Текст книги "Цифровое просвещение – философия, стратегия, этика, Виртуальная Компьютерная Лаборатория. Искусство и наука технологического лидерства в эпоху искусственного интеллекта"

Обеспечение высокой доступности и устойчивости к сбоям

В процессе эксплуатации Виртуальной Компьютерной Лаборатории необходимо обеспечивать устойчивость к сбоям и оперативное восстановление после них для того, чтобы гарантировать непрерывность учебной и исследовательской деятельности. Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна быть спроектирована с учетом принципов высокой доступности и отказоустойчивости, что может быть достигнуто через реализацию механизмов автоматического обнаружения ошибок, мгновенного переключения на резервные компоненты и быстрого восстановления после аварийных ситуаций.

Методы восстановления должны сводить к минимум риски потери ценных данных и не допускать длительных простоев Виртуальной Компьютерной Лаборатории, гарантируя тем самым надежность и стабильность образовательных и исследовательских процессов. При этом задачей систем мониторинга и оповещения является своевременное обнаружение проблем и автоматизированное реагирования на них, по возможности еще до того, как будут возникать прямые последствия для пользователей.

В качестве примера мы рассмотрим реализацию Виртуальную Компьютерную Лабораторию на основе технологической платформы VMware vSphere Foundation, которую использует автор, где отказоустойчивость и быстрое восстановление после сбоев достигаются за счет представленных ниже встроенных функций и архитектурных решений:

– vSphere High Availability (HA). Эта функция автоматически перезапускает виртуальные машины на других физических хостах (серверах) кластера в случае сбоя на физическом сервере, где они были размещены, обеспечивая минимально возможное время простоя (упрощенно говоря, это то время, которое требуется на повторный запуск виртуальной машины на другом сервере после обнаружения отказа). HA непрерывно анализирует состояние всех хостов в кластере и в случае обнаружения отказа немедленно реагирует, перераспределяя нагрузку и восстанавливая работоспособность виртуальных машин. При этом виртуальные машины должны находиться в пуле ресурсов, доступном всем хостам и располагаться в системе хранения данных SAN или NAS, например, VMware vSAN Enterprise. Для повышения отказоустойчивости и/или производительности, несколько физических дисковых устройств объединяются в логические юниты, являющиеся виртуальными разделами RAID 1/5/6/1+0 массивов, в которых реализовано зеркалирование, чередование блоков данных c контролем четности, кэширование и другие технологии.

– VMware vSAN Enterprise. vSAN обеспечивает интегрированное управление хранилищем для виртуальных машин, распределяя данные по всему кластеру и обеспечивая их доступность и защиту. vSAN поддерживает политики хранения данных, которые автоматически применяются для гарантии заданных параметров производительности, устойчивости и доступности.

– vSphere Fault Tolerance (FT). FT предоставляет непрерывную доступность, создавая и поддерживая копии виртуальных машин, включающие состояние дисков, памяти, процессорных команд и сетевого трафика, на другом хосте в реальном времени. В случае сбоя первичной виртуальной машины ее копия немедленно берет на себя все функции без потери данных, пользовательских сессий или сеансов ввода/вывода, что обеспечивает непрерывность работы критически важных виртуальных машин. Однако при этом нужно закладывать потери производительности на поддержание технологии FT.

– vSphere vMotion. vMotion позволяет выполнять миграцию работающих виртуальных машин между хостами без прерывания их работы. Например, это основная функция для проведения технического обслуживания, с помощью которой можно перемещать запущенные виртуальные машины без необходимости их выключения на другие сервера в процессе установки обновлений гипервизора ESXi с последующей перезагрузкой сервера, на котором они были размещены, а также для оптимизации использования ресурсов в реальном времени c помощью DRS.

– vSphere Distributed Resource Scheduler (DRS). DRS автоматически распределяет ресурсы между виртуальными машинами в зависимости от их потребностей, обеспечивая оптимальную производительность и балансировку нагрузки между серверами в кластере (работает совместно с vMotion), что улучшает общую производительность и устойчивость системы к изменениям вычислительной нагрузки.

– VMware Aria Operations for Logs. Это решение для управления логами и аналитики, предназначенное для автоматизированного сбора, анализа и визуализации лог-данных из различных источников в аппаратно-программной инфраструктуре. Aria Operations for Logs облегчает обнаружение и диагностику проблем, а также предоставляет достаточно глубокие аналитические возможности для управления логами.

– VMware Aria Operations. Aria Operations является комбинацией инструментов аналитики и мониторинга для централизованного управления ресурсами, производительностью и здоровьем аппаратно-программной инфраструктуры; для оптимизации использования ресурсов и улучшения общей производительности. Характерными примерами применения Aria Operations является удаление образов дисков, которые не связаны с виртуальными машинами или выявление избытка/недостатка ресурсов под конкретные конфигурации виртуальных машин, а также оценка и прогнозирование совокупной стоимости владения ИТ-инфраструктурой.

