對學生的操作做出實時反饋。

(3) 安全性與可靠性原則：系統(tǒng)自身運行保證安全可靠，并對用戶的使用過程通過日志記載。

(4) 易于維護原則：系統(tǒng)的模塊化設計，這樣既節(jié)省維護費用，又便于實驗項目的及時更新，保證虛擬實驗教學的不斷發(fā)展和完善。

3.2虛擬實驗平臺的結(jié)構(gòu)

如下圖所示，虛擬實驗系統(tǒng)包括若干實驗組，每組一般由3人組成，每組中包括：

PCm(Personal Computer, m=1,2,3)，實驗室中供學生使用的PC機；

VPCn(Virtual Personal Computer, n=1,2,3)，在某臺學生機PC上虛擬出的客戶機。

整個實驗室還設置：

LabS (Laboratory Server)，實驗服務器，實驗內(nèi)容的、更新等；

LabC(Laboratory Console)，實驗室控制臺，實驗室PC機的管理等工作。

3.3系統(tǒng)中的軟硬件部署

以一個實驗組的軟硬件部署為例介紹。

(1) 架設硬件。這個過程很簡單，將實驗室中的PC同時接到一個交換機上。

(2) 在PC1上創(chuàng)建虛擬機。安裝VMWare Workstation軟件，虛擬出3臺主機，VPC1-3的IP地址為192.168.2.1-192.168.2.3。在虛擬實驗環(huán)境的操作系統(tǒng)選擇上應當注意多樣化，我們選擇安裝兩個主流操作系統(tǒng)Windows 2003 Server和RedHat Linux，它們分別代表了Windows系列商業(yè)操作系統(tǒng)和開放源代碼系列的類UNIX操作系統(tǒng)；配置上采用單主機雙啟動的方式選擇啟動Windows 2003 Server或RedHat Linux；身份認證采用網(wǎng)絡統(tǒng)一認證：Windows 2003 Server采用Windows的活動目錄認證，RedHat Linux通過pam-smb在Windows的活動目錄服務器上進行身份認證。

整個系統(tǒng)采用虛擬主機的方案，即虛擬主機是在物理計算機(稱為宿主機)的操作系統(tǒng)上(稱為宿主操作系統(tǒng))通過軟件模擬出來的“計算機”(稱為客戶機，其上安裝的操作系統(tǒng)稱為客戶操作系統(tǒng))，客戶操作系統(tǒng)僅僅是宿主操作系統(tǒng)上的某個特定的數(shù)據(jù)文件。客戶機上的任何操作只會影響宿主操作系統(tǒng)上的這個數(shù)據(jù)文件，提供虛擬主機的軟件還能在客戶機上虛擬出計算機設備(如網(wǎng)卡、磁盤等)，其中，虛擬的網(wǎng)卡可以與宿主機通信，或與宿主機所連接的物理網(wǎng)絡通信，或者，一個宿主機的多個客戶操作系統(tǒng)還可以通過虛擬的網(wǎng)卡組成網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡可以與物理網(wǎng)絡連接也可以不連接。

這個技術對于網(wǎng)絡安全實驗是非常有意義的。例如，可以在客戶操作系統(tǒng)上測試病毒的特性，在客戶操作系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡中測試網(wǎng)絡配置，或者安裝、配置某個操作系統(tǒng)而不用擔心會弄壞宿主操作系統(tǒng)導致重新安裝，也可以通過拷貝客戶操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文件來統(tǒng)一實驗環(huán)境。

3.4系統(tǒng)角色分工

虛擬實驗系統(tǒng)采用登錄機制，用戶進入虛擬實驗室，首先必須以某種身份登錄。例如：教師用戶可以將自己創(chuàng)建的新的虛擬實驗上傳到數(shù)據(jù)庫，以充實實驗內(nèi)容。而學生用戶則無此權(quán)限。

3.5系統(tǒng)運行情況分析

本虛擬實驗系統(tǒng)具有以下一些顯著的優(yōu)點：

(1) 利于實驗的實施。通過虛擬機軟件的基本功能，可以保證信息安全實驗的安全性。例如在模擬的網(wǎng)絡攻擊中，虛擬機一旦崩潰，可以把整個虛擬機刪除，就像刪除普通文件一樣，保證了原計算機操作系統(tǒng)環(huán)境的穩(wěn)定性；

(2) 實驗成本低，易于實驗規(guī)模的擴展。利用虛擬機技術，在單機中模擬多個系統(tǒng)環(huán)境、模擬規(guī)模不等的網(wǎng)絡環(huán)境，提高了設備利用率，降低了實驗成本，按照圖2中1:3的比例就可以節(jié)省2/3的硬件資源。使得信息安全的實驗的普及、推廣成為了可能。

(3) 便于實驗內(nèi)容的擴展。由于許多儀器或部件都是“虛擬”的，其功能是由開發(fā)者定義的，可隨著新設備的推出重新“生成”新的儀器設備，使之能跟上網(wǎng)絡技術的不斷更新；

