《计算机组装与维护》课程实验中虚拟机技术的应用
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摘要：论文重点介绍基于Vmware虚拟机技术的《计算机组装与维护》课程实验，这些实验的开出，既增加了学生动手操作的机会，提高了教学效果，又避免了计算机系统的破坏，保证其它课程实验的正常开出。
引言
《计算机组装与维护》课程是计算机专业的一门专业技术课程，突出学生专业技能的培养。该课程设置了计算机软硬件方面的多个实验，力图通过实验提高学生的动手实践能力。其中部分实验具有一定的危害性，如：硬盘的分区与格式化、操作系统的安装、丢失数据的恢复等。这些实验会破坏原计算机上存储的程序和数据，影响其它实验的正常开出。为此，一些学校放弃了此类实验，教学效果大打折扣。针对这种情况，我在实验中引入了虚拟机技术，尝试解决这个问题。观察三年来的使用情况，效果良好。
1 虚拟机技术简介
所谓虚拟机，是相对于物理计算机而言，它是通过虚拟机软件虚拟实现的，可支持多个操作系统在单个物理机上并行运行，每个虚拟机都可以被独立的封装到一个文件中，便于使用和移植。在虚拟机中，我们可以虚拟CPU、内存、硬盘、光驱和网卡等一整套硬件设备，并可以随心所欲的设置和使用它们，对物理机没有丝毫的影响。这些特点，为我们以虚拟机为载体，进行操作实验带来了便利。
早在上个世纪七十年代，IBM研究中心就在试验室里实现了其主机的镜像，可算是虚拟机的始祖。现在，使用最普遍的虚拟机软件，要数Vmware公司的VMware 和Microsoft公司的Virtual PC了。两款软件都基于X86平台，能在Windows系统上虚拟多台计算机，用于安装多种版本的操作系统。但 Vmware还支持Linux等多款操作系统，并且功能强大，操作界面直观，易学好用。而Virtual PC主要为windows操作系统服务，特别是最新版本的Virtual PC只支持Windows 7操作系统，鉴于此，我们选用了Vmware软件。
2 虚拟机的实验应用
2.1实验平台的构建
考虑到大部分的学生初次接触虚拟机软件，且学生的英语水平参差不齐，我们确定选用中文版VMware Workstation 6作为虚拟机创建软件。
首先运行VMware Workstation 6创建虚拟机，单击“文件→新建→虚拟机”命令（如图1所示），进入创建虚拟机向导，或者直接按“Crtl+N”快捷键同样进入创建虚拟机向导。在弹出的欢迎页中单击“下一步”按钮，按照依次弹出的对话框提示，选择设置计算机的配置、客户机操作系统类型、虚拟机的名称和保存位置、网络类型和磁盘容量。特别注意在“选择一个客户机操作系统”对话框中，要正确选择虚拟机运行的操作系统和版本，否则无法完成后续实验。这里选择“Windows XP Professional”操作系统，单击“下一步”按钮，继续执行。最后成功创建安装Windows XP Professional操作系统的虚拟计算机（如图2所示）。至此，实验平台构建完成。
图1 选择新建虚拟机的菜单命令 图2 新建虚拟机的配置视图
2.2硬盘的分区和格式化操作
在真实的物理机上进行分区和格式化操作，将删除已安装的操作系统和应用程序，这样不仅影响了其它课程的实验教学，同时大大增加了机房管理员的维护强度。如果在虚拟机上完成的话，一切问题迎刃而解。
实验前要准备好包含分区和格式化软件的DOS启动光盘，我们选用的分区和格式化软件是使用广泛的中文DOS版的PartitionMagic分区魔术师，练习这个软件的使用也是实验的目的之一。然后进入虚拟机的BIOS，设置光驱为第一启动设备并保存重启。虚拟机运行后，进入DOS工作环境，键入分区和格式化软件的运行命令，出现软件主界面，按照主界面上的提示操作，完成虚拟硬盘的分区和格式化操作，最终将虚拟硬盘分为两个分区：系统分区和数据分区。
2.3操作系统安装
相对真实的计算机而言，在虚拟机中安装操作系统更便捷。虚拟机不仅可以使用物理机的光驱，还可以直接使用系统安装光盘的镜像文件，本实验选用Windows XP Professional中文版的镜像文件。
首先打开前面创建的`虚拟机选项卡，在设备列表双击CD-ROM项，在打开的属性对话框里选中“使用ISO 镜像”选项，然后指定Windows XP Professional安装光盘镜像文件(ISO格式)。如果使用安装光盘，则选择“使用物理驱动器”选项。
光驱设置完成后，单击工具栏上的开机按钮，打开虚拟机的电源，虚拟机启动运行。以后在虚拟机中安装操作系统，就和在物理机中完全一样。
2.4数据恢复
