Технологии виртуализации приобрели популярность во всех отраслях экономики, и образовательная сфера — не исключение. Это вполне закономерно, поскольку именно в учебных заведениях раскрываются все преимущества использования виртуальных вычислений.
В этом посте мы рассмотрим наиболее важные эффекты от применения виртуализации в образовательных учреждениях.
Особенности ИТ в учебных заведениях
Работа ИТ-персонала в учебных заведениях имеет ряд отличий от аналогичного процесса в обычных компаниях и организациях.
Первое отличие — это фактор непредсказуемости в виде студентов и школьников. Из любопытства, по незнанию или поддавшись на «слабо», они могут запустить на школьном компьютере вредоносное ПО, изменить сетевые настройки, а при сильном желании — привести систему в нерабочее состояние. Ситуацию осложняет еще и тот факт, что все эти действия могут выполняться в рамках учебного процесса, если, например, речь идет о дисциплинах «Системное администрирование» или «Защита информации». А если все студенты, как это часто бывает, работают под одной «учебной» учеткой, невозможно даже понять, кто и зачем сказал «мяу» отформатировал диск.
Второе отличие школьных и вузовских систем — обилие устаревшего оборудования и операционных систем. Не так много учебных заведений имеют возможность регулярно обновлять компьютеры и приобретать лицензии на ОС и ПО для учебного процесса.
Третье отличие — сравнительно более низкая квалификация ИТ-персонала, функции которого часто возлагают на преподавателей профильных дисциплин, более-менее подкованных студентов-старшекурсников или аспирантов.
Четвертое отличие состоит в том, что для обучения студентов требуется демонстрировать в пределах одного компьютера различные версии операционных систем, в том числе экспериментальные, давать навыки работы с ними, сохранив работоспособность устройства.
Что дает вузам и школам виртуализация
Многие сложности, характерные для ИТ-процессов в учебных заведениях, решаются с помощью внедрения виртуализации. Так, восстановление «убитого» студентами виртуального компьютера из образа занимает значительно меньше времени, чем переустановка ОС и программ.
Перечислим другие положительные стороны внедрения технологий виртуализации в учебный процесс:
1. Экономия на «железе». Учебные заведения испытывают хронический дефицит бюджета на развитие и поддержание ИТ-инфраструктуры, а размещение нескольких виртуальных серверов на одном физическом сервере дает существенную экономию.
2. Возможность использования старых операционных систем. Это позволяет изучать варианты архитектуры ПК, запускать различные операционные системы и выполнять специфический программный код.
3. Изоляция потенциально опасных окружений. В этом случае виртуальная машина выступает в роли «песочницы», которая полностью отдается под контроль учащегося, без опасности повредить жизненно важные компоненты системы.
4. Возможность создания требуемых аппаратных конфигураций. Настройка параметров виртуальных машин позволяет не только установить объем оперативной памяти или жесткого диска, но и создать представления для устройств, которых физически нет. Например, многие системы виртуализации позволяют создавать виртуальные SCSI диски или многоядерные процессоры.
5. Виртуальные машины предоставляют массу способов обучения работе с операционными системами. Можно создать целую библиотеку готовых к использованию образов виртуальных машин с различными гостевыми операционными системами и запускать их по мере необходимости.
6. На одном хосте может быть запущено одновременно несколько виртуальных машин, объединенных в виртуальную сеть. Это дает практически неограниченные возможности по созданию моделей виртуальной сети между несколькими системами на одном физическом компьютере. Это особенно важно, когда требуется смоделировать распределенную систему, состоящую из нескольких машин.
7. Виртуальные машины более управляемы и мобильны. При использовании виртуальных машин повышается управляемость в отношении создания резервных копий, снимков состояний виртуальных машин и восстановлений после сбоев. Виртуальную машину легко переместить на другой компьютер.
8. Виртуальные машины могут быть организованы в «пакеты приложений». Это позволяет создать несколько виртуальных окружений для конкретного варианта использования,например, для занятий по веб-дизайну, программированию, изучению офисных пакетов и т. п.), установив в них все требуемое программное обеспечение, и разворачивать их по мере необходимости.