(4) 虛擬實驗系統(tǒng)將使教學不再局限于有形的實驗室中，教學和動手操作實踐的空間和時間得到無形的擴展。

通過一段時間的實際應用，本系統(tǒng)在使用中還存在以下一些問題：

(1) 系統(tǒng)額外開銷增大。x86虛擬化技術的最大不足就是虛擬化本身會帶來系統(tǒng)開銷，同時也要消耗部分資源。這個開銷主要集中在CPU資源消耗、內(nèi)存資源消耗和硬盤存儲資源消耗上。幸好硬件資源的過剩，可以緩解這一問題。

(2) 平臺系統(tǒng)維護復雜度提高。采用虛擬化技術后，由于涉及CPU內(nèi)核管理和虛擬化軟件與操作系統(tǒng)間兼容性等問題，無論是宿主操作系統(tǒng)的升級，還是虛擬操作系統(tǒng)的升級，都需要慎重處理，即存在維護難度。

(3) 硬件配置需要適度提高。虛擬化技術是要在一臺計算機上運行盡可能多的系統(tǒng)和應用，因而高配置的單臺機器要比低配置的單臺機器更適于部署虛擬化系統(tǒng)，不過這樣的硬件成本投入也能獲得更顯著的效益。

本系統(tǒng)的進一步工作，將實驗成績的管理納入系統(tǒng)，實驗考核成績的查詢打印等，進一步提高實驗系統(tǒng)的服務質(zhì)量。

4學生能力的培養(yǎng)

實驗教學的設備建設是搞好實驗教學的重要環(huán)節(jié)，而教師對設備的使用、對實驗內(nèi)容的把握、對學生學習過程的跟蹤和指導更加重要。我們在實驗教學中，要求各組學生的實驗報告中包括以下欄目：實驗目的、實驗原理、實驗詳細步驟、實驗小結(jié)與思考、參考文獻。其中實驗思考題由教師事先提出若干，要求學生在實驗中解決這些問題，并鼓勵學生在實驗中發(fā)現(xiàn)新的問題并努力解決。參考文獻也做了數(shù)量的要求，這樣一方面是為了督促學生廣泛閱讀相關文獻，另一方面教師也可從學生所列的參考文獻對學生實驗的完成質(zhì)量有所了解。

對于各組學生提交的實驗報告還會利用上課時間進行討論，取長補短，歸納整理。課后，教師還對完成得較好的實驗報告加以進一步地指導，進行提煉和升華，形成論文。目前，我們這種：實驗――匯報討論――提煉升華的三階段實驗指導經(jīng)驗已取得了一些成果，如學生已經(jīng)完成了“高性能的文件加密系統(tǒng)”、“OpenSSL的C/S安全通信程序”、“U盤病毒及免疫程序”、“基于系統(tǒng)調(diào)用截獲技術的軟件行為分析系統(tǒng)”等安全軟件，并已在《電腦編程技巧與維護》等雜志上發(fā)表。此外，“軟件可信驗證”實驗作為我校“本科生科研訓練計劃”項目立項，學生以團隊形式參與完成。學生的資料搜集以及整理分析能力、編程能力、安全整體意識、寫作能力、團隊協(xié)作能力都得到了培養(yǎng)和提高。

5結(jié)束語

信息安全的理論和技術還在不斷的發(fā)展和更新中，這就要求教師不斷更新信息安全實驗課的實驗內(nèi)容，加強與其他課程的關聯(lián)，不斷完善實驗平臺，進一步培養(yǎng)學生安全能力，使得“信息安全”的教學真正做到使學生學以致用。

參考文獻：

[1] 陳波,于泠,肖軍模. 計算機系統(tǒng)安全原理與技術[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[2] 陳波,于泠. 計算機系統(tǒng)安全實驗教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2008.

篇(3)

【關鍵詞】虛擬實驗；實驗教學；網(wǎng)絡教育

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097（2009）04―0131―02

“十一五”期間，我國科技人才培養(yǎng)，進入了鞏固成果、深化改革、提高質(zhì)量、持續(xù)發(fā)展的關鍵時期。人才培養(yǎng)必須堅持以強化實踐教學為著力點，加強實踐教學環(huán)節(jié)，改革實踐教學內(nèi)容，完善實踐教學體系；必須堅持以信息技術的應用作為提高教學質(zhì)量的重要手段，推進教學方法的改革，重點突破實驗教學環(huán)節(jié)，提高學生和勞動者的動手實踐能力。

在我國，受教育的人口眾多，許多高等學校不具備充足的實驗場地和現(xiàn)代化的實驗設備。此外，大量的接受網(wǎng)絡教育的學生無法進行實驗操作和練習。在這樣的背景下，虛擬實驗系統(tǒng)及其應用的相關問題正是應當大力研究和發(fā)展的課題。隨著信息技術的發(fā)展，虛擬實驗教學作為傳統(tǒng)實驗教學的一種有效的補充，已經(jīng)成為加強實踐教學、提高教學質(zhì)量的重要手段，它不僅可以在一定程度上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗教學，而且可以克服傳統(tǒng)實驗的各種制約和弊端，從而有效地解決目前實驗教學中存在的諸多問題。

一 計算機通信網(wǎng)虛擬實驗系統(tǒng)

虛擬實驗是指在計算機系統(tǒng)中采用虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)的各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的學習或訓練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果。它是計算機技術、虛擬現(xiàn)實技術、人機交互技術結(jié)合的產(chǎn)物，也是教育領域應用信息技術的一種創(chuàng)新。

