2015年8月，辽宁省教育厅批复建设信息技术类、机械加工类、交通运输类等七大类虚拟仿真实训平台基地的建设。目前，七个虚拟仿真实训平台基地建设已经接近尾声，即将进入教学环节服务省内广大师生。虚拟仿真实训平台是利用虚拟现实技术、网络技术、计算机技术，仿真或虚构某些情境，供学生观察、操作、建构其中的对象，使他们获得类似真实的体验，从而更牢固地掌握知识理论体系或者获得某种技能的资源。
【关键词】虚拟仿真实训平台实践应用
1虚拟仿真技术的现状
随着互联网技术及虚拟仿真技术的飞速发展，虚拟仿真实训平台平台这一教育资源也逐渐受到了教育界人士的青睐。目前国内投入运营的虚拟仿真实训平台平台屈指可数，以西南交通大学龙绪明教授为例，其率领团队开发的《SMT虚拟实践平台》已于2015年初完成，目前被西南交通大学、北京理工学院使用；辽宁省交通高等专科学校的《地铁线路控制虚拟仿真》也在轨道交通工程系的实训课程中使用。这些虚拟教学手段的使用在教学过程中改善了教学效果。
2虚拟仿真实训平台的特点
2.1可制定“理、虚、实”一体化的实践教学计划，将虚拟仿真训练有效的应用于实践教学环节中
原有的“理-实”教学模式是利用现有的实验实训教学环境结合理论内容来进行教学，实践教学过程中，受到实验实训环境不完善、实验耗材昂贵、实验实训环境安全隐患等诸多因素制约，影响了实训的效果，不能达到职业教育对实践教学的要求。在融入了虚拟仿真实训平台基地环境之后，很大程度上解决了上述问题，并且可以在任何时间、地点、终端的情况下进行实践训练，构建出“理、虚、实”一体化的实践教学模式，切实提升学生的实践动手能力。
2.2可设计小概率事件训练方案，在虚拟环境中反复训练学生解决实际生产操作中所出现的故障、问题，避免学生在真实生产中误操作导致安全事故
电气设备、机械设备对操作者的熟练程度要求比较高，在不熟悉设备的情况下往往会面临高电压、高温度的危险，误操作会导致操作者的受伤或生产企业的损失。虚拟仿真实训平台应用于实践教学，将让学生在面对真实设备前，实现对设备的原理、设备的外观、操作方法、注意事项、小概率事件及维修保养等各个生产环节的熟练掌握，最大程度为学生提供安全保障。
3虚拟仿真实训平台应用研究的必要性
2016年底，辽宁省教育厅将对开发的七个虚拟仿真实训平台基地进行验收，虚拟仿真实训平台基地即将投入运营，如何充分利用虚拟仿真实训平台平台，发挥其在实践教学中的作用，真正实现“理、虚、实教学一体化”的问题已迫在眉睫。
通过本文的探讨，为虚拟仿真实训平台基地的开发注入新的思路，并为虚拟仿真实训平台基地的合理使用提供理论依据；丰富虚拟仿真实训平台基地平台的应用及推广体系，为虚拟仿真实训平台平台的应用和推广提供更多建设性的可操作方案。
通过对照传统实训基地教学模式，充分发掘虚拟仿真实训平台基地的教学优势，创建以虚拟仿真实训平台为主体的实践教学模式；利用虚拟仿真技术完善传统实践教学环节，构建科学合理的“理、虚、实”一体化实践教学体系。
4虚拟仿真实训平台应用研究的方法
虚拟仿真实训平台应用的研究服务与实践教学，最终目的是为了实现学生从校门到企业的无缝对接。虚拟仿真实训平台基地在实践教学环节中的应用切实遵循高职学生的层次特点和学习兴趣，最终引导学生充分利用虚拟仿真实训平台基地资源，掌握职业技能。
因此，明确学生的学习特点和学习兴趣是基础。在掌握学生学习特点的基础上，归纳传统的生产实训和虚拟仿真实训平台各自的特点，并对这两类实训教学手段的优缺点进行比较和总结；研究目前已投入教学的虚拟仿真实训平台的使用情况，扬长避短；选用一部分学生提前试用虚拟仿真实训平台，总结其使用感受，并反馈到虚拟实训在今后的应用中。
具体研究方法如图1所示。
5虚拟仿真实训平台在实践教学中应用的优势和不足
根据已投入实践教学的虚拟仿真实训平台的应用情况来看，虚拟仿真实训平台具备以下的优势：