Вендоры и платформы
Флагманом рынка виртуализации можно с полным основанием назвать VMware. Компания основана 10 февраля 1998 года пятью техническими специалистами во главе с Дианой Грин (Diane Greene). Уже в 1999 году они представили свой первый продукт Workstation 1.0, который стал началом коммерчески успешного взлёта компании. Продукт был предназначен для «десктопной» виртуализации. Чтобы выйти на рынок Enterprise-решений, VMware в 2002 году представили свой первый гипервизор ESX Server 1.5, который эволюционировал в платформу виртуализации VMware vSphere.
Ещё одна система виртуализации KVM (Kernel-based Virtual Machine) — программное решение, обеспечивающее виртуализацию в среде Linux. KVM появилась благодаря компании Qumranet, которую в 2008 году купила Red Hat. После сделки KVM вошла в состав платформы виртуализации Red Hat Enterprise Virtualization (RHEV). 28 октября 2018 года KVM вместе с Red Hat стала собственностью IBM.
Microsoft вышла на рынок виртуализации в 2008 году, представив свой гипервизор Hyper-V в составе MS Windows Server 2008. Чтобы выдержать конкуренцию, Microsoft позиционирует Hyper-V Server как бесплатную операционную систему, единственная задача которой — быть сервером виртуализации.
История платформы виртуализации Xen начинается с исследовательского проекта в Кембриджском университете под руководством Яна Пратта (Ian Pratt) и Кейр Фрейзер (Keir Fraser). Первая версия была выпущена в 2004 г., а вскоре была зарегистрирована компания XenSource Inc, целью которой было продвижение Xen на корпоративном рынке. 22 октября 2007 г. Citrix Systems завершила поглощение XenSource Inc, начав предлагать корпоративным клиентам XenServer, который позже был переименован в Citrix Hypervisor.
Тонкий клиент или новая жизнь старого компа
Организация рабочих мест студентов в виде виртуальных машин дает много преимуществ: независимость от железа, возможность дистанционной работы из дома или любой точки мира, отличную управляемость и безопасность. При этом в рамках учебных классов для доступа к виртуальным рабочим местам чаще всего продолжают использовать старые компьютеры с устаревшими операционными системами.
Быстродействие таких компьютеров, как правило, оставляет желать лучшего. Даже относительно несложная задача отображения удаленного рабочего стола выполняется с задержками, а про надежность такого решения говорить не приходится. Отказавший жесткий диск, сгоревший блок питания — обычное явление. Плачевная ситуация у таких ретро-терминалов и с безопасностью, поскольку вендоры не выпускают обновления уязвимостей для устаревших операционных систем.
Эффективным решением для организации доступа студентов к виртуальным рабочим местам мы считаем использование специализированных устройств — тонких клиентов. Рассмотрим типичную конфигурацию тонкого клиента на примере Altos T430.
Это компактное устройство содержит четырехъядерный процессор Intel Celeron, 4 Гб оперативной памяти и 64 Гб SSD, с которого загружается OS Linux, задача которой — обеспечить подключение к виртуальному рабочему столу по протоколу Citrix ICA/HDX, Microsoft RDP или VMware PCoIP. Подключение к сети может быть выполнено с помощью классического Ethernet-адаптера со скоростью до 1 Гбит/с, а при необходимости можно заказать конфигурацию с беспроводным адаптером.
T430 не только компактный, но и бесшумный. Благодаря сбалансированной аппаратной конфигурации тонкий клиент Altos обеспечивает высокую производительность и не требует вентиляторов для охлаждения. Еще одно преимущество устройства — низкое (менее 10 Вт) энергопотребление.
Выводы
Мир не стоит на месте. Одна из самых быстро развивающихся отраслей — ИТ. Выходят новые программные продукты, существующее программное обеспечение постоянно обновляется. Чтобы не отстать от прогресса, приходится не просто быстро идти, а бежать. Только так можно добиться того, чтобы студенты получали актуальные знания и были конкурентоспособны на рынке труда.
Виртуализация позволяет значительно повысить эффективность учебного процесса и использования вычислительных ресурсов, снизить расходы на инфраструктуру и ПО, повысить гибкость и скорость реагирования системы, снизить эксплуатационные расходы на оборудование и электроэнергию, особенно в случае замены устаревших ПК для доступа к виртуальным рабочим местам на тонкие клиенты.