– VMware Skyline. Автоматизированная служба поддержки и проактивного анализа, предоставляющая рекомендации по устранению потенциальных проблем до того, как они станут критическими. Skyline собирает конфигурационные данные для предоставления предупреждений о проблемах и рекомендаций по их предотвращению.

Рассмотренные инструменты обеспечивают комплексный подход к отказоустойчивости и быстрому восстановлению, позволяют оптимизировать виртуальную инфраструктуру, помогают достичь высокой доступности, производительности и безопасности. Внедрение механизмов устойчивости к сбоям и эффективного восстановления после них не только повышает техническую надежность Виртуальной Компьютерной Лаборатории, но и является ключевым элементом для обеспечения высокого качества образовательного процесса и результативности научных исследований в современной образовательной среде88
  Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Архитектурные компоненты гиперконвергентной Виртуальной Компьютерной Лаборатории».


[Закрыть].

Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред

Быстрое развертывание и автоматическое обновление рабочих сред и программного обеспечения в Виртуальной Компьютерной Лаборатории становится возможными благодаря применению технологий виртуализации, контейнеризации, автоматизации, непрерывной интеграции и доставки (CI/CD).

Виртуализация дает возможность создавать множество изолированных виртуальных машин на любом физическом сервере, что значительно упрощает процесс подготовки рабочих сред, поскольку виртуальные машины можно быстро развертывать, копировать и перемещать без необходимости физического вмешательства в аппаратную часть.

Благодаря технологиям контейнеризации, например, Docker, Podman, Containerd можно упаковывать приложения вместе со всеми зависимостями в стандартизированные блоки, для последующего развертывания практически на любой сетевой операционной системе, что облегчает процесс установки новых приложений и обновление существующих, поскольку контейнеры гарантируют консистентность среды независимо от места развертывания.

Автоматизированные инструменты управления конфигурацией, такие как Ansible, Puppet или Chef, позволяют централизованно выполнять настройку и обновление программного обеспечения. Скрипты и политики автоматизации дают возможность настроить программное обеспечение так, чтобы оно содержало последние обновления безопасности и одинаковые настройки функциональности.

Системы непрерывной интеграции и доставки, такие как Jenkins или Git Actions автоматизируют процесс тестирования и развертывания приложений, обеспечивая быстрое и надежное включение изменений в рабочую среду, что может способствовать сокращению времени на разработку и внедрение новых функций, а также повышает качество и стабильность программного обеспечения.

Не менее важно обеспечивать адаптивность и технологическую гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории в условиях меняющихся требования образовательных и исследовательских процессов, а также не смотря на непрерывный рост сложности и ресурсоемкости программного обеспечения стремиться к сокращению времени, затрачиваемого на развертывание и настройку виртуальной инфраструктуры для повышения продуктивности работы, чтобы в случае необходимости, за перемену развертывать все программные составляющие, необходимые для следующего занятия. Например, уже сегодня, благодаря технологиям виртуализации или контейнеризации, любой участник Виртуальной Компьютерной Лаборатории в считанные минуты может создать одну или несколько виртуальных машин, объединить их в кластер (в случае необходимости), а затем развернуть на них необходимое программное обеспечение. Такой подход исключает длительные и кропотливые процедуры установки программного обеспечения, а также позволяет избежать затрат времени на решение технических проблем, связанных с несовместимостью оборудования в случае развертывания непосредственно на физический компьютер или сервер. Кроме того, Виртуальная Компьютерная Лаборатория поддерживает автоматическое обновление программного обеспечения, что гарантирует доступ к последним версиям инструментов и приложений для всех пользователей, минимизируя риски, связанные с использованием устаревшего программного обеспечения.

Реализация открытости и социального равенства в использовании программного обеспечения и вычислительных ресурсов

Виртуальная Компьютерная Лаборатории представляет собой мощный инструмент для обеспечения быстрого и эффективного доступа студентов, преподавателей и исследователей к самым современным технологиям, высокопроизводительным вычислительным ресурсам и разнообразному специализированному программному обеспечению. Подобно цифровому Прометею, она дарует огонь знаний, стирая границы между виртуальным и реальным, открывая новые горизонты для научных открытий и технологических прорывов.

Главным приоритетом Виртуальной Компьютерной Лаборатории является демократизация доступа, когда каждый учащийся, независимо от его местоположения и финансовых возможностей, может свободно получить необходимые и достаточные ресурсы для выполнения образовательных или исследовательских задач. Это достигается за счет объединения централизованной модели управления с принципами самоорганизации и цифровой прозрачности99
  Дополнительную информацию см. в гл. 1 в разделе «Социотехническое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией: объединение централизованного подхода, самоорганизации и цифровой прозрачности».


