Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты в области проектирования и использования систем информационной поддержки базового процесса в организациях 12
1.1. Обзор современных тенденций в области информационной поддержки базового процесса в образовательных учреждениях высшего образования 12
1.2. Анализ потребностей организаций в новых информационных ресурсах 23
1.3. Новые реалии поддержки ИТ-инфраструктуры: облачные технологии и гибридные информационные системы 35
Глава 2. Разработка методических рекомендаций по созданию динамически конфигурируемой информационной инфраструктуры на основе гибридной информационной системы для поддержки базового процесса организации 51
2.1. Анализ и сравнение современных технологий виртуализации 51
2.2. Разработка методических рекомендаций для выбора платформы построения гибридной информационной системы 58
2.3. Выбор системы управление контентом для проектирования пользовательских ресурсов и построения mashup-решений 105
Глава 3. Построение прототипа гибридной информационной системы поддержки базового процесса в организации 110
3.1 Разработка прототипа динамически конфигурируемой (гибридной) информационной системы 110
3.2. Создание прототипа АРМ для гибридной информационной системы 118
3.3. Результаты использования прототипа гибридной информационной системы 123
Заключение 128
Библиографический список 135
Приложения 153
- Анализ потребностей организаций в новых информационных ресурсах
- Анализ и сравнение современных технологий виртуализации
- Выбор системы управление контентом для проектирования пользовательских ресурсов и построения mashup-решений
- Результаты использования прототипа гибридной информационной системы
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. Постоянно
растущие объёмы информации и необходимость её обработки в режиме реального
времени предъявляют всё новые требования к производительности и
эффективности информационных инфраструктур организаций. В современных
условиях многие организации сталкиваются с невозможностью дальнейшего
линейного развития своей информационной инфраструктуры в связи с тем, что
проекты по введению в эксплуатацию и поддержке новых информационных
ресурсов, требуемых для развития организации, часто оказываются
нерентабельными.
Появившиеся на рынке «облачные» (термин «облачный» стал
общеупотребительным, в дальнейшем этот термин используется без кавычек) программно-сетевые инструменты являются хорошим решением описанных проблем. Тем не менее, существует множество нюансов использования таких технологий: методическая сложность реализации, безопасность данных и систем, применимость не для всех типов бизнеса.
Согласно данным исследования, проведённого в 2017 году компаниями Citrix и IDC, 94% компаний в мире активно готовятся к переходу на облачные технологии: они занимаются либо пересмотром и трансформацией используемых технологий, либо модернизацией своих сетевых инфраструктур, чтобы упростить доставку и использование нужных приложений. Результаты исследования показали следующее: только 24% организаций считают, что их ИТ-инфраструктура полностью соответствует требованиям, необходимым для переноса ИТ-ресурсов в гибридное облако; 82% опрошенных организаций указали, что их ИТ-инфраструктура слишком сложна для переноса приложений в облако; 76% респондентов считают, что их ИТ-инфраструктура частично или полностью не готова к трансформации. При этом, по данным IBM более 80% компаний планируют расширять использование облачных решений для развития своей ИТ-инфраструктуры. Кроме того, исследование, проведённое Forbes показало, что уже к 2019 году 80% всех средств, которые организации инвестируют в развитие своей ИТ-инфраструктуры будут потрачены на те или иные облачные решения, а 73% компаний планируют переход к использованию облачных хранилищ данных.
В представленной работе описаны методические подходы и практические
рекомендации к проектированию динамически конфигурируемой информационной
инфраструктуры (ИТ-системы) на примере формирования гибридной
информационной системы организации. Исследование проведено применительно к системам информационной поддержки образовательного процесса в учреждениях высшего образования.
В настоящий момент учебный процесс требует широкого применения
информационных технологий для соответствия современным образовательным
стандартам. Например, действующий федеральный государственный
образовательный стандарт предусматривает применение в учебном процессе
«Активных методов обучения» (АМО). Результаты наших исследований и
разработок показали, что большую часть АМО можно эффективно
автоматизировать с помощью грамотно спроектированной системы
информационной поддержки образовательного процесса. Более того, в учебном процессе всё чаще применяется разнообразное программное обеспечение так, например, для направления подготовки бакалавров 09.03.03 «Прикладная информатика», требуется широкий ряд таких программных продуктов: Microsoft Office, Microsoft Project, Primavera, BPwin, ERwin, ArchiMate, Bizagi и другие.
