BC/NW 2011; №2 (19):10.2
ПОСТРОЕНИЕ
КОМПЬЮТЕРНЫХ РАБОЧИХ МЕСТ В ВЫСШЕМ ОБРАЗОВАНИИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ
ВИРТУАЛИЗАЦИИ
Меренков Д.В.
(Национальный исследовательский университет
«МЭИ», Россия)
Компьютерные рабочие места для
студентов и преподавателей высших учебных заведений сейчас являются стандартным
рабочим инструментом в образовании, широко использующимся при проведении всех
видов учебных занятий и при решении вспомогательных задач. Интенсивное развитие
и совершенствование компьютерных информационных технологий привело к их
глубокому проникновению в образовательный процесс, уменьшение значимости или
отказ от использования компьютера в системе образования практически невозможны.
Сейчас, после принятия федеральных государственных образовательных стандартов
третьего поколения, роль компьютерных технологий в образовании должна только
возрасти: новые требования предусматривают использование для каждой дисциплины
электронных учебно-методических комплексов, охватывающих все ее разделы.
Вместе с тем, интенсивное развитие
компьютерного прикладного направления сопровождается типичными проблемами
роста, прежде всего – нехваткой материальных ресурсов для построения
технической инфраструктуры и недостатком квалифицированного персонала для
качественного внедрения и сопровождения новых информационных технологий. Причем
в современном российском образовании преобладает дефицит именно материальных
ресурсов, тогда как многие проблемы внедрения решаются за счет компетентности и
энтузиазма сотрудников образовательных учреждений. Поскольку компьютерные
информационные технологии в образовании в большинстве своем опираются на
использование персональных компьютеров, назовем основные проблемы при
традиционной схеме построения компьютерной инфраструктуры вуза:
- Использование персональных компьютеров
различных конфигураций и даже платформ (проблема «зоопарка»).
- Использование разнородного программного
обеспечения на одном персональном компьютере для одной операционной системы
приводит к замедлению его заботы и возможным конфликтам версий программ.
- Установка множества прикладных программ,
требующихся для обучения, особенно в компьютерных классах общеинститутского
пользования, требует значительного объема дискового пространства и больших
первоначальных затрат времени при установке; при этом новая инсталляция
программного обеспечения для каждой вновь приходящей группы и последующая
деинсталляция крайне неэффективна по затратам времени и человеческих ресурсов.
- Работа на одном персональном компьютере
множества людей (тут, к сожалению, наблюдается противоречие со словом
«персональный») может приводить к утере необходимых настроек и нарушению однородности рабочей среды, которая
должна быть единой для всех пользователей.
- Подготовка эталонной рабочей среды и ее
развертывание на множество персональных компьютеров требует существенных
временных затрат, даже с учетом современных технологий клонирования образов
физических машин.
Большинство названных проблем
снимаются при использовании современных технологий виртуализации программного
обеспечения. Виртуализация позволяет использовать на одном физическом
компьютере несколько виртуальных машин – логических компьютеров, работающих в изолированной среде и делящих аппаратные
ресурсы физического компьютера (хоста). В этом случае можно использовать
различные операционные системы и приложения на одном рабочем месте таким
образом, что все они являются полностью независимыми друг от друга.
Среди
преимуществ виртуализации для образования можно особо выделить такие, как:
- Серьезный экономический эффект при
консолидации информационных ресурсов в нескольких виртуальных машинах на одном
физическом компьютере.
- Экономический эффект благодаря гибкой
политике лицензирования для виртуальных машин по сравнению с физическими.
- Единая среда виртуальных машин и существенное
снижение затрат на эксплуатацию за счет унификации.
- Возможность независимой и параллельной
одновременной работы виртуальных машин с различными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS).
- Раздельное использование нескольких
ресурсоемких сервисов (например, СУБД Oracle и MSSQL Server), которые на физической машине загружаются
одновременно.
- Возможность моделирования целой компьютерной
виртуальной сети из нескольких взаимодействующих друг с другом виртуальных
машин на одном персональном компьютере.
- Независимость виртуальных машин от аппаратной
конфигурации физического компьютера – машины, подготовленные в любом месте,
работают везде, проблемы аппаратной совместимости и драйверов устройств
отсутствуют.