[Закрыть], а также благодаря использованию технологий виртуализации, контейнеризации, автоматизации и непрерывной интеграции.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория позволяет легко и оперативно внедрять передовые технологические достижения в образовательный и исследовательский процессы, обеспечивая постоянное обновление и усовершенствование программно-технологической инфраструктуры. Это открывает широкие возможности для создания, тестирования или развертывания информационных систем различной степени сложности – начиная от микросервисов, базовых веб-приложений и заканчивая продвинутыми проектами в области искусственного интеллекта и машинного обучения.

Благодаря принципам плюрализма и самоорганизации участники Виртуальной Компьютерной Лаборатории могут быстро адаптироваться к новым методам и инструментам, поддерживая высокий уровень инноваций и эффективности в своей работе, что дает необходимые возможности для научно-технического творчества и саморазвития за счет предоставления всем участникам лаборатории администраторских прав для детальной настройки и беспрепятственного управления своими исследовательскими и образовательными проектами/задачами.

Модель свободного доступа студентов с правами администратора демократизирует учебный процесс и исследовательскую деятельность, снимая все барьеры для доступа учащихся к вычислительным мощностям и современному программному обеспечению. Это не только ускоряет процесс научных исследований, но и благоприятствует освоению и применению новейших технологий в различных областях знаний.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория не только упрощает доступ к новейшим технологиям и становится движущей силой инноваций, расширяя границы возможного в образовании и исследованиях.

Развитие навыков работы с новейшими технологиями

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет студентам, преподавателям и исследователям возможность непрерывно развивать и совершенствовать свои навыки работы с самым современным многокомпонентным программным обеспечением и новейшими технологическими разработками. Это становится возможным благодаря доступу к последним версиям программного обеспечения, новейшим технологиям и высокопроизводительному вычислительному оборудованию, а также применению методов активного обучения, таких как проектно-ориентированное обучение и обучение через исследования, которые создают благоприятные условия для более глубокого понимания материала и развития практических навыков. Это особенно ценно в современном быстро меняющемся технологическом мире, где способность адаптироваться к новым инструментам и методам имеет решающее значение.

Использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории углубляет технический кругозор учащихся и развивает ценные практические навыки, которые могут быть применены выпускниками в реальных рабочих ситуациях.

Стимулирование самостоятельного обучения и развитие критического мышления

Виртуальная Компьютерная Лаборатория создает отличные условия для стимулирования самостоятельного обучения и развития критического мышления у студентов. Благодаря свободному доступу к разнообразным информационным и вычислительным ресурсам, возможности самостоятельно проводить исследования и выполнять практические задачи не только по заданию преподавателя, но и по собственному усмотрению, Виртуальная Компьютерная лаборатория помогает учащимся углублять свои знания в области информационных технологий, развивать способности к анализу, оценке и системному подходу к решению проблем. Такая концепция позволяет студентам активно применять теоретические знания на практике, стимулируя их к самостоятельному поиску решений и альтернативных подходов, что является ключевым аспектом критического мышления1010
  Дополнительную информацию см. в гл. 5 в разделе «Развитие аналитических навыков».


[Закрыть].

Развитие социальных и коммуникативных навыков

Несмотря на технологическую направленность, Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует развитие межличностных и коммуникативных навыков. Ее можно рассматривать как платформу для укрепления командной работы, обмена знаниями и сетевого взаимодействия среди студентов, подобно тому, как античные философы собирались в Академии Платона для совместного поиска истины. Работа в виртуальной лабораторной среде часто требует коллаборации и координации действий с другими участниками, что ускоряет развитие таких важных социальных навыков, как коммуникация, групповая работа и решение конфликтов. Также можно внедрить тематические форумы, чаты или системы обмена мнениями, подобные русским литературным салонам XVIII века, которые дают возможность студентам и преподавателям обсуждать идеи, задавать вопросы и делиться знаниями, создавая атмосферу интеллектуального сотрудничества и взаимного обогащения.

Повышение мотивации и удовлетворенности

Доступ к современным технологиям и гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории усиливают мотивацию и уровень удовлетворенности от работы. Опыт автора с 2007 года показывает, что взаимодействие с Виртуальной Компьютерной Лабораторией должно строиться на взаимном уважении и доверии, где принципы самоорганизации и плюрализма опираются на лучшие человеческие качества, что выражается во взаимодействии всех заинтересованных лиц с лабораторией без каких-либо урезаний прав и привилегий доступа (с полными правами администратора). По мнению автора, только такой подход открывает широкие перспективы для творческого эксперимента и индивидуальной настройки среды, способствует более глубокому погружению в предметную область и развитию навыков управления и настройки сложных информационных систем.