虛擬實驗教學可以節(jié)約成本，突破實驗教學在時間和空間上的限制，提高學習者的自主性和創(chuàng)新性，充分發(fā)揮計算機技術網(wǎng)絡的優(yōu)勢，成為對傳統(tǒng)教學方式的有力補充。利用計算機圖形技術、虛擬現(xiàn)實技術、網(wǎng)絡技術等可以仿真出可視化的實驗環(huán)境，引入多種多樣先進、昂貴的實驗儀器設備，同時降低誤操作的危害與損失，為學生和勞動者提供實用的知識與技能。

在我校開設的計算機網(wǎng)絡、計算機通信網(wǎng)、Linux操作系統(tǒng)等工科課程中，實驗教學環(huán)節(jié)必不可少。我們選取了虛擬實驗教學方式，以達到讓學生多練習、多模擬、多實踐的目的。2007年6月在國家“十五”重大科技攻關項目“面向中小學的遠程教育關鍵技術及示范”的“國產(chǎn)基礎軟件技術培訓系統(tǒng)研制與課程開發(fā)”（編號2005BA115A03）項目資助下，我們自主開發(fā)完成了面向互聯(lián)網(wǎng)應用的虛擬實驗系統(tǒng)，包含一個虛擬實驗平臺，及與之配套的網(wǎng)上虛擬實驗管理系統(tǒng)。

計算機通信網(wǎng)虛擬實驗平臺仿真了計算機、路由器、集線器、交換機等4類常用儀器設備，其中計算機又包含Windows與Linux兩種操作系統(tǒng)的界面和功能。學生可以從器材欄選擇需要的設備添加到實驗區(qū)，相同的設備可以選擇多臺，利用這些仿真設備搭建虛擬的計算機網(wǎng)絡，進行參數(shù)設置與實驗操作。系統(tǒng)界面如圖1所示。

虛擬實驗管理系統(tǒng)可以提供實驗管理、報告管理、個人消息、在線論壇、用戶管理等功能。系統(tǒng)分為教師、學生和管理員三種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。(1)學生：完成實驗任務、在線提交實驗報告、保存實驗結(jié)果，查看教師給出的成績與批語、進行自主實驗等；(2)教師：進行教學管理（新建典型實驗、進行實驗安排、批改實驗、實驗成績等）；(3)管理員：進行課程管理（設置實驗課程、進行授課安排）和教學論壇的管理與實驗用戶的管理、學校管理和權(quán)限管理。同時這三種角色還擁有參與教學論壇、站內(nèi)消息的功能。

二 虛擬實驗教學的實施方案

利用自主開發(fā)的虛擬實驗平臺，開展計算機通信網(wǎng)等課程的實驗教學，是由基本實驗、綜合實驗和設計實驗三個層次構(gòu)成。基本實驗是由常用的計算機網(wǎng)絡配置等實驗組成，側(cè)重于網(wǎng)絡應用操作能力的訓練；綜合實驗為DHCP、HTTP服務器等配置實驗，側(cè)重于網(wǎng)絡服務操作能力的訓練；設計實驗為學生提供了一個開放的實驗平臺，讓學生自由搭建網(wǎng)絡，側(cè)重于網(wǎng)絡規(guī)劃設計能力的訓練，增強創(chuàng)新精神。

對于單門課程，每學期在網(wǎng)上一定量的實驗作業(yè)，如圖2所示。公布實驗要求與報告格式，由學生操作完成之后，直接通過網(wǎng)絡提交實驗結(jié)果與實驗報告。教師直接在網(wǎng)上批改并可利用網(wǎng)上實驗管理系統(tǒng)進行成績統(tǒng)計。最后將成績按照一定比例計入學生的總評成績。以計算機通信網(wǎng)課程為例，每學期2個必做實驗，由基本實驗構(gòu)成；2個選做實驗，學生在教師的5個實驗范圍內(nèi)，選擇2個完成，以綜合實驗為主。最終的實驗成績計入學生總評成績的20%。此外學生也可以自由設計實驗，完成后提交給教師。如果學生做的非常優(yōu)秀，可以給以5%的加分成績。

三 虛擬實驗教學的實踐

我校實驗教學改革走過了一段漫長的路程。2005年9月開始研制虛擬實驗系統(tǒng)。2007年研制完成后，經(jīng)歷了1年時間的完善和修改。在2008年初投入實際教學，在Linux操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、計算機通信網(wǎng)等課程中進行應用，已完成2個完整學期的教學工作。第一個學期是小規(guī)模使用，選擇了一個百人左右的班級。第二個學期在全年級推廣使用，進行實驗操作的學生總計超過2000人，并取得了良好效果。在對學生的問卷調(diào)查中，有90%以上的學生支持虛擬實驗教學方式。85%以上的學生認為在虛擬實驗教學中獲得了很大收獲。可以說，虛擬實驗教學模式的使用，解決在網(wǎng)絡教育中開展實驗教學的難題，有利于提高學習效率，有利于發(fā)揮學習個體的主動性，促進個性化的發(fā)展，有利于在教學中實施素質(zhì)教育。