Современный способ лицензирования и предоставления этих продуктов включает в себя также их облачные версии в таком случае, облачный провайдер предоставляет нужное программное обеспечение в аренду. В каких-то ситуациях такой подход оказывается достаточным. Но далеко не всегда, так как в некоторых случаях возникают проблемы эффективной интеграции арендуемого ПО с уже имеющимися в организации приложениями.
Предлагаемые методические подходы позволят организациям обоснованно подходить к формированию своей ИТ-инфраструктуры и управления ею в вопросах выбора необходимого ПО и вариантах его внедрения.
Степень разработанности научной проблемы. Проектирование, внедрение и интеграция информационных систем являются достаточно разработанной областью исследований. Теоретический и методологический базис в этой области представлен в трудах В. В. Трофимова, В. И. Грекула, В. В. Коноплева, М. И. Барабановой, В. И. Кияева, В. Ф. Минакова, С. В. Маклакова, О. П. Ильиной, В. Л. Бройдо, А. А. Мусаева, С. В. Беззатеева, И. В. Ананченко, О. С. Лобанова, Г. Ю. Силкиной, A. Langer, A. Koschmider, K. Hess, K. Matthias. Тем не менее, проектирование и интеграция информационных систем с применением облачных вычислений является достаточно новым направлением. В данной сфере можно выделить труды В.В. Коноплева, В.В. Трофимова, В.Ф. Минакова, О.С. Лобанова, В.И. Грекула, O. Hane, S. Holla. Уровень развития данного направления в России не в полной мере динамичен и не соответствует современным потребностям организаций.
Исходя из этого формулируется цель диссертационного исследования:
разработка методических подходов к проектированию динамически
конфигурируемой информационной инфраструктуры организации на основе гибридной информационной системы. Для достижения цели определён круг подлежащих решению задач:
-
Провести анализ тенденций в области информационной поддержки базового процесса в организациях, а также оценить потребность организаций в новых информационных ресурсах.
-
Выявить и исследовать особенности построения динамически конфигурируемых информационных систем и разработать методические рекомендации для перехода к таким системам.
-
Сравнить основные технологии виртуализации, проанализировать их достоинства и недостатки и разработать методические рекомендации по выбору наиболее подходящего способа виртуализации для формирования информационной инфраструктуры.
-
Обосновать выбор серверного дистрибутива для построения динамически конфигурируемой информационной системы на основе анализа требований к оборудованию, достоинств и недостатков основных серверных Linux-дистрибутивов.
5. Разработать прототип динамически конфигурируемой (гибридной)
информационной системы и автоматизированного рабочего места для неё.
Объектом исследования является информационная инфраструктура современной организации и её отдельные компоненты.
Предметом исследования являются процессы проектирования
и управления динамически конфигурируемой информационной инфраструктурой организации.
Теоретическую и методологическую основа исследования составляют
общие научные подходы к проектированию и созданию корпоративной
информационной инфраструктуры, методы и технологии формирования целевой
информационной пользовательской инфраструктуры. В исследовании
использованы общенаучные и специальные методы, в том числе системный
подход, приёмы классифицирования и агрегирования, структурного
проектирования, формализованного описания и содержательной интерпретации данных, экспертно-аналитической оценки, методы социологических исследований.
Информационную базу исследования составляют законодательные и нормативные документы, стандарты в области проектирования информационных систем, методические документы, ресурсы в сети Интернет, материалы тематических конференций, а также ряд документов в области проектирования и обеспечения информационной безопасности современных информационных систем.
Обоснованность результатов исследования подтверждается тем, что они получены путём использования методов научного познания на базе комплексного анализа трудов российских и зарубежных учёных в области проектирования информационных систем, применения технологий виртуализации и облачных вычислений, а также на основе эмпирических и статистических данных.