Гибкость Виртуальной Компьютерной Лаборатории дает возможность пользователям не только проводить эксперименты и исследования в удобное время и в удобном месте, но и предоставляет пространство для разнообразных творческих инициатив и мнений, обогащая образовательный процесс и поддерживая культуру плюрализма.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория не должна иметь никаких ограничений для реализации студентами собственных исследовательских проектов и идей, что развивает чувства достижения и самореализации. Работа над собственными проектами не только мотивирует студентов, но и повышает их удовлетворенность от процесса обучения. Демократичная среда стимулирует самостоятельное обучение, развитие лидерских качеств и умение самоорганизовываться, что является ключевым аспектом успешной профессиональной деятельности в современном цифровом мире.

Стимулирование инновационного развития

Виртуальная Компьютерная Лаборатория стимулирует непрерывное инновационное развитие, обеспечивая технологическую платформу на принципах плюрализма и самоорганизации для свободного внедрения студентами и исследователями новаторских идей и передовых технологий (по мере возникновения желания и мотивации), что создает условия для динамичного прогресса в образовательной и научно-исследовательской деятельности, помогает быстрее реагировать на изменения и тенденции в области цифровых технологий. Фактически Виртуальная Компьютерная Лаборатория является инструментом цифрового прорыва в ИТ-образовании.

Использование Виртуальной Компьютерной Лаборатории может ускорять учебный и исследовательский процессы, благодаря доступу к современным инструментам и методикам, что также создает условия для более глубокого понимания сложных концепций и разработки инновационных решений.

Чтобы не было разночтений, под ускорением учебного процесса понимается подход к обучению, который направлен на более быстрое достижение образовательных целей за счет более интенсивного обучения, активного вовлечения учащихся в самостоятельную работу, а также индивидуального подхода к обучению и применения эффективных методик преподавания, например, проектно-деятельностного обучения или обучения на основе вызовов.

Поддержка непрерывного обучения и профессионального роста

Виртуальная Компьютерная Лаборатория представляет собой мощный инструмент для поддержки непрерывного образовательного процесса и профессионального роста благодаря возможности доступа к вычислительным ресурсам, учебным материалам, инструментам и программному обеспечению в любое время и из любой точки мира. Это обеспечивает гибкость в обучении и дает возможность учащимся адаптировать образовательный процесс под свой график, что способствует непрерывному профессиональному развитию.

Внедрение инструментов для мониторинга учебных достижений и предоставление регулярной обратной связи помогают студентам видеть свой прогресс, определять области для дальнейшего развития и адаптировать обучение для достижения лучших результатов.

Создание и поддержка профессиональных сообществ в рамках Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает учащимся и экспертам обмениваться опытом, идеями и лучшими практиками.

Регулярное обновление учебных материалов и ресурсов в соответствии с последними научными и технологическими достижениями гарантирует актуальность знаний и навыков, приобретаемых учащимися.

Виртуальная Компьютерная Лаборатория открывает доступ к обширным образовательным ресурсам, создает благоприятные условия для непрерывного совершенствования знаний, умений и навыков учащихся. Гибкий формат обучения ускоряет личностный и профессиональный рост, позволяя быть в курсе последних инноваций и тенденций в выбранной сфере деятельности. Истинное образование – это не просто накопление информации, а развитие способности мыслить творчески и критически, видеть взаимосвязи и применять знания для решения сложных задач.

Адаптация ИТ-образования к динамике рынка труда

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет собой эффективное средство для гибкой адаптации образовательных программ к постоянно меняющимся требованиям и тенденциям рынка труда, что делает учебный процесс более релевантным и ориентированным на прикладные аспекты, обеспечивая студентам знания и навыки, которые востребованы в современном цифровом мире.

Благодаря возможности быстро интегрировать современное программное обеспечение, новейшие технологические достижения и методики, Виртуальная Компьютерная Лаборатория способствует обучению студентов в соответствии с актуальными профессиональными стандартами, обобщенными трудовыми функциями и требованиями отрасли. Виртуальная Компьютерная Лаборатория отлично дополняет партнерство образовательного учреждения с представителями индустрии и позволяет быстро развертывать требуемое программное обеспечение для организации совместных исследований, стажировок, мастер-классов и курсов повышения квалификации, что стимулирует обновление образовательных программ и включение в них актуальных инструментов, методов и технологий.

Таким образом, Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает готовить высококвалифицированных специалистов, способных эффективно работать в условиях быстро меняющегося рынка труда.