CC BY
60
ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛИЗАЦИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС ГОСУДАРСТВЕННОГО ВУЗА
С. А. Сушков
Поволжская государственная социально-гуманитарная академия, г. Самара, Россия
Информационные технологии год за годом все глубже проникают во все сферы жизни современного общества, в том числе и в сферу образования. Одной из таких перспективных технологий является технология виртуализации.
В широком смысле, понятие виртуализации представляет собой сокрытие настоящей реализации какого-либо процесса или объекта от истинного его представления для того, кто им пользуется. Иными словами, происходит отделение представления от реализации чего-либо. Сам термин «виртуализация» в компьютерных технологиях появился в шестидесятых годах прошлого века вместе с термином «виртуальная машина», означающим продукт виртуализации программноаппаратной платформы. Со времени своего появления термины «виртуализация» и «виртуальная машина» приобрели множество различных значений и употреблялись в разных контекстах. Понятие виртуализации условно можно разделить на две фундаментально различающиеся категории: виртуализация ресурсов и виртуализация платформ. Далее мы будем опираться в основном на понятие виртуализации платформ, поскольку связанные с этим понятием технологии являются наиболее динамично развивающимися и эффективными.
Под виртуализацией платформ понимают создание программных систем на основе существующих аппаратно-программных комплексов. Система, предоставляющая аппаратные ресурсы и программное обеспечение, называется хостовой (от англ. host), а симулируемые ей системы - гостевыми. Есть несколько видов виртуализации платформ, в каждом из которых осуществляется свой подход к понятию «виртуализация», в основном они определяются тем, насколько полно осуществляется симуляция аппаратного обеспечения. При полной эмуляции виртуализуется все аппаратное обеспечение при сохранении гостевой операционной системы в неизменном виде. Это позволяет эмулировать различные аппаратные архитектуры.
Основной минус данного подхода заключается в том, что эмулируемое аппаратное обеспечение существенно замедляет быстродействие гостевой системы, что делает работу с ней очень неудобной, поэтому, кроме как для разработки системного программного обеспечения, а также образовательных целей, такой подход мало где используется. Чаще используется частичная эмуляция (нативная виртуализация), когда виртуализуется лишь необходимое количество аппаратного обеспечения, чтобы виртуальная машина могла быть запущена изолированно. Такой подход позволяет запускать гостевые операционные системы, разработанные только для той же архитектуры, что и у хоста. Таким образом, несколько экземпляров гостевых систем могут быть запущены одновременно. Этот вид виртуализации позволяет существенно увеличить быстродействие гостевых систем по сравнению с полной эмуляцией и широко используется в настоящее время. К минусам данного вида виртуализации можно отнести зависимость виртуальных машин от архитектуры аппаратной платформы. Примеры продуктов для нативной виртуализации: VMware Workstation, Microsoft Virtual PC, Oracle VM VirtualBox, Parallels Desktop и другие, в том числе серверные решения (VMware Server, Microsoft Virtual Server, Oracle Virtual Iron, VMware ESX Server, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V).
Одним из перспективных видов виртуализации, не похожим на все остальные, является виртуализация уровня приложений. Если в предыдущих случаях создаются виртуальные среды или виртуальные машины, использующиеся для изоляции приложений, то в данном случае само приложение помещается в контейнер с необходимыми элементами для своей работы: файлами реестра, конфигурационными файлами, пользовательскими и системными объектами. В результате получается приложение, не требующее установки на аналогичной платформе. При переносе такого приложения на другую машину и его запуске, виртуальное окружение, соз-
Исследование процессов информатизации системы образования в условиях глобализации
данное для программы, разрешает конфликты между ней и операционной системой, а также другими приложениями. Примером такого подхода служат системы: VMware Thinstall, Symantec Altiris, AppZero, Microsoft Application Virtualization (App-V) [1].
Потребности современного образования меняют наши представления об организации учебного процесса. Компьютер, ставший за последние десятилетия неотъемлемым атрибутом учебной аудитории и средством выполнения большинства дидактических задач, перестает успевать за растущими потребностями. Реальными инструментами пользователя оказывается программное обеспечение, которое лишь привязано к персональному компьютеру, делая его промежуточным звеном. Вместе с тем, в крупных вузах использование большого компьютерного парка вызывает большие операционные издержки на его поддержку.
Сократить издержки и повысить управляемость возможно благодаря применению технологии виртуализации автоматизированных рабочих мест на базе инфраструктуры виртуальных ПК - Virtual Desktop Infrastructure (VDI). VDI позволяет отделить пользовательское программное обеспечение от аппаратной части персонального компьютера и осуществлять доступ к клиентским приложениям через терминальные устройства [2].
Говоря о технологиях виртуализации, следует вспомнить, что они создавались, в первую очередь, для разработки и тестирования программных приложений. Но в сфере образования преподаватели первыми оценили новую технологию и уже с успехом используют ее несколько лет для преподавания ИТ-дисциплин. Гораздо позже, после совершенствования аппаратного обеспечения, технология виртуализации стала привлекательной для рынка серверов, и заговорили об экономии и «консолидации».
