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《計算機組裝與維護》課程實驗中虛擬機技術的應用
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摘要：論文重點介紹基于Vmware虛擬機技術的《計算機組裝與維護》課程實驗，這些實驗的開出，既增加了學生動手操作的機會，提高了教學效果，又避免了計算機系統的破壞，保證其它課程實驗的正常開出。
引言
《計算機組裝與維護》課程是計算機專業的一門專業技術課程，突出學生專業技能的培養。該課程設置了計算機軟硬件方面的多個實驗，力圖通過實驗提高學生的動手實踐能力。其中部分實驗具有一定的危害性，如：硬盤的分區與格式化、操作系統的安裝、丟失數據的恢復等。這些實驗會破壞原計算機上存儲的程序和數據，影響其它實驗的正常開出。為此，一些學校放棄了此類實驗，教學效果大打折扣。針對這種情況，我在實驗中引入了虛擬機技術，嘗試解決這個問題。觀察三年來的使用情況，效果良好。
1 虛擬機技術簡介
所謂虛擬機，是相對于物理計算機而言，它是通過虛擬機軟件虛擬實現的，可支持多個操作系統在單個物理機上并行運行，每個虛擬機都可以被獨立的封裝到一個文件中，便于使用和移植。在虛擬機中，我們可以虛擬CPU、內存、硬盤、光驅和網卡等一整套硬件設備，并可以隨心所欲的設置和使用它們，對物理機沒有絲毫的影響。這些特點，為我們以虛擬機為載體，進行操作實驗帶來了便利。
早在上個世紀七十年代，IBM研究中心就在試驗室里實現了其主機的鏡像，可算是虛擬機的始祖。現在，使用最普遍的虛擬機軟件，要數Vmware公司的VMware 和Microsoft公司的Virtual PC了。兩款軟件都基于X86平臺，能在Windows系統上虛擬多臺計算機，用于安裝多種版本的操作系統。但 Vmware還支持Linux等多款操作系統，并且功能強大，操作界面直觀，易學好用。而Virtual PC主要為windows操作系統服務，特別是最新版本的Virtual PC只支持Windows 7操作系統，鑒于此，我們選用了Vmware軟件。
2 虛擬機的實驗應用
2.1實驗平臺的構建
考慮到大部分的學生初次接觸虛擬機軟件，且學生的英語水平參差不齊，我們確定選用中文版VMware Workstation 6作為虛擬機創建軟件。
首先運行VMware Workstation 6創建虛擬機，單擊“文件→新建→虛擬機”命令（如圖1所示），進入創建虛擬機向導，或者直接按“Crtl+N”快捷鍵同樣進入創建虛擬機向導。在彈出的歡迎頁中單擊“下一步”按鈕，按照依次彈出的對話框提示，選擇設置計算機的配置、客戶機操作系統類型、虛擬機的名稱和保存位置、網絡類型和磁盤容量。特別注意在“選擇一個客戶機操作系統”對話框中，要正確選擇虛擬機運行的操作系統和版本，否則無法完成后續實驗。這里選擇“Windows XP Professional”操作系統，單擊“下一步”按鈕，繼續執行。最后成功創建安裝Windows XP Professional操作系統的虛擬計算機（如圖2所示）。至此，實驗平臺構建完成。
圖1 選擇新建虛擬機的菜單命令 圖2 新建虛擬機的配置視圖
2.2硬盤的分區和格式化操作
在真實的物理機上進行分區和格式化操作，將刪除已安裝的操作系統和應用程序，這樣不僅影響了其它課程的實驗教學，同時大大增加了機房管理員的維護強度。如果在虛擬機上完成的話，一切問題迎刃而解。
實驗前要準備好包含分區和格式化軟件的DOS啟動光盤，我們選用的分區和格式化軟件是使用廣泛的中文DOS版的PartitionMagic分區魔術師，練習這個軟件的使用也是實驗的目的之一。然后進入虛擬機的BIOS，設置光驅為第一啟動設備并保存重啟。虛擬機運行后，進入DOS工作環境，鍵入分區和格式化軟件的運行命令，出現軟件主界面，按照主界面上的提示操作，完成虛擬硬盤的分區和格式化操作，最終將虛擬硬盤分為兩個分區：系統分區和數據分區。
2.3操作系統安裝
相對真實的計算機而言，在虛擬機中安裝操作系統更便捷。虛擬機不僅可以使用物理機的光驅，還可以直接使用系統安裝光盤的鏡像文件，本實驗選用Windows XP Professional中文版的鏡像文件。
首先打開前面創建的虛擬機選項卡，在設備列表雙擊CD-ROM項，在打開的屬性對話框里選中“使用ISO 鏡像”選項，然后指定Windows XP Professional安裝光盤鏡像文件(ISO格式)。如果使用安裝光盤，則選擇“使用物理驅動器”選項。