- Возможность создания снимков состояния
системы и быстрого возврата к нужной точке, без переустановки операционной
системы и приложений.
- Более высокая защищенность виртуальных машин
от вирусов и сетевых угроз, в силу их большей изолированности и возможности
жесткой настройки безопасности физической машины (хоста). Кроме того,
поврежденную виртуальную машину легко восстановить из эталонного образа.
- Удобное централизованное развертывание
виртуальных машин и управление ими. Образы виртуальных машин можно быстро
разворачивать с нуля по локальной сети на физические машины, предельно
автоматизировав процесс, и быстро заменять на другие
образы, поскольку виртуальная машина представлена несколькими крупными файлами.
Технологии виртуализации
интенсивно развиваются последнее десятилетие, и при нынешнем уровне
производительности персональных компьютеров работа виртуальных машин ненамного медленнее работы отдельностоящего
физического ПК, при всех накладных расходах на реализацию технологии. Для
комфортной работы достаточно использовать типовую конфигурацию с процессором
уровня Intel Core
2 Duo 2 ГГц и 3 гигабайтами
оперативной памяти. Поддержка аппаратной
виртуализации, встроенная в большинство современных процессоров Intel и AMD, позволяет еще более ускорить работу
виртуальных машин. По исследованиям лидеров рынка виртуализации, компаний Microsoft и VMware, при использовании аппаратной
виртуализации и оптимальных настройках производительность виртуальных машин
всего на 15-25% ниже производительности физического компьютера. Таким образом,
компьютерные классы, приобретенные в течение двух последних лет, готовы к
использованию виртуальных машин на постоянной основе.
В МЭИ (ТУ) технология
виртуализации использовалась автором в курсе «Администрирование информационных
систем и сетей» для студентов пятого курса: лабораторные работы делались в
среде Microsoft Virtual PC c
использованием двух виртуальных машин, клиента и сервера на платформе Windows. Даже при
использовании одного гигабайта оперативной памяти на физической машине и процессора
без поддержки аппаратной виртуализации производительность была приемлемой. В
2011 году по заказу «Майкрософт Россия» в МЭИ (ТУ) был разработан курс
«Современные технологии построения компьютерных сетей с использованием Microsoft Windows Server
2008 R2», в котором для проведения лабораторных работ использовалось
современное решение виртуализации Microsoft Hyper-V, являющееся компонентом операционной системы Microsoft Windows Server
2008 R2. На приведенной выше типовой конфигурации была развернута серверная
операционная система с компонентом Hyper-V,
в среде которого использовалось три виртуальных машины: два сервера Windows 2008 R2 (с работающей СУБД MSSQL Server) и один клиент Windows 7. Проведенные
занятия по повышению квалификации преподавателей вузов в рамках данного курса
показали высокое быстродействие виртуальных машин и удобство работы с ними для
пользователей с различным уровнем подготовки. Стоит отметить, что
авторизованные курсы Microsoft
требуют использования виртуальных машин с высоким уровнем быстродействия (и
соответственно поддержкой аппаратной виртуализации), поэтому для проведения
учебных курсов такого уровня необходимо заранее планировать компьютерные классы
с достаточной в перспективе производительностью.
Помимо использования решений
виртуализации компании Microsoft,
можно рекомендовать использовать продукты компании VMware, среди которых есть как платные,
так и бесплатные (VMware ESXi, VMware Player)
решения любого уровня. Использовать решения других компаний сейчас нет смысла,
поскольку продукты двух лидеров – Microsoft и VMware
– полностью покрывают существующие потребности и предоставляют, в случае Microsoft, дополнительные льготы по лицензированию серверных
операционных систем.
Технологии виртуализации уже
сейчас легко использовать не только в корпоративном секторе, но и в домашнем
применении при создании эталонных образов и тестировании приложений. Тенденция развития показывает, что виртуальные машины будут
переноситься с персональных компьютеров на серверные кластерные платформы, и
доступ к самым ресурсоемким приложениям на виртуальных машинах будет
осуществляться по сети с клиентских устройств любой производительности, в том
числе с нетбуков и смартфонов, и студенты и
преподаватели фактически вернутся на новом техническом уровне к временам мэйнфреймов с терминалами доступа. Только работать
станет гораздо быстрее и приятнее, чем десятилетия назад.