在虛擬實驗教學實踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題。最主要的問題是實驗成績評定，教師工作量很大。我校網(wǎng)絡教育學生每年招生約2000人，一位教師可以開設課程布置實驗，但是批改的時候，面對數(shù)以千計的實驗報告和實驗結(jié)果，負擔比較重。今后在實驗結(jié)果的保存、實驗批改流程方面需要改進，力爭實現(xiàn)自動批改。

本文提出了一種新的虛擬實驗教學模式，采用自主研發(fā)的虛擬實驗系統(tǒng)，針對多門課程開展網(wǎng)上虛擬實驗教學，取得了較好的教學效果。2008年9月，虛擬實驗相關課程“計算機通信網(wǎng)”被評為2008年度國家網(wǎng)絡教育精品課程。

參考文獻

篇(4)

關鍵詞：智慧教育；云平臺；教育云；實踐教學

0引言

傳統(tǒng)時代的智慧教育通常是用一套公眾接受的帶有真理性質(zhì)的思維模式來啟發(fā)和教育學生。進入信息化時代，人們對智慧教育的認識又發(fā)生了改變：智慧教育是一種通過信息技術來改革傳統(tǒng)教育各個方面，目的在于培養(yǎng)學習者的創(chuàng)新能力、批判思維能力、問題解決能力等高階思維能力，即發(fā)展學習者的智慧[1]。信息時代的智慧教育是利用現(xiàn)代的科學技術，來改進或完善傳統(tǒng)教育的缺陷，通過對教育的不斷優(yōu)化來培養(yǎng)學習者終生學習的能力和發(fā)展學習者的智慧。智慧實驗是智慧教育的一個分支。云計算作為分布式計算的一種，其在教育領域的遷移稱為“教育云”[2]。國外研究者在2009年前后開始關注教育云[3]。根據(jù)國家十二五規(guī)劃《素質(zhì)教育云平臺》的要求，各個地區(qū)涌現(xiàn)出了諸多教育云的教學應用案例[4]。例如，2014年5月，重慶市召開了教育“云課堂”項目應用推進工作研討會，會上展示了教育云課堂教師講授與同學學習和互動的整個過程，整堂課利用云平臺+微課+PPT來呈現(xiàn)，學生在課堂上利用平板電腦學習，實現(xiàn)學習資源的共享。明確感受到了實驗教育云未來發(fā)展的強勁趨勢及學校自身發(fā)展的需要和辦學定位，我校——長春工業(yè)大學計算機科學與工程學院的科研團隊結(jié)合學院自身需要研發(fā)了實驗教育云平臺。

1實驗教育云平臺的功能設計、架構(gòu)設計及實現(xiàn)

1.1實驗教育云平臺的功能設計

實驗教育云平臺功能模塊主要包含系統(tǒng)管理模塊、實驗教學管理模塊和實驗進度管理模塊。系統(tǒng)管理模塊包括班級管理、權(quán)限管理、課程管理和鏡像管理子模塊。班級管理子模塊主要是系統(tǒng)管理級以班級為單位導入學生的姓名、學號和密碼。權(quán)限管理子模塊是系統(tǒng)管理者為實驗教師和學生分配不同的使用權(quán)限。課程管理子模塊為教師分配本學期的實驗課程。鏡像管理子模塊為不同的實驗課程分配不同的實驗環(huán)境。實驗教學管理模塊主要是教師進行實驗教學的管理，包括教師上傳實驗指導書，課前布置每堂課使用的實驗環(huán)境。教師可以查詢學生的實驗報告完成情況，并對學生的實驗相擬度進行查詢，并最終給出學生的實驗成績。實驗進度管理模塊的操作者是學生。首先學生完成實驗教育云平臺的登錄，然后根據(jù)實驗指導書的實驗內(nèi)容對實驗環(huán)境進行實際操作或程序設計，完成實驗內(nèi)容后截圖并提交實驗報告，最后由教師給出實驗成績后，學生在學生端查詢實驗成績。實驗教育云平臺的功能設計如圖1所示。

1.2實驗教育云平臺的架構(gòu)設計

在圖2中，Web服務器的主要功能是通過互聯(lián)網(wǎng)接入Web服務，通過虛擬現(xiàn)實技術將虛擬實驗環(huán)境移植到Web頁面和生成動態(tài)網(wǎng)頁[5]，這樣使用者就通過虛擬生成的實驗環(huán)境進行實驗操作。將多個Web服務器組成了云端Web客戶群。應用服務器端主要負責數(shù)據(jù)采集，并對采集后的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)的結(jié)果傳送到數(shù)據(jù)庫服務器進行保存，同時將處理結(jié)果通過Web傳送到Web服務器端。由于此可，這種B/S結(jié)構(gòu)極大地簡輕了云端Web服務器的工作負荷，只需安裝Web瀏覽器作為云端的運行平臺同時只負責一小部分的人機交互的業(yè)務邏輯處理工作，主要的業(yè)務邏輯處理工作由服務器群實現(xiàn)。所以這種“瘦客戶端/胖服務器”模式易于后臺管理和維護，并具有良好的穩(wěn)定性、魯棒性和可擴展性。

1.3實驗教育云平臺的實現(xiàn)