5.1创建沉浸式的仿真生产体验，极大提升学生的学习兴趣，养成自主学习的习惯
兴趣是学习动力的根本，虚拟仿真实训平台平台可以采用第一视角模式，以游戏环节带入，操作细节真实清晰，学生可24小时全天候登陆系统进行学习，自主沉浸在虚拟仿真的生产环境中，体验生产、安装、维修过程，切实的提升了学习效率和效果。
5.2利用虚拟仿真生产环境，规范操作流程，养成良好的标准化生产习惯
通过虚拟仿真实训平台的应用，学生可以在网络平台上学习规范的任务流程、生产工艺及设备操作方法，避免了不同教师差别教学的情况，引领学生养成标准化操作的良好习惯。
5.3建立校企联合培养的纽带，形成企业需求和学生成长相互反馈的机制，为今后校企合作模式开辟新道路
虚拟仿真实训平台基地中岗位的设定完全遵循企业实际用工要求，学生通过角色的体验可以明确学习方向；学生在虚拟仿真实训平台平台中关于设备操作和维护的成绩也可以转换为企业认可的证书，提升就业竞争力。
但在具体的应用过程中也体现出一些问题，具体问题如下：
（1）推广速度、覆盖院校范围不尽如意；
（2）部分学校计算机设备老旧、网络资源匮乏，虚拟平台运行速度较慢；
（3）虚拟仿真实训平台平台使用频率较低，平台资源没有得到充分利用。
综上，虚拟仿真实训平台在实践教学中的优势非常明显，虚拟教学环境的应用更适应时展的潮流，更能满足现代学生学习的需要。目前虚拟仿真实训平台平台在实践教学中的应用还处在起步阶段，我们还需要进一步深入研究、探索出一条充分发挥其作用的路来。
作者简介
冯珊珊（1981-），女，现为辽宁建筑职业学院讲师。主要研究方向为应用电子、信息化教学。
数控加工虚拟仿真是通过计算机虚拟仿真模型将数控机床的各组成结构、运行方式、逻辑关系等用三维动画的方式展现出来。数控加工虚拟仿真软件能够对工件加工的全过程进行模拟，并可以从多角度观看加工时刀具的切削路径和工件加工效果。对初学数控机床的学生来说，使用数控加工虚拟仿真软件学习数控加工的操作步骤可以将机床的运作和工件的加工过程立体地呈现出来。数控加工虚拟仿真可以对预加工工件进行多次反复模拟加工，并通过多次的模拟加工不断改进工件的加工方法、提高工件的加工效果，为真实环境下加工工艺分析及程序编写提供参照，保证了工艺分析的可行性、程序运行可靠性，避免因工艺不合理或程序出错造成的刀具碰撞或引起其他突发状况。
2数控加工虚拟仿真在实训中的应用
基于虚拟仿真技术的数控加工实训教学方法改变了以往仅在数控机床前对学生进行教学的单一形式，通过加入虚拟仿真技术可以让学生通过仿真软件和三维模型深化对数控机床的学习，并让学生从多角度、全方位对数控机床的构造及各组成结构进行认识和学习。此外，在工件加工前学生可以对数控机床的整个操作和加工过程进行仿真和模拟。在学生对数控机床知识有一定了解后，向学生演示对刀及简单的操作加工。学生对数控机床及数控加工过程有一定认识之后，学生就可通过数控虚拟仿真软件学习和练习数控机床的开关机、换刀、对刀、工件旋转、简单的工件加工等操作过程，同时可以学习操作面板上各个功能键和输入键的用法和作用，在学习过程中。如若学生操作错误或是虚拟机床停止运行，学生可以随时返回操作或是重启软件，减少了实际中因误操作引起的设备损坏和人员伤亡。在学生熟练数控加工的操作流程后，让学生学习数控机床的加工原理及数控编程方法。数控编程的学习之所以放在学生熟悉数控机床之后，是因为这样学生更容易学习数控编程的逻辑思维、程序代码意义及各段编程的作用。在学习编程的过程中将工件加工的工艺分析和路径分析贯穿其中，让学生通过实例形象地学习数控编程。为了检验编程是否正确、合理，学生可以将所编程序输入数控虚拟仿真软件，通过仿真软件对工件加工时的走刀路径和加工后的效果进行模拟分析，从而检验编写的程序是否准确、合理。最后，在学生对数控机床的操作过程、程序的编写方法、工件加工的工艺分析等知识充分学习后，指导学生独立上机操作，将前期所学的知识点在真实数控机床环境下进行演练。通过这种数控机床与数控虚拟仿真软件的交互学习，增强学生对数控加工流程的认识，调动学生学习数控加工的积极性，让学生有充足的时间和机会，通过多种途径深入学习数控加工技术。
