Ubuntu如何使用VirtualBox进行虚拟化教学

Ubuntu 使用 VirtualBox 开展虚拟化教学的完整方案

一 教学场景与准备

• 适用对象：高校/培训机构的Linux 基础、网络、系统运维、云计算入门等课程，支持Windows/macOS/Linux 宿主机。
• 教学优势：隔离环境、快照回滚、模板克隆、批量化部署，便于演示与考核。
• 宿主机建议配置：内存≥8 GB（每台 VM 建议2–4 GB）、CPU 支持虚拟化并开启 BIOS 虚拟化、SSD 存储、稳定网络。
• 软件与镜像：安装最新稳定版 Oracle VM VirtualBox；下载 Ubuntu LTS（如 22.04/24.04）桌面版或服务器版镜像，优先选择 64-bit。

二 安装与创建第一台虚拟机

• 安装 VirtualBox（Ubuntu 宿主机）
  • 更新索引并安装：sudo apt update && sudo apt install virtualbox
  • 验证安装：vboxmanage -v
• 创建虚拟机（向导模式）
  • 名称：如“Ubuntu-24.04-Student”；类型：Linux；版本：Ubuntu (64-bit)
  • 内存：建议2048–4096 MB（不超宿主机物理内存的 1/2）
  • 硬盘：选择“现在创建虚拟硬盘”，类型 VDI，存储 动态分配，大小20–40 GB
• 挂载 ISO 并安装系统
  • 选中 VM → 设置 → 存储 → 在“没有盘片”处挂载下载好的 .iso
  • 启动 VM，进入安装界面，按提示完成安装（桌面版可选“最小安装”，服务器版按向导配置用户/磁盘/SSH）
• 安装后优化
  • 设备 → 安装增强功能（Guest Additions），提升分辨率、剪贴板、拖放与共享文件夹体验
  • 建议创建快照：“虚拟机 → 快照 → 拍摄”，便于回滚实验状态。

三 课堂常用网络拓扑与配置

• 三种常用模式对比

• 快速配置示例
  • NAT + 端口转发（让外网/宿主机访问 VM 的 SSH）
    • 虚拟机设置 → 网络 → 适配器 1：NAT
    • 高级 → 端口转发：新增规则（名称：SSH；协议：TCP；主机端口：2222；子系统端口：22）
    • 宿主机连接：ssh -p 2222 student@127.0.0.1
  • 桥接（让 VM 获得与宿主机同网段 IP）
    • 虚拟机设置 → 网络 → 适配器 1：桥接适配器；名称选择宿主机当前上网网卡（如 Wi‑Fi/以太网）
    • 进入系统后检查：ip addr、ping 网关IP、ping 8.8.8.8
  • 仅主机（隔离私网）
    • 虚拟机设置 → 网络 → 适配器 1：仅主机网络；如未创建，先新建 vboxnet0
    • 在 Ubuntu 中查看网卡（如 enp0s8），配置 DHCP 或静态 IP 用于教学实验。

四 教学常用操作与自动化

• 快照与克隆
  • 快照：实验前“拍摄快照”，出错一键回滚；阶段性保存“里程碑”快照
  • 克隆：基于模板 VM 克隆多台学生机，保持环境一致性（链接克隆节省空间）
• 无头模式与批量启动（适合机房/服务器）
  • 启动：VBoxManage startvm "Ubuntu-24.04-Student" --type headless
  • 关机：VBoxManage controlvm "Ubuntu-24.04-Student" acpipowerbutton（优雅关机）
• 共享文件夹（文件分发/回收作业）
  • 虚拟机设置 → 共享文件夹 → 添加主机目录（如 /home/teacher/course），勾选自动挂载与固定分配
  • Ubuntu 中安装增强功能后，常见挂载点：/media/sf_<共享名>；如需开机自动挂载，可加入 /etc/fstab（由教师统一下发配置）
• 命令行创建与配置（便于脚本化部署）
  • 示例：
    • VBoxManage createvm --name "lab-01" --register
    • VBoxManage modifyvm "lab-01" --memory 2048 --cpus 2 --nic1 nat
    • VBoxManage storagectl "lab-01" --name "IDE" --add ide
    • VBoxManage storageattach "lab-01" --storagectl "IDE" --port 0 --device 0 --type dvddrive --medium /path/ubuntu-24.04.iso
    • VBoxManage startvm "lab-01" --type headless
• 常见问题速排
  • 启动报错“No bootable medium found”：检查是否已挂载 ISO 且启动顺序为“光驱 → 硬盘”
  • 选择 64-bit 却不可用：在 BIOS 开启虚拟化技术（VT‑x/AMD‑V）
  • 桥接拿不到 IP：确认选择了正确的物理网卡；校园网可能限制多设备接入，改用 NAT + 端口转发 或 仅主机。

五 课堂作业与评分建议

• 实验设计
  • 基础：安装 Ubuntu、配置 SSH、更新源、创建用户与权限
  • 网络：在 NAT/桥接/仅主机 三种模式下完成连通性测试与端口转发
  • 服务：部署 Nginx/Apache、FTP 或简易 Web 应用，验证外网/宿主机访问
  • 安全：配置 UFW 防火墙、SSH 密钥登录、Fail2ban
• 考核与交付
  • 提交材料：实验报告（含网络拓扑图、关键命令与截图）、访问地址与端口、遇到的问题与解决
  • 评分点：连通性、服务可用性、安全性、可复现性（是否基于模板一键部署）
• 管理建议
  • 统一模板与快照；课前批量启动无头实例；课后统一关机回收
  • 重要操作前强制快照；对关键实验设置“不可删除快照”以防误回滚

以上流程覆盖从环境准备、系统安装、网络拓扑到课堂自动化的关键环节，可直接用于构建稳定、可重复的虚拟化教学实验室。