按照實驗教育云平臺的功能設計與架構(gòu)設計，其教育云平臺的實現(xiàn)如圖3所示。圖3的左側(cè)為學生的實驗指導書的內(nèi)容，圖的右側(cè)為R語言的實驗環(huán)境。學生提交實驗報告后，教師可以在后臺查詢實驗報告提交情況和錄入實驗成績。

篇(5)

1.改革教學內(nèi)容

教學內(nèi)容是一門課程的根本，對教學內(nèi)容的創(chuàng)新在很大的程度能影響教學效果。為此，要打破高校教學的固有模式，在課程增添與實踐密切相關的新的教學內(nèi)容，新的教學內(nèi)容的選取，要以典型工作崗位的工作任務、工作過程及其所需的知識點的全面分析為依據(jù)。如引入一些公司或企業(yè)的實際業(yè)務需求的項目作為實踐內(nèi)容，這樣的教學內(nèi)容作為新的項目和任務，可以成為學生掌握知識的驅(qū)動力，通過設計實驗完成這些項目或任務，加強學生的實踐動手能力，增強學習興趣，提升教學效果。改變課程教學內(nèi)容，以項目為目標，以企業(yè)網(wǎng)絡服務功能的實現(xiàn)為任務，不再是紙上談兵，而是將知識點體現(xiàn)在實際操作中。針對本課程，將從日常教學中的理論部分和上機實踐來進行改革。理論部分：每次授課分為兩小節(jié)，第一小節(jié)課學習教材相關知識點，第二小節(jié)針對本項目用到的知識點進行具體的說明，也就是說前面是公共知識的學習，后面是知識點應用到項目的實踐。實踐部分：每次做實驗必須先寫實驗報告，內(nèi)容包括：實驗名稱、實驗任務、實驗預期效果、實驗步驟、心得體會等，不寫實驗報告者不能進機房做實驗。只有這樣，學生上機才不會懵懵懂懂，才會有目標地做實驗。在上機實踐中每人一臺計算機，需要在自己的機器上完成具體的任務目標。下課時將實驗效果截圖到WORD文檔中作為作業(yè)提交。本課程理論教學32學時，實踐教學16學時，總共8次上機，在這短短的8次上機中要完成既定項目目標，任務非常艱巨，要求學生在課余時間需要自己動手熟悉操作步驟，這樣才能達到要求。這8次上機內(nèi)容的具體安排是：第一次：使用虛擬機安裝RHEL5.2，熟悉Linux系統(tǒng)，熟悉常用Shell命令；第二次：繼續(xù)熟悉Shell命令，安裝YUM軟件倉庫；第三次：飛揚廣告公司網(wǎng)絡拓撲的設計與搭建；第四次：DHCP服務器的配置管理；第五次：DNS服務器的配置管理；第六次：FTP服務器的配置管理；第七次：WWW服務器配置管理；第八次：Mail服務器的配置管理。以本課程新增的實驗教學內(nèi)容“飛揚廣告公司網(wǎng)絡拓撲的設計與搭建”為例，該實踐內(nèi)容是完成一虛擬中小企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡服務需求為目標，以項目開發(fā)流程為主線，最終滿足企業(yè)實際應用。這個虛擬企業(yè)是feiyang，它是一家廣告設計公司，主要從事平面媒體設計、等相關業(yè)務。總公司位于江蘇省南京市，人數(shù)50人左右。該公司需要通過Linux平臺實現(xiàn)以下網(wǎng)絡服務功能：DNS服務：實現(xiàn)名稱解析、動態(tài)更新等功能；文件服務：為企業(yè)內(nèi)部員工提供一個可靠、安全的存儲空間；FTP服務：為企業(yè)合作伙伴提供相關文件的下載；DHCP服務：實現(xiàn)IP地址等相關信息的動態(tài)分配；WEB服務：為企業(yè)內(nèi)部員工及商業(yè)合作伙伴提供一個展示和交流的平臺；郵件服務：為企業(yè)內(nèi)部員工提供郵件服務。[2]為此，課程內(nèi)容增加新的課程任務：（1）設計實驗環(huán)境。為了便于計算機公共機房的管理，本課程上機實驗均在VMware虛擬機環(huán)境下進行。VMwareWorkstation是一款功能強大的桌面虛擬計算機軟件，為用戶提供可在單一環(huán)境同時運行不同操作系統(tǒng)并進行開發(fā)、測試、部署應用程序的最佳解決方案。VMwareWorkstation可在一臺物理機器上模擬完整的網(wǎng)絡環(huán)境，其更好的靈活性與先進的技術勝過市面上其他的虛擬計算機軟件。[3]（2）設計教學內(nèi)容。在本課程中引入完整項目的實例：虛擬企業(yè)Feiyang廣告設計公司的網(wǎng)絡服務功能的設計與實現(xiàn)，其物理拓撲如圖1所示：本項目的驗收目標是：假設公司某部門的員工上班，開機后可以自動分配公司內(nèi)部的私有IP地址，員工進入公司內(nèi)部局域網(wǎng)，通過DNS和WWW進行網(wǎng)頁瀏覽、通過FTP進行有權(quán)限的文件上傳下載、通過Mail收發(fā)電子郵件。如果能實現(xiàn)這些功能，那么本課程主要內(nèi)容的教學目標也就達到了。本項目實現(xiàn)的關鍵是搭建虛擬公司的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。利用VMWare虛擬化，將一臺虛擬機（圖1物理拓撲圖中的Router_DHCPRelayServer）設置為路由器，將各個部門不同網(wǎng)段的虛擬機通過這臺虛擬機路由器聯(lián)系在一起，實現(xiàn)公司內(nèi)部分處不同網(wǎng)段的部門均能正常地使用網(wǎng)絡服務。[4]通過這個實際項目的學習，將平常零散的知識整合起來，運用到實際工程中，加深學生對知識的理解，同時也鍛煉了學生的實踐能力、團隊協(xié)作、溝通交流等多方面能力，為以后的學習打下堅實的基礎。如果多個類似這樣的實驗內(nèi)容融入到教學中，讓學生通過反復訓練鞏固和掌握Linux的知識及應用，對于該課程的講授和學習都能起到事半功倍的效果。