3数控加工虚拟仿真在实训中应用的优势
3.1增强了学生数控加工实训效果，提高了学生动手操作能力数控加工虚拟仿真运用到实训教学中可以实现对数控机床的各个部件及辅助工具进行立体演示，摆脱了传统教学中通过平面图或是观察数控设备外观进行想象。同时，数控加工虚拟仿真软件可以模拟出现实环境中数控操作和工件加工过程，能够对输入的数控程序进行识别和检验，其操作面板、运行系统等都可以按实际需求进行修改，学生像在真实环境下进行各项功能操作，给初学者提供大量的练习操作时间，为后续的上机实训奠定了扎实的基础，有效提高学生的数控加工操作能力。3.2提高了数控机床的有效利用率，降低了实训耗材的浪费各高校在开设数控加工课程时，由于数控设备数量及数控教学老师人员数量有限，数控加工教学模式一般是数十位学生集中在一台数控设备周围学习。由于开设数控加工的课时是固定的，所以在学习数控操作过程中，每个学生的实际上机操作时间较少、操作能力难以得到快速提高。将数控加工虚拟仿真运用到实训教学中可以让学生在数控加工虚拟仿真实验室内学习基本的数控机床操作知识，反复锻炼学生的数控操作能力，在学生具备数控操作能力后再分批次、分阶段进行真实环境下的上机操作，最大程度实现数控机床的利用效率，同时减少学生在初学过程中对加工耗材不合理使用，降低了实训过程中耗材浪费。3.3增强了学生实训安全性、降低了数控机床故障发生率数控加工虚拟仿真运用到实训教学中，合理地将学生的初学操作过程放到虚拟环境下，减少学生在实际初学过程中因误操作造成的人员伤害及机床损坏，在提高学生学习效率的同时增强了学生实训的安全性。同时，由于数控程序调试过程是在虚拟环境下先行完成，所以在后期上机过程中缩短了程序调试时间，降低了数控设备的消耗，在加工一些复杂零件时，有效降低了程序出错的可能性，减少刀具损害及工件破坏的几率，从而降低数控机床发生故障的概率。3.4拓宽了学生专业知识面、提高了学生创新能力虚拟制造和智能加工已经成为制造业发展的目标和方向，虚拟仿真技术在数控加工实训教学中的应用可以让学生认识到智能加工在行业应用中的前景，促进学生对未来就业方向的正确把握。同时，数控虚拟仿真软件给学生提供了一个生动、逼真的数控操作学习环境，让学生成为虚拟环境的参与者，变被动的传授为主动的交互学习，无形中培养了学生在智能加工行业的创新意识，提高了学生的创新能力。
4结语
将数控加工虚拟仿真运用到实训中是对实训教学方法的探索与改进，它通过合理地安排数控加工教学内容和授课方式来提高学生对数控加工的学习效果，为学生提供了足够的学习时间和操作空间，从而有效提升了学生的创新思维和创新意识，为学生的动手能力和创新能力培养营造了良好的学习氛围。这种探索与改进对数控加工实训教学效果和质量提升有很大的促进作用，对“新工科”背景下培养高技术综合性人才具有重要意义。
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关键词：操作系统；虚拟仿真；取证；技术研究
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编：1009-3044（2016）33-0264-03
1背景