Достоверность результатов исследования обеспечена использованием общенаучных и специальных методов познания в фундаментальных и прикладных дисциплинах, а также публикацией основных результатов исследования в рецензируемых изданиях, включённых в перечень научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, и утвержденных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации.
Достоверность результатов исследования подтверждена также практической апробацией разработанных методических подходов в ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургском государственном экономическом университете» на факультете информатики и прикладной математики.
Соответствие диссертации Паспорту научной специальности. Результаты
диссертационного исследования отвечают специальности 08.00.05 — «Экономика и
управление народным хозяйством (экономика, организация и управление
предприятиями, отраслями, комплексами — cвязь и информатизация)» по пункту
1.5.103. Исследование закономерностей, производственных отношений, научных
принципов, форм, методов и средств формирования информационной
инфраструктуры.
Научная новизна исследования соотносится с обоснованием и реализацией научной гипотезы о необходимости разработки, внедрения и использования методики формирования динамически конфигурируемой информационной инфраструктуры организации для построения гибридных информационных систем с применением технологий виртуализации и облачных вычислений.
Наиболее существенные результаты исследования, обладающие научной новизной и полученные лично соискателем, отражены положениями диссертации, в содержании которых:
-
Обоснован подход к построению динамически конфигурируемых информационных инфраструктур на основе выявленной автором потребности организации (от ситуаций значительного уменьшения работоспособности ИТ-инфраструктуры при большой загрузке до обеспечения эффективности имеющихся ресурсов). Подход основан на динамической приоритезации необходимых ИТ-сервисов, виртуализации и гибкой возможности выгрузки неиспользуемых ресурсов в зависимости от текущих задач в конкретный момент времени. Это подтверждено экспериментальными данными по тестированию производительности систем виртуализации на основе проведенных замеров времени, необходимого на переконфигурирование информационной инфраструктуры.
-
Предложены методические рекомендации на основе разработанного автором исследования показателя готовности перехода к облачной ИТ-инфраструктуре, формализующего и учитывающего количественные оценки эксплуатации системы с точки зрения: значения для бизнеса конкретной информационной системы (ИС), стоимости совокупного владения, безопасности ИС и затрат, связанных с процессом внедрения системы, обеспечивающего эффективность переноса конкретного ИТ-ресурса в облачную среду с учетом выбора конкретного серверного дистрибутива Linux.
3. Предложена методика выбора способа виртуализации эмуляция
оборудования, паравиртуализация, полная виртуализация, контейнерная
виртуализация в зависимости от значения дискретных переменных,
характеризующих требования к параметрам ИТ-инфраструктуры (необходимость
закупки нового оборудования, наличие гостевой редакции виртуализируемой ОС,
требование использования разных ОС, большое количество виртуальных
серверов). Принятие решения производится на основе расчетного дискретного
значения, позволяющий автоматизировать процесс виртуализации, что
подтверждено результатами проведённых экспериментов.
-
Разработан алгоритм двунаправленного переноса ИТ-ресурсов между локальной и облачной ИТ-инфраструктурой, в котором формализована интеграция ИТ-сервисов на основе данных и методов их обработки в зависимости от функциональных задач и доступных для их решения информационных ресурсов. На основе этого алгоритма создан прототип динамически конфигурируемой гибридной информационной системы, позволяющий повысить плотность размещения информационных ресурсов на имеющемся оборудовании.
-
Разработан способ формализации процедуры выбора типа автоматизированного рабочего места для гибридной информационной системы,
который существенно облегчает подбор аппаратного обеспечения на основе критериальных значений показателя оптимальности АРМ, с учетом последующего автоматизированного развертывания необходимых ИТ-ресурсов.
Теоретическая значимость исследования заключается в формировании методического подхода к построению гибридных информационных систем на примере учреждений высшего образования Российской Федерации.