2.改革教學方式

因為學生畢竟是第一次接觸Linux，剛開始有些同學在Linux下都找不到指定的文件夾，在此情況下讓學生敲命令、修改服務配置文件可謂困難重重。為了能讓教學內(nèi)容順利開展，筆者改變了以往的教學方法，在本課程中提供7次實驗的項目指導書，安排每次實驗任務目標和項目指導書內(nèi)容有所側(cè)重，將項目實施的每一步驟圖文并茂的呈現(xiàn)，對于學生成功完成實驗起到指導作用。在教學中，即使有項目指導書的輔助，還是存在問題，有些學生反饋：按照指導書的操作步驟，還是不能完成實驗任務，嘗試多次也無法成功。針對這些偶然性出現(xiàn)的問題，筆者進一步完善了教學方式，在教學中融入大量的具體操作的視頻。在確認項目指導書正確性的前提下，以視頻錄像形式，讓學生更直觀更清晰地了解每一步的界面，對服務器的配置管理按照視頻來一步一步操作，能夠完成既定的實驗。除了以教學項目指導書和操作錄像視頻作為輔助之外，在本課程中還增加了很多互動的教學課時。例如，在課程結(jié)束前，要求學生從教學內(nèi)容、教學實施和教學效果三個方面對于新的教學模式談談感受，大多數(shù)學生表示新的教學模式比較新穎，實驗內(nèi)容豐富，能學到很多東西。同樣也存在其他意見，比如實驗課時偏少，實驗內(nèi)容偏多等。針對學生反饋的意見，進一步調(diào)整教學內(nèi)容和教學方式，以期達到更好的教學效果，這也是本課程改革最根本的目標。在這里筆者以近3年實施改革前后的考試成績?yōu)閷嵗瑢?008級至2010級計算機科學與應用專業(yè)3個年級本課程期末考試成績的結(jié)果分析圖呈現(xiàn)出來。數(shù)據(jù)表明對課程的改革有一定的成效，當然，教學效果的改善不能完全由考試成績來佐證，但至少可以作為量化的一個指標。3.改革考核方式鑒于本課程教學改革的新方向，考核方式為：平時成績、一次大作業(yè)和期末考試。平時成績占20%，期末考試占60%，大作業(yè)占20%。期末考試分為筆試和機試，筆試占40%，機試占20%。這一次大作業(yè)要求是本項目的所有網(wǎng)絡服務功能的完整實現(xiàn)，每個人都要撰寫項目實驗報告。

3.結(jié)論

篇(6)

摘 要 在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實訓教學中,由于需要組建具有多種操作系統(tǒng)的教學網(wǎng)絡,通常設立專門的實訓實驗室來保證教學效果,教育成本較高。本文提出了利用VMware 虛擬平臺實現(xiàn)在普通機房搭建可以運行多個不同類別的操作系統(tǒng)的教學網(wǎng)絡,能促進學生自主學習各種配置操作,緩解了高職教學過程中實驗場地和設備不足的缺陷,有極強的教學實用價值。

關鍵詞 VMware Workstation 網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實訓教學 協(xié)作學習方案 個人學習方案

網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是高職高專計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)的一門專業(yè)必修課,該課程的教學內(nèi)容及其對應實訓的教學目的是用來培養(yǎng)一個高級網(wǎng)絡管理員的綜合網(wǎng)絡服務配置和管理技能。而要掌握這些技能必然要求一個由多臺裝有各種操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡實訓環(huán)境。但由于教育資源匱乏、經(jīng)費不足等諸多原因?qū)е赂呗毟邔Ｔ盒４蠖嗳鄙賹ｉT的實訓實驗室,實際教學多在普通機房中進行。而普通機房為了便于維護,所有機器均為預裝操作系統(tǒng),且使用硬盤保護卡保護,學生很難有機會實施各類操作系統(tǒng)的安裝調(diào)試,更不能奢望親自搭建各類網(wǎng)絡服務器。教學過程一般有兩種形式,或者純粹是教師對學生說實驗(即把每一個步驟說給學生聽),或者直接給學生看教學用的操作視頻,實驗報告顯然都是抄寫的,教學效果可想而知。針對當前存在的問題,采用虛擬機平臺技術搭建實訓平臺無疑是個不錯的選擇。