待取证操作系统中的各类数据是重要的证据来源，能较全面的对原始证据进行取证。计算机虚拟技术是通过软件来模拟计算机硬件的技术。目前，物理计算机的计算量、存储量有了非常大的进步。计算机上安装了虚拟机之后可以在一台机器上模拟出多台机器的效果，能完成架设多计算机服务程序、隐蔽网络访问等需求，因此，越来越多的数据以及服务被存储和移植到了虚拟计算机上。随之带来的针对虚拟机的数据恢复与取证需要在虚拟机上对物理磁盘或者磁盘镜像磁盘进行系统仿真取证。本文描述的一种操作系统虚拟仿真取证方法克服了上述现有技术的缺点，提供了一种解决虚拟操作环境下针对物理磁盘或者磁盘镜像的操作系统仿真问题、采用直接从某个磁盘分区或者整个磁盘来创建一个VMware的虚拟机的方法达到对物理磁盘或者磁盘镜像的仿真取证的操作系统虚拟仿真取证的方法。
2操作系统虚拟仿真取证方法总体设计
2.1系统模型设计
2.2系统实施流程
为了能够更清楚地描述本操作系统虚拟仿真取证方法的技术内容，下面结合具体实施例来作进一步的描述。本操作系统虚拟仿真取证方法详细分析了使用物理磁盘或者磁盘镜像，通过在VMware以只读方式仿真启动操作系统，在仿真操作系统中可以查看物理磁盘或者磁盘镜像原始操作系统中的内容，以达到不用损坏物理磁盘或者磁盘镜像来取证的目的。
首先将虚拟操作环境下虚拟机中待系统虚拟仿真取证的磁盘文件格式挂载到服务主机上；在一种优选的实施方式中，待系统虚拟仿真取证的磁盘文件可以是物理磁盘或者磁盘镜像；其中，物理磁盘可以是各种类型的物理磁盘，包括SATA、IDE、SSD等各种常见物理硬盘，其支持以USB接口的形式加载物理磁盘；磁盘镜像则是支持常见的img、dd等磁盘镜像格式，其支持以文件的形式加载磁盘镜像。物理磁盘或者磁盘镜像支持常见的Windows和Linux操作系统类型。
然后，在虚拟机关机的状态下获取虚拟机的静态信息；在一种优选的实施方式中，所述的静态信息包含操作系统信息，虚拟机文件系统内容、文件格式、文件结构、分区信息、文件表、残存文件。能将文件系统以图形用户界面的方式展现给取证人员。支持特定目录下的特定文件的搜索，将搜索出来的文件进行加密，可采用MD5摘要算法或其他算法，加密后的文件不可再改动，具有不可抵赖性，最后以电子证据的形式保存到数据库中。
在一种优选的实施方式中，选取VMware虚拟机为例，研究在虚拟操作环境中的勘查取证分析。VMware虚拟机的虚拟磁盘格式为VMDK文件，通过对VMDK文件格式的深入分析，将虚拟磁盘模拟为物理设备，实现了对虚拟磁盘的挂载，获取到虚拟磁盘的文件系统。
首先，使用vmware-amount工具将物理磁盘或者磁盘镜像挂载到本机操作系统环境下，对于vmware-amount工具以及其他vmware系统的工具集，由于操作系统的不同会导致这些可运行程序所存储的位置不同，通过调用Windows操作系统WMI的方法获取到准确的vmware工具集可运行程序位置。
将虚拟磁盘挂载的过程中会判断该虚拟机是否存在快照，如果存在则说明该虚拟机先前被启动过，否则未被启动过。如果这个磁盘镜像已经在之前被启动，可以采用从上次离开的地方继续工作，亦可从头开始工作。将整个物理磁盘或者磁盘镜像以文件的形式读入到内存中后，一般在磁盘文件的二进制字节的头部会发现物理磁盘或者磁盘镜像对应的mbr文件结构。
mbr指的是主启动扇区，如果物理磁盘或者磁盘镜像受到破损或者其他外部原因无法正常读取mbr文件，我们可采用预先定制的mbr文件结构来重构受损的物理磁盘或者磁盘镜像主启动扇区头，针对不同的操作系统预先定制有不同的主启动扇区头结构。
3VMWare虚拟机仿真取证设计
3.1VMX配置文件设计
由于vmware虚拟机的启动是从vmx启动生成的，根据物理磁盘或者磁盘镜像的mbr文件中的信息可以生成对应的虚拟机vmx文件。在每个虚拟机文件夹底下都能找到一个.vmx的文件。这个文件记录了该虚拟机的配置情况，可以用文本编辑器打开它，发现其实就是一个properties文件。我们针对要虚拟仿真的物理磁盘或者磁盘镜像，需要编写代码手动的生成一个vmx配置文件，添加以下新增配置内容能让虚拟仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中正常的启动。