光驅設置完成后，單擊工具欄上的開機按鈕，打開虛擬機的電源，虛擬機啟動運行。以后在虛擬機中安裝操作系統，就和在物理機中完全一樣。
2.4數據恢復
新買回的硬盤必須進行磁盤的分區和格式化才能使用，這個過程中要創建磁盤的主引導記錄（MBR）、分區表（DPT）以及分區的DOS引導扇區（DBR）、文件分配表（FAT）、目錄區（DIR）和數據區（Data）六部分內容，數據恢復實驗要涉及到對這些內容的操作。
主要實驗有主引導記錄（MBR）損壞的修復、分區表（DPT）的恢復、誤格式化和誤刪除數據恢復四個實驗。在物理機上進行這些實驗時，很可能導致系統癱瘓、數據丟失，因此也適合在虛擬機上進行。
2.4.1主引導記錄（MBR）損壞的修復
主引導記錄（MBR，Master Boot Record）是位于磁盤最前邊的一段引導代碼，負責操作系統對磁盤進行讀寫時分區合法性的判別、分區引導信息的定位。通常，我們將包含MBR引導代碼的扇區稱為主引導扇區。主引導記錄一旦遭到破壞，系統將不能正常啟動。
實驗前，準備好包含Diskgenius軟件的DOS啟動光盤，我們選用該軟件完成主引導記錄的修復工作。做實驗時，首先用WinHex 工具軟件改寫硬盤的主引導記錄，模擬病毒破壞。然后重啟系統，這時屏幕上只有一個光標在閃爍，Windows XP無法啟動。接下來進行修復操作，使用DOS 啟動盤啟動計算機，運行Diskgenius軟件，在“工具”菜單中選擇執行“重寫主引導記錄”命令，執行完畢后，主引導記錄修復完成。然后保存退出，再次使用硬盤啟動系統，Windows XP系統啟動成功。
2.4.2分區表（DPT）的恢復
硬盤主引導扇區中還包含分區表（DPT），分區表中記錄了硬盤的分
區信息，許多病毒通過破壞主引導扇區中的分區表，使系統找不到硬盤分區，從而達到對資料的破壞目的。所以，我們可以使用軟件恢復分區表來完成數據的恢復。
前邊的準備工作和上一實驗相同，首先使用WinHex 工具軟件改寫分區表，然后保存退出并重啟計算機，此時硬盤分區已經不能訪問。使用DOS啟動盤啟動計算機，運行Diskgenius軟件，執行“工具”菜單中的“重建分區表”命令。為了準確的找到要恢復的分區，建議在后續的對話框中點擊“交互方式”按鈕，一邊搜索一邊關注搜到的分區信息，判斷正確后再保存。通過這樣的操作一般都能輕松的恢復出硬盤的分區表信息。完成后再次利用硬盤啟動，則操作系統引導正常，硬盤數據完美恢復。
2.4.3誤格式化數據的恢復
格式化操作從現象上來看，是刪除分區中的所有數據（操作過程會出現相應的提示），使用Windows系統本身功能無法恢復。但實際上，分區的格式化操作主要是清空文件分配表，清除表中數據存儲的位置信息，而存儲在數據區中的文件數據沒有任何變化。因此，在分區沒有重新存儲數據的情況下，使用專門的工具軟件完全可以恢復。目前常用的工具軟件有Easyrecovery和Finaldata，我們使用的是中文版Easyrecovery。
Easyrecovery是在Windows系統下運行的軟件，界面設計非常簡潔明確。我們首先在數據分區上存儲文件，然后進行格式化操作，用來創建實驗對象。接下來運行Easyrecovery（注意恢復軟件要安裝在系統分區上），在主界面的“數據恢復”項目中找到“格式化恢復”按鈕單擊，按照操作向導提示選擇執行，最后將要恢復的數據保存在系統分區上，誤格式化的數據恢復如初。
2.4.4誤刪除數據的恢復
文件刪除的原理與格式化類似， 就是讓系統修改了文件分配表中的代碼，清除文件存儲的位置信息，而文件本身的內容仍保存在數據區。只要沒有寫入新數據覆蓋，使用專門的軟件就能恢復。和前一實驗相同，我們同樣選擇了EasyRecovery軟件。
首先創建實驗對象，刪除要恢復的文件，然后運行EasyRecovery。在程序主界面的“數據恢復”項目中找到“刪除恢復”按鈕，單擊進入恢復刪除文件向導，按照操作向導提示確定執行。為了恢復子文件夾中的數據，一定要選定“完整掃描”選項。最后將要恢復的數據保存在其它分區上，誤刪除的數據完美恢復。
3.結論
虛擬機技術的引入，為學生提供了和載機無關的實驗環境，使學生能夠按照實驗的要求，大膽操作，積極實踐，便于學生全面掌握所學知識。同時，又可以充分挖掘現有設備的潛力，實現計算機的“一機多用”，確保各課程的實驗互不影響，提高實驗的開出率。用虛擬機構建的實驗平臺，還可以廣泛應用于其它課程，如網絡類課程、軟件開發類課程。在資金、設備有限的情況下，滿足多門計算機課程的實驗要求。
參考文獻：
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