新买回的硬盘必须进行磁盘的分区和格式化才能使用，这个过程中要创建磁盘的主引导记录（MBR）、分区表（DPT）以及分区的DOS引导扇区（DBR）、文件分配表（FAT）、目录区（DIR）和数据区（Data）六部分内容，数据恢复实验要涉及到对这些内容的操作。
主要实验有主引导记录（MBR）损坏的修复、分区表（DPT）的恢复、误格式化和误删除数据恢复四个实验。在物理机上进行这些实验时，很可能导致系统瘫痪、数据丢失，因此也适合在虚拟机上进行。
2.4.1主引导记录（MBR）损坏的修复
主引导记录（MBR，Master Boot Record）是位于磁盘最前边的一段引导代码，负责操作系统对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位。通常，我们将包含MBR引导代码的扇区称为主引导扇区。主引导记录一旦遭到破坏，系统将不能正常启动。
实验前，准备好包含Diskgenius软件的DOS启动光盘，我们选用该软件完成主引导记录的修复工作。做实验时，首先用WinHex 工具软件改写硬盘的主引导记录，模拟病毒破坏。然后重启系统，这时屏幕上只有一个光标在闪烁，Windows XP无法启动。接下来进行修复操作，使用DOS 启动盘启动计算机，运行Diskgenius软件，在“工具”菜单中选择执行“重写主引导记录”命令，执行完毕后，主引导记录修复完成。然后保存退出，再次使用硬盘启动系统，Windows XP系统启动成功。
2.4.2分区表（DPT）的恢复
硬盘主引导扇区中还包含分区表（DPT），分区表中记录了硬盘的分
区信息，许多病毒通过破坏主引导扇区中的分区表，使系统找不到硬盘分区，从而达到对资料的破坏目的。所以，我们可以使用软件恢复分区表来完成数据的恢复。
前边的准备工作和上一实验相同，首先使用WinHex 工具软件改写分区表，然后保存退出并重启计算机，此时硬盘分区已经不能访问。使用DOS启动盘启动计算机，运行Diskgenius软件，执行“工具”菜单中的“重建分区表”命令。为了准确的找到要恢复的分区，建议在后续的对话框中点击“交互方式”按钮，一边搜索一边关注搜到的分区信息，判断正确后再保存。通过这样的操作一般都能轻松的恢复出硬盘的分区表信息。完成后再次利用硬盘启动，则操作系统引导正常，硬盘数据完美恢复。
2.4.3误格式化数据的恢复
格式化操作从现象上来看，是删除分区中的所有数据（操作过程会出现相应的提示），使用Windows系统本身功能无法恢复。但实际上，分区的格式化操作主要是清空文件分配表，清除表中数据存储的位置信息，而存储在数据区中的文件数据没有任何变化。因此，在分区没有重新存储数据的情况下，使用专门的工具软件完全可以恢复。目前常用的工具软件有Easyrecovery和Finaldata，我们使用的是中文版Easyrecovery。
Easyrecovery是在Windows系统下运行的软件，界面设计非常简洁明确。我们首先在数据分区上存储文件，然后进行格式化操作，用来创建实验对象。接下来运行Easyrecovery（注意恢复软件要安装在系统分区上），在主界面的“数据恢复”项目中找到“格式化恢复”按钮单击，按照操作向导提示选择执行，最后将要恢复的数据保存在系统分区上，误格式化的数据恢复如初。
2.4.4误删除数据的恢复
文件删除的原理与格式化类似， 就是让系统修改了文件分配表中的代码，清除文件存储的位置信息，而文件本身的内容仍保存在数据区。只要没有写入新数据覆盖，使用专门的软件就能恢复。和前一实验相同，我们同样选择了EasyRecovery软件。
首先创建实验对象，删除要恢复的文件，然后运行EasyRecovery。在程序主界面的“数据恢复”项目中找到“删除恢复”按钮，单击进入恢复删除文件向导，按照操作向导提示确定执行。为了恢复子文件夹中的数据，一定要选定“完整扫描”选项。最后将要恢复的数据保存在其它分区上，误删除的数据完美恢复。
3.结论
虚拟机技术的引入，为学生提供了和载机无关的实验环境，使学生能够按照实验的要求，大胆操作，积极实践，便于学生全面掌握所学知识。同时，又可以充分挖掘现有设备的潜力，实现计算机的“一机多用”，确保各课程的实验互不影响，提高实验的开出率。用虚拟机构建的实验平台，还可以广泛应用于其它课程，如网络类课程、软件开发类课程。在资金、设备有限的情况下，满足多门计算机课程的实验要求。
参考文献：
[1] 谢锦平。虚拟机技术在计算机教学中的应用[J]。上海农林职业技术学院学报，2003（4）：33-34.
[2] 龙艳军。 利用VMware 搭建计算机数据恢复实验平台[J]。湖南科技学院学报，2007（4）： 51-52.
[3] 马林。数据重现[M]。北京：清华大学出版社，2009。405-500.
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