mainMem.useNamedFile="FALSE"，该配置可以禁止vmem交换文件的生成。如果将该配置参数设为true，虚拟机在启动时会生成与设定内存相同大小的内存交换文件。这就如同操作系统的虚拟内存一样，虚拟机自己管理虚拟机的分页文件，这个设定在需要取证的物理磁盘或者磁盘镜像是适用的，因为物理磁盘或者磁盘镜像上可能会运行不同的虚拟机镜像，各自要相对独立。但是如果只是在个人PC机上运行一个虚拟机测试环境，则该配置会既占硬盘空间又会遇到I/O瓶颈，所以建议关闭此选项，适用操作系统的分页交换机制。
MemTrimRate=0，关闭该选项会禁止待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中启动时不会用到内存释放给主机，能使虚拟机的内存分配更快。
sched.mem.pshare.enable="FALSE"，关闭该选项会使得待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像在虚拟机中启动时共享普通内存块。
一个正常的vmx文件主要由StaticValues、DriveInfo和UserSpecified这三部分M成。
在程序中可以针对这些不同的参数含义配置不同的参数值，以便在待仿真的物理磁盘或者磁盘镜像中设置相应的虚拟机参数。VMWare虚拟操作环境下的vmx文件生成后，下一步即可以生成可以由VMWareWorkstation或者VMWarePlayer该类虚拟机工具启动运行的vmdk虚拟磁盘文件。vmdk虚拟磁盘文件通常由DiskDescriptorFile和DiskDataBase两部分组成。
3.2VMWare虚拟机仿真启动
根据挂载的虚拟磁盘的mbr文件生成了包含上述配置属性的虚拟机启动配置文件.vmx文件，在最后的生成阶段，可以选择只生成vmx文件，通过手动启动vmx文件来达到虚拟仿真物理磁盘或者磁盘镜像的功能。也可以直接调用操作系统注册表查询接口自动获取到VMwareWorkstation在系统中安装的位置、路径等其他配置，然后直接调用WMI接口启动已生成好的vmx虚拟机文件，以达到对物理磁盘或者磁盘镜像仿真取证的目的。
最后根据输入的系统仿真参数，通常包括仿真操作系统类型、仿真系统启动时间、仿真系统内存大小和选择是从物理磁盘或者磁盘镜像中启动仿真系统等参数生成对应该的vmdk文件，根据原始物理磁盘或者磁盘镜像中的mbr文件中指定的二进制字段会生成对应的仿真操作系统注册表文件，根据对应的注册表文件和vmdk文件从VMWareWorkstation中启动虚拟操作环境下的仿真系统，以达到对待取证物理磁盘或者磁盘镜像的系统仿真取证。
4结束语
本文提供一种针对桌面操作系统虚拟仿真取证的有效实现方法，通过在取证专用计算机系统中以虚拟仿真化的方式启动待取证的操作系统，获得了被取证计算机系统启动后一样的操作系统界面和环境，同时不会改写被取证操作系统中的原始数据，确保取证过程中不会对被取证操作系统中的文件进行修改，在虚拟仿真化的环境中进行取证操作时，看到的不再仅仅是计算机存储介质上的文件和数据，还可以看到被取证操作系统运行环境和用户环境，操作起来也更加方便，有效地实现了对待取证的计算机操作系统进行仿真取证的同时不破坏待取证的计算机操作系统中的原始数据的取证目的，对于现阶段公安一线实战针对计算机操作系统的无损磁盘或镜像取证提供了一种简便实用的虚拟仿真取证方法。
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