В результате совершенствования технологий виртуализации и увеличения пропускной способности глобальных компьютерных сетей активное развитие получают облачные вычисления (doud computing), когда пользователи имеют доступ к собственным данным, но не управляют и не задумываются об инфраструктуре, операционной системе и собственно программном обеспечении, с которым они работают.
Что мы можем получить в результате внедрения технологий виртуализации как в учебный процесс, так и в сферу его управления:
1. Экономия на аппаратном обеспечении. Как известно, учебные заведения всегда испытывают дефицит в средствах на развитие и поддержание ИТ-инфраструктуры. Существенная экономия на приобретении аппаратного обеспечения происходит при размещении нескольких виртуальных серверов на одном физическом сервере.
2. Возможность поддержания старых операционных систем в целях обеспечения совместимости. Это также позволяет проводить занятия при изучении архитектуры ПК, запускать различные операционные системы и выполнять программный код на языках низкого уровня.
3. Возможность изолировать потенциально опасные окружения. В этом случае виртуальная машина выступает в роли «лаборатории», которая полностью отдается под контроль учащегося, без опасности повредить жизненно важные компоненты системы.
4. Возможность создания требуемых аппаратных конфигураций. Кроме оперирования такими параметрами, как объем ОЗУ, жесткого диска и т. п., можно создавать представления устройств, которых у вас нет. Например, многие системы виртуализации позволяют создавать виртуальные SCSI диски, виртуальные многоядерные процессоры и т. п. Это может пригодиться для создания различного рода симуляций.
5. Виртуальные машины предоставляют великолепные возможности по обучению работе с операционными системами. Можно создать библиотеку готовых к использованию виртуальных машин с различными гостевыми операционными системами и запускать их по мере необходимости в целях обучения.
6. На одном хосте может быть запущено одновременно несколько виртуальных машин, объединенных в виртуальную сеть. Такая особенность предоставляет безграничные возможности по созданию моделей виртуальной сети между несколькими системами на одном физическом компьютере. Особенно это необходимо, когда требуется смоделировать некую 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. Виртуальная машина может быть перемещена на другой компьютер и там сразу запущена.
8. Виртуальные машины могут быть организованы в «пакеты приложений». Вы можете создавать несколько виртуальных окружений для конкретного варианта использования (например, для занятий по вебдизайну, программированию, изучению офисных пакетов и т. п.), установив в них все требуемое программное обеспечение, и разворачивать их по мере необходимости. Кроме этого, используя такие программные средства, как VMware Thinstall и Altiris Software Virtualization Solution, преподаватель может создавать пакеты виртуальных приложений (так называемые портируемые приложения). Виртуальные приложения не занимают места в системном реестре или файловой системе и могут быть запущены как в компьютерной аудитории, так и на домашнем компьютере учащихся, не опасаясь конфликта между установленными приложениями.
Несмотря на очевидные сильные стороны технологий виртуализации, внедрение их в вузах сталкивается с рядом проблем:
1. Недостаток квалифицированных кадров, что не позволяет применить серверные технологии виртуализации.
2. Для применения нативной виртуализации, как правило, недостаточно оперативной памяти на ПК в учебных аудиториях. Данное требование в основном диктуется требованиями гостевой операционной систе-
мы. Если в 2004 г. минимальными требованиями для виртуализации было наличие ОЗУ объемом 512 МБ, в 2007 г. - 2 ГБ, то в 2011 г. - это уже не менее 4 ГБ. В то время как по результатам анализа госзакупок в 2009-2010 гг. вузы приобретали ПК для компьютерных аудиторий в основной своей массе с 1 ГБ оперативной памяти, что заранее делало их малоприменимыми для внедрения технологий виртуализации.
3. Отсутствие методических разработок в данной области и опыта работы с технологиями виртуализации у преподавательского штата.
Как мы с вами смогли убедиться, сегодня виртуализация является одной из наиболее востребованных технологий в сфере преподавания ИТ-дисциплин, причем энтузиазм преподавателей постоянно подогревается выпуском распространяемых бесплатно продуктов Microsoft, VMware, Oracle и Citrix, что также очень важно в русле перехода образовательных учреждений на свободное программное обеспечение.
Литература
1. Виртуализация локальных настольных
компьютеров: Microsoft Application Virtualization URL: http://technet.microsoft.com/ru-ru/virtuali-
zation/ gg703349.
2. Виртуализация удаленных рабочих сто-
лов: Microsoft Virtual Desktop Infrastructure. URL: http://technet.microsoft.com/ru-ru/virtualiza-
tion/gg749886.
3. Преимущества виртуализации. Общие
сведения о динамической ИТ-инфраструктуре. URL: http://technet.microsoft.com/ru-ru/virtualiza-
tion/gg715011.
