Санкт-Петербургский государственный политехнический университет внедрил технологии виртуализации

Благодаря виртуализации Санкт-Петербургский государственный политехнический университет (СПбГПУ) не только сократил затраты на обслуживание и модернизацию компьютерной сети в одном из своих корпусов, но и значительно повысил эффективность преподавания учебных дисциплин по информационным технологиям. Появление сначала виртуальных машин, а затем виртуальных лабораторий сделало процесс обучения интерактивным, более наглядным и при необходимости – дистанционным.

Ситуация

В 11-м учебном корпусе СПбПГУ расположен Институт государственного управления и информатизации (ИГУИ) и два его факультета — Факультет управления и информационных технологий и Факультет переподготовки специалистов. В образовательных программах этих факультетов есть дисциплины, ориентированные на обучение по направлениям, связанным с информационными технологиями. Кроме того, факультет переподготовки специалистов предлагает широкий спектр программ дополнительного профессионального образования в области информационных технологий.

Поскольку потребность в образовательных услугах, которые предоставляют эти два факультета, в последние десятилетия стремительно росла, значительно увеличивался и парк вычислительной техники в 11-м учебном корпусе. В отдельные годы в эксплуа-тацию вводились по 3-4 новых компью-терных класса по 11 рабочих мест в каждом.

При этом вся ИТ-инфраструктура института задействована с 10 утра до 10 вечера 7 дней в неделю, что усложняло массовое обслуживание компьютеров. Затрудняла техническую поддержку и необходимость устанавливать для реализации различных образовательных программ несколько операционных систем на одном компьютере (в некоторых случаях — до четырех).Метавселенная ВДНХ 3.4 т

К тому же учебные компьютеры активно эксплуатировали студенты и учащиеся различных курсов, склонные к постоянным экспериментам. В подобных случаях количество сбоев и ошибок значительно превышает средний показатель для обычных корпоративных сетей, что создает дополнительные проблемы для работы службы технической поддержки.

Быстро растущий парк компьютеров и условия, в которых они эксплуатировались, заставили задуматься о сокращении затрат на управление ИТ, повышении надежности работы используемых систем и сокращении времени реакции в случае возникновения проблем. Добиться этого позволили технологии виртуализации, внедрение которых осуществлялось в три этапа.

О проекте

Использование технологий виртуализации в Институте государственного управления и информатизации СПбГПУ началось в 2004 г. с применения программы Microsoft Virtual PC, которая позволяет создавать и задействовать отдельные виртуальные машины. Следующим шагом стало использование серверной виртуализации средствами MS Virtual Server 2005. Внедрение этой системы в 2006-2007 годах обеспечило перемещение «центра тяжести» при осуществлении вычислений с рабочих станций пользователей на серверные платформы. Уже тогда начали создаваться первые виртуальные лаборатории для поддержки учебного процесса. Их количество возрастало по мере увеличения вычислительных мощностей Института государственного управления и информатизации (ИГУИ) (для внедрения технологий виртуализации потребовалось приобрести новые физические серверы).

В 2008 г. появилась очередная версия серверной операционной системы от Microsoft - Windows Server 2008, а под нее - новая система виртуализации Microsoft Hyper-V. С внедрением этих решений, функциональность которых по сравнению с предыдущими версиями существенно расширилась, был осуществлен переход на следующий уровень в развитии виртуальной среды. В частности, встроенное в Windows Server 2008 средство автоматизации PowerShell обеспечило централизованное создание, настройку и управление виртуальными машинами.

Кроме того, сразу после перехода на Hyper-V была внедрена система Microsoft System Center Virtual Machine Manager для поддержки виртуальных лабораторий и централизации управления ими.

В ИГУИ для полноценного обучения студентов предусмотрено использование различных платформ и технологий. Тем не менее, для виртуализации базовыми стали решения Microsoft. Это связано прежде всего с тем, что изначально корпоративная сеть в 11-м учебном корпусе строилась на платформе этой компании. Поэтому и внедрение сначала MS Virtual PC, а затем MS Virtual Server с переходом на MS Hyper-V, было естественным. Оснований для перестройки всей сети под другую платформу, для того чтобы обеспечить использование в качестве базовых каких-либо альтернативных систем виртуализации, специалисты ИГУИ не нашли.

Специфика учебного заведения позволяла реализовывать все проекты силами информационно-технического отдела, выполняющего функции ИТ-службы института. Привлекать стороннего системного интегратора (партнера компании Microsoft) не потребовалось.

Преимущества

Внедрение технологий виртуализации не привело к снижению затрат на управление ИТ, но и не вызвало их роста при существенном расширении компьютерного парка. Развитие ИТ-инфраструктуры по экстенсивному пути потребовало бы увеличения штата службы технической поддержки в 1,5-2 раза.

«Если сейчас бесперебойная работа компьютерной сети из 20 серверов и 300 рабочих станций во время занятий требует двух дежурных инженеров, то без внедрения MS Virtual PC и MS Hyper-V без трех специалистов было точно не обойтись, но, скорее всего, в часы пиковой загрузки, смена состояла бы из четырех человек. Всего в нашей службе работает 5 человек, как и 6-7 лет назад, когда компьютерных классов было примерно вдвое меньше», – говорит Александр Кудаков, заместитель директора Института государственного управления и информатизации СПбПГУ.

