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.