Практическая значимость исследования заключается в разработке методики создания гибридной информационной инфраструктуры организаций с использованием технологий виртуализации и контейнерной технологии, а также в разработке способов для трансформации такой инфраструктуры в формат частного облака и для переноса ресурсов между облаками различных типов.
Результаты применения такого инструментария позволили создать прототип динамически конфигурируемой гибридной информационной системы поддержки образовательного процесса, на базе которой был создан образовательный ресурс и разработаны модули, позволяющие автоматизировать применение активных методов обучения по технологии МАСТАК и метода мозгового штурма.
Прототип системы прошёл успешное испытание в рамках учебного процесса.
Апробация результатов исследования. Теоретические и практические результаты диссертационного исследования были представлены для научной дискуссии в рамках научно-практических конференций регионального, всероссийского и международного уровней, в том числе:
Международная конференция «Информационные технологии в бизнесе» (ITIB 2013) (СПбГЭУ, 19 июня 2013 года, г. Санкт-Петербург)
Международная научно-практическая конференция «Молодёжь в науке и образовании: проблемы и перспективы развития» (УрГПУ, 29 октября 2014, г. Екатеринбург)
Международная конференция «Экономическая система современной России: пути и цели развития» (МГУ, 19 ноября 2014, г. Москва)
II Международная Межвузовская Научная Конференция Технологическая перспектива в рамках Евразийского пространства: новые рынки и точки экономического роста (20-22 октября 2016, г. Санкт-Петербург)
XV Всероссийская конференция «Преподавание информационных технологий в РФ» («ИТ-Образование-2017», 11-12 мая 2017, г. Архангельск)
ХХ Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям (24-26 мая 2017, г. Санкт-Петербург) и др.
Публикация результатов исследования. Материалы исследования отражены в 25 научных работах общим объёмом 8 п.л. (авторских 7,2 п.л.), из которых 4 опубликованы в изданиях, включённых в перечень ведущих рецензируемых научных журналов ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации. Материалы исследования также отражены в коллективной монографии по теме диссертационного исследования, объём которой составляет 8,1 печатных листов (авторских 1 п.л.).
Структура диссертации определяется целью, задачами, логикой исследования. Работа включает в себя введение, три главы, заключение, библиографический список и пять приложений.
Анализ потребностей организаций в новых информационных ресурсах
Как было отмечено ранее, объёмы данных в мире постоянно возрастают, в связи с этим, потребности организаций в новых информационных ресурсах также изменяются. Рассмотрим данную тенденцию на примере образовательных учреждений высшего образования. Крупнейшие мировые высшие учебные заведения уже сегодня столкнулись с проблемой масштабирования своих информационных систем в связи с невероятным ростом нагрузки на такие системы, вызванным указанными в параграфе 1.1 изменениями [19, с. 125].
Информационные системы в образовательных учреждениях высшего образования применяются достаточно давно [29, с. 32]. Системы информационной поддержки образовательных процессов используются как в западных университетах, так и в образовательных учреждениях нашей страны [28, с. 40]. Изменения, описанные, в параграфе 1.1 данной главы, происходили на Западе раньше, чем у нас, поэтому очень многие проблемы, возникшие по указанным причинам там, для нас становятся актуальными только сейчас [22, с. 71].
В рамках данного диссертационного исследования был составлен перечень основных информационных систем ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный экономический университет» (СПбГЭУ), данные для перечня были получены в ходе обработки результатов опросов сотрудников университета (табл. 1.2).
Кроме приведённых в таблице 1.2 информационных систем, в университете существуют и другие информационные системы и сервисы, например, телефонный справочник.
Результаты анализа организационной структуры ФГБОУ ВО СПбГЭУ позволяют судить, что современная структура управления образовательным учреждением высшего образования является достаточно сложной и без использования современных методов построения систем информационной поддержки она будет очень громоздкой и превратится в неработоспособную [81, с. 128]. Для информационной поддержки такой организационной структуры требуются современные технологии и инструменты [82, с. 145].
Таким образом, проведённый анализ информационных систем университета, а также изучение его организационной структуры показал, что для многих подразделений университета в дальнейшем могут потребоваться новые информационные системы и сервисы [163]. Без их использования подобная организационная структура становится неэффективной [43, с. 75] (рис. 1.3).