一、虛擬機技術簡介

虛擬機(Virtual Machine)技術,就是用軟件模擬現(xiàn)實的計算機系統(tǒng)的技術,并且可以在一臺計算機上虛擬出多臺虛擬的計算機,從而解決教學的實際問題。

利用這種技術,可以在現(xiàn)有計算機主操作系統(tǒng)上建立若干個同構(gòu)或異構(gòu)的虛擬計算機系統(tǒng),這些虛擬機系統(tǒng)均有獨立的CPU、內(nèi)存、硬盤,甚至還擁有獨立的BlOS。在虛擬機環(huán)境下,多個操作系統(tǒng)可以同時運行,并且不需要重啟即可完成操作系統(tǒng)之間的互相切換。更重要的是,通過虛擬出來的各種網(wǎng)絡設備,虛擬機能完成和主機之間的網(wǎng)絡通訊。不僅如此,多個主機上的多個虛擬機還可以通過主機網(wǎng)絡連接成標準的TCP/IP 網(wǎng)絡。

目前流行的虛擬機軟件主要有VMware 公司的VMware 和Microsoft 公司的Virtual PC。

二、VMware Workstation 與Virtual PC 虛擬機對比

VMware Workstation和Virtual PC在虛擬化領域都是大名鼎鼎,那么我們應該如何根據(jù)自身需求選擇產(chǎn)品呢?VMware與VPC(Virtual PC)對比來說,硬件兼容性較強,具有較全面的功能,逼真的裸機模擬能力,強大的虛擬網(wǎng)絡模擬能力,可運行在多種操作系統(tǒng)平臺(Windows(NT以上)和Linux操作系統(tǒng)上)。VPC卻是小巧精悍、方便實用、易上手,但硬件兼容性較差,輔助工具功能太單薄,不支持移動存儲設備,只能運行在Windows系列(98以上)和MacOS上。

所以,專業(yè)級用戶適合選擇VMware,追求簡單方便的Windows入門用戶選擇VPC。我們的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實訓教學顯然屬于專業(yè)級別,應該選用VMware。

三、基于VMware Workstation的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實訓教學

結(jié)合建構(gòu)主義教學理論及實際的教學活動,本文提出兩種方案來搭建VMware Workstation網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實驗平臺:

(一)協(xié)作學習方案

在一個教學機房中,分別由教師機和所有的學生機共同搭建一個大型的實驗網(wǎng)絡,本方案的理論基礎是利用VMware Workstation具備在多個主機上分別創(chuàng)建多個虛擬機,并通過主機網(wǎng)絡連接成一個標準的TCP/IP 網(wǎng)絡的特性。以我校機房為例(每機房學生機60臺,教師機1臺),可搭建如表1所示的實驗網(wǎng)絡。

1.基礎實體網(wǎng)絡配置

在一個標準學生機房(60 臺學生機)里,所有學生機器預裝了Windows 2000 pro操作系統(tǒng),除E盤外其它驅(qū)動盤均設有硬盤保護卡;前面教師機預裝了Windows XP,未設置硬盤保護。機房內(nèi)所有機器由一組堆疊交換機經(jīng)RJ-45口連接成一個小局域網(wǎng),并通過Uplink口向上連接到校園局域網(wǎng),網(wǎng)絡采用TCP/IP 協(xié)議,網(wǎng)段使用192.168.10.0,保證網(wǎng)絡連通性。

2.虛擬機配置

教師機安裝VMware Workstation平臺后,在其上安裝windows server 2003,必須配置AD。學生機需在機房管理員的協(xié)助下先取消硬盤保護,后安裝VMware Workstation平臺,隨后按教師要求分別在虛擬機上安裝windows XP 或windows server 2000/2003或其他操作系統(tǒng)。安裝后由機房管理員重新對硬盤設置保護。虛擬機網(wǎng)段使用192.168.0.0。

3.網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實訓教學

教師上實訓課時可以將各項網(wǎng)絡服務配置分成幾大模塊,擬出一個完備的操作方案,讓學生協(xié)同完成整個大網(wǎng)絡的網(wǎng)絡服務配置管理。具體上課時,教師使用教師機登錄虛擬機中的Windows server 2003,學生使用學生機上的虛擬機操作系統(tǒng)登錄到教師機上的虛擬機域中,進行相關的網(wǎng)絡服務配置實驗。

(二)個別學習方案

本方案的創(chuàng)設基于我院專業(yè)特點,大多數(shù)學生自配了個人機(多為筆記本電腦),且配置較高(處理器均為雙核,內(nèi)存≥2G,硬盤≥250G),適合一機安裝多臺虛擬機使用。所以,推薦學生在個人機上搭建一個有多種操作系統(tǒng)(Windows系統(tǒng)和Linux)的標準的TCP/IP 網(wǎng)絡實驗平臺,實驗網(wǎng)絡組成如表2所示。網(wǎng)絡配置將四個操作系統(tǒng)的IP地址設置在一個網(wǎng)段中即可連通。學生課下時間可以復習或自主完成各種網(wǎng)絡服務配置實驗,切換操作系統(tǒng)就像切換對話框中的選項卡一樣方便,而且對整個實驗的整體性把握的更好,鍛煉了學生的自主性學習。