Второй причиной сдерживания роста расходов на ИТ-инфраструктуру является оптимальное использование вычислительных мощностей при перенесении основной нагрузки с рабочих станций на серверы. Конечно, сначала вложения в парк серверов увеличились, но затем они окупились с лихвой, поскольку компьютеры в классах могли работать без модернизации и замены намного дольше. В настоящее время на маломощных рабочих станциях вполне можно работать с «тяжелым» программным обеспечением.

Реализованная серверная виртуализация позволяет подумать о внедрении инфраструктуры виртуальных ПК (Virtual Desktop Infrastructure). Однако явного преимущества от замены обычных ПК на терминал (тонкий кли-ент), который стоит примерно столько же, специалисты ИГУИ пока не видят.

Приблизительные расчеты говорят о том, что ежегодная экономия от внедрения технологий виртуализации составляет не менее 500 тыс. руб. (это ставка двух сотрудников со всеми налогами и отчислениями).

К тому же эти технологии обеспечили значительное повышение качества образовательных услуг. Выгоду виртуализации ощущают как преподаватели, так и студенты. Преподаватель получил возможность подготовить виртуальную лабораторию, состоящую, например, из трех узлов (контроллер домена, сервер, клиент), для 40 студентов за несколько минут. Он сам создает виртуальные машины–прототипы или пользуется готовыми шаблонами, хранящимися на VMM. Затем с помощью сценариев, написанных на PowerShell, эти машины тиражируются. При этом на основе информации о логинах студентов, хранящихся в Active Directory, генерируются уникальные имена ком-пьютеров для учащихся.

В случае сбоя восстановление конфигурации потребует тех же нескольких минут без привлечения инженера из службы техподдержки. Следовательно, не только снижается нагрузка на ИТ-персонал, но и обеспечивается максимально эффективное использование всех ресурсов, необходимых для образовательного процесса. Время для его возобновления в случае возникновения проблем сокращено до минимума.

Однако самое важное для повышения качества обучения заключается в том, что виртуальные лаборатории позволяют моделировать работу локальной сети небольшого предприятия с оборудованием различных вендоров и несколькими операционными системами. Благодаря виртуализации появилась возможность имитировать почти любое сетевое окружение, включая различные физические устройства (например, коммутаторы и маршрутизаторы). В результате студенты могут «потрогать» каждый фрагмент этой сети и увидеть изменения в ней после совершения определенных действий.

Раньше, до внедрения технологий виртуализации, имитация работы локальных сетей осуществлялась, но для этого требовались различные ухищрения с использованием дополнительных физи-ческих устройств (маршрутизаторов, коммутаторов). И все равно полной реалистичности добиваться не удава-лось. Например, при работе в паре, как правило, один студент работал, а другой наблюдал. В виртуальной лаборатории они могут работать одновременно (вдвоем или в составе команды), а преподаватель со своего монитора может следить за тем, как они выпол-няют задание. При этом для исправле-ния ошибок не нужно просить учащегося освободить на время его рабочее место: преподаватель все может исправить и показать на собственном компьютере.

Кроме того, серверная виртуализация обеспечивает доступ к виртуальным машинам посредством веб-интерфейса. Следовательно, студенты могут подключиться к ним дома и позаниматься дополнительно. Возможность удаленного доступа создает условия для дистанционного обучения, интерес к которому с каждым годом возрастает.

«После экономического кризиса спрос на образовательные услуги со стороны коммерческих компаний восстанавливается очень медленно. Работодатели с большой неохотой отрывают своих сотрудников от выполнения их каждодневных обязанностей для обучения на курсах. Поскольку потребность в дополнительном образовании все же есть, выходом из сложившейся ситуации может стать массовое применение дистанционного обучения», – считает Александр Кудаков.

Целью внедрения технологий виртуализации в 11-м учебном корпусе СПбПГУ изначально было стремление оптимизировать расходы на управление ИТ. Однако в настоящее время необходимость этих технологий все же больше обусловлена потребностью в повышении качества обучения по компьютерным дисциплинам. К тому же сегодняшнее поколение абитуриентов и студентов, многие из которых со школьной скамьи пользуются смартфонами и почти всегда имеют доступ в Internet, скептически относится к учебным заведениям (особенно техническим), которые не используют в процессе обучения современные компьютерные технологии.

Решение

Система виртуальных лабораторий ИГУИ построена с использованием сетевой инфраструктуры, основой для которой служат серверные решения под управлением операционных систем Windows Server 2008 R2. Ключевыми элементами такой инфраструктуры являются служба Active Directory и серверы, выполняющие функцию кон-троллеров домена службы Active Directory.

Для реализации технологий серверной виртуализации, которые являются базой виртуальных лабораторий, используются серверные платформы компании HP, а для хранения жестких дисков виртуальных машин - система хранения данных компании EMC, а также дисковые полки HP.

В качестве базовой ОС на серверах установлена Windows Server 2008 R2 Enterprise с активированной ролью Hyper-V, а для управления виртуальными лабораториями - дополнительный сервер с System Center Virtual Machine Manager (SCVMM), который позволяет существенно упростить администрирование этих лабораторий. Поддерживаемые им средства автоматизации PowerShell позволили поставить использование виртуальных лабораторий на поток.

Для доступа к виртуальным лабораториям дополнительно к SCVMM был установлен портал самообслуживания System Center Virtual Machine Manager Self Service Portal. Данное решение позволяет подключаться к виртуальным машинам из любой точки мира с использованием стандартных сетевых протоколов.