Кроме того, расмотренные выше тенденции и концепции предполагают, что такая потребность будет только увеличиваться в ближайшие годы, а опыт западных университетов, которые столкнулись с такими вызовами ранее, показывает, что при классическом подходе к формированию информационной инфраструктуры невозможно обеспечить локальное размещение требуемых информационных систем [21, с. 129]. Именно в такой ситуации, которая на сегодняшний день становится актуальной для Российской Федерации [23, c. 73], будут актуальны предлагаемые методические подходы, приведённые ниже.
При проектировании информационных систем (ИС) для образовательных учреждений команде проектировщиков следует учитывать активно развивающийся в последнее время архитектурный подход при проектировании информационной инфраструктуры образовательных учреждений высшего образования [35, с. 39]. Архитектуру, как сложное и масштабное образование, обычно декомпозируют на уровни представления и на отдельные модули [34, с. 68]. Слой Business Layer содержит архитектурные модели, характеризующие внешнее окружение и оказывающее влияние на результативность деятельности. Слой Application Layer & Data описывает приложения, реализующие функции или процессы обработки информации в соответствии с требованиями бизнес-слоя, запуск которых задаётся предопределенными событиями. Technology Layer — слой технологий, который является провайдером для слоя Application Layer & Data, предоставляет собой сервисы ИТ-инфраструктуры. Активные элементы данного слоя узлы (Node), входящие в состав компьютерной сети, связаны с устройствами (Device), которые обеспечивают выполнение процедур обработки, и системным программным обеспечением (System Software) [38, с. 25].
Сегодня корпоративные ИТ-ресурсы часто развёртывают в виде сервисов [27, с. 152], применяя тем самым архитектуру сервисного стиля (Service-Oriented Architecture, SOA). Такая архитектура позволяет эффективно интегрировать различные сервисы [55, c. 8], «архитектурный стиль, который поддерживает ориентированность на сервисы как на логическое представление воспроизводимой бизнес-операции, имеющее заданный результат. Сервис представляется «черным ящиком» для потребителей этого сервиса».
Было проведено социологическое исследование, с целью выявления потребностей студентов в существующих и новых информационных ресурсах (сервисах) университета [21, c. 127]. В качестве исследуемого объекта рассматривается Санкт-Петербургский государственный экономический университет, который был образован в 2012 году посредством слияния трёх ведущих экономических университетов Санкт-Петербурга: Санкт-Петербургского государственного университета экономики и финансов и Санкт-Петербургского государственного инженерно-экономического университета, а через год университет был снова реструктурирован путём присоединения Санкт-Петербургского государственного университета сервиса и экономики. Таким образом, за два года в Санкт-Петербурге был создан новый крупный образовательный центр, объединивший в себе три крупных экономических образовательных учреждения высшего образования. Интеграция столь крупных университетов безусловно изменила управленческие, образовательные и сопровождающие процессы, существовавшие на базе каждого из них. В связи с этим был проведён тщательный анализ проблем, связанных с объединением информационных инфраструктур указанных университетов [14, с. 78; 19, c. 125].
Результаты проведённого исследования позволяют на уровне методики проектирования систем информационной поддержки образовательного процесса учесть необходимость адаптации к соответствующим необходимым изменениям [56, с. 70]. Изменение бизнес-логики процессов закономерно изменяет требуемую структуру информационной системы поддержки образовательного процесса в объединённом вузе.
Существует достаточно много апробированных методов проведения планового обследования предприятия [54, c. 135]. Одним из наиболее интересных и эффективных для проведения быстрого и надёжного исследования внутри вуза, по мнению автора, является метод анкетного опроса, который позволяет провести исследование в кратчайшие сроки и в нужном масштабе. В рамках нашего исследования был выбран метод анкетного опроса потому, что он во многих случаях позволяет получить надёжные результаты [68, с. 117].
На первый взгляд может показаться, что метод социологического исследования при помощи анкетного опроса для сбора