四、總結(jié)

實際上,虛擬機平臺技術不僅應用于《網(wǎng)絡操作系統(tǒng)》實訓課中有較好的教學效果, 也可以應用到計算機專業(yè)其他相關課程如計算機組裝和維護、互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術等的實訓教學中。對高職高專計算機專業(yè)各門專業(yè)課程來說,教學實訓非常重要,但往往受到現(xiàn)有實驗設備的限制而使學生實踐不足。而將VMware 虛擬平臺技術應用到計算機類課程的教學實訓中既經(jīng)濟又安全,且能夠保證教學質(zhì)量,同時實驗設備的利用率得到了很大提高。因此,在計算機類專業(yè)課程的教學實訓過程中,大力推行虛擬機平臺技術具有非常現(xiàn)實的意義。

參考文獻:

[1]王春海,劉曉輝,白鳳濤.VMware 虛擬機實用寶典.北京:中國鐵道出版社.2007.

篇(7)

關鍵詞：虛擬實驗室；Proteus；單片機應用

1Proteus簡介

Proteus軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及器件。它是比較好的仿真單片機及器件的工具。雖然國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是現(xiàn)今世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。

Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。

Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：

（1）原理布圖；（2）PCB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。

革命性的特點：

（1）互動的電路仿真

用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。

（2）仿真處理器及其電路

可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。

2虛擬實驗室構(gòu)建

LabcenterElectronics公司開發(fā)的Protues軟件，是唯一一種能進行各種處理其實時仿真、調(diào)試和測試的EDA工具。其具有實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設計等功能。是目前世界上最先進、最完整的嵌入式系統(tǒng)設計與仿真平臺。KeiL Vision2軟件。該軟件支持眾多不同公司的芯片及編輯、編譯和程序仿真等于一體，還支持PLM、匯編和C語言的程序設計。選用Proteus來構(gòu)建虛擬電子實驗室，只需建立一個計算機局域網(wǎng)，由一臺服務器，一臺教師機和若干臺學生機（可根據(jù)班級學生數(shù)確定）組成。在服務器上安裝Proteus+Keil并進行相關設置，還可根據(jù)需要開發(fā)實驗教學指導系統(tǒng)。一旦建立起局域網(wǎng)Proteus虛擬實驗系統(tǒng)，就無需添置任儀器儀表和耗材，達到無損耗的實驗系統(tǒng)。

建立Proteus虛擬實驗室具有極大的可行性和現(xiàn)實意義。現(xiàn)有高等學校都擁有相當數(shù)量的公用計算機，具有校園網(wǎng)和實驗室局域網(wǎng)平臺資源。Proteus可在Windows98/NT/2000/XP/2003等操作系統(tǒng)環(huán)境下進行，其操作界面與Windows下的軟件很相似，學生己具備學習和使用Proteus的基礎技能。

在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)中可開發(fā)各類電子及單片機應用系統(tǒng)實驗。包含模擬電路、數(shù)字電路和微處理器系統(tǒng)在內(nèi)的仿真實驗，并且不受任何元器件及工具條件的限制。可以說，能使教學進入到一個無約束，可隨意進行創(chuàng)新開發(fā)設計的虛擬世界。

虛擬實驗室可以采用局域網(wǎng)進行多媒體教學，通過教師機對學生機方式教師可以同步演示電路圖，并講解其原理。根據(jù)電路原理圖的元件需求，學生可以在元件庫中找到相應的虛擬元件。整個實驗結(jié)束后，學生將數(shù)據(jù)輸入到電子實驗報告系統(tǒng)中，系統(tǒng)會自動生成實驗報告，然后將實驗報告發(fā)送到主機，整個實驗教學結(jié)束。同傳統(tǒng)的實驗教學相比，采用虛擬實驗室教學，效率更高，教師同學生的互動性更好。

3在Proteus虛擬實驗室進行實驗項目的過程

在Proteus虛擬實驗系統(tǒng)進行實驗或綜合性、設計性實驗項目，可以使原理圖設計、元器件選擇，性能測試，系統(tǒng)功能動態(tài)仿真，實驗結(jié)果的分析與實驗報告生成一個工程項目完整過程一氣呵成，使學生真正感受到生動、創(chuàng)新的樂趣，激發(fā)學生自動創(chuàng)新的興趣。徹底改變了傳統(tǒng)電子系統(tǒng)設計迷茫，反復，甚至全盤失敗的枯燥過程。基于Proteus虛擬實驗系統(tǒng)實驗過程，可按圖1所示流程進行。

有很多的電子設計與仿真軟件，如Orcad， Protel， Mutisim， Pspice等。這些軟件可以做頻率響應、噪聲分析等工作，但在做元件實時行為分析時效果卻不夠理想。而Proteus不僅具有上述軟件的仿真功能，還可以對各類單片機、ARM7進行實物模型的行為仿真，仿真圖形逼真清晰，并可以將實時仿真的結(jié)果以各種格式輸出。

參考文獻：

[1]單美賢.虛擬實驗系統(tǒng)在教學中的應用探析[D].南京：南京師范大學，2002.

[2]朱敏.虛擬實驗與教學應用研究[D].上海：華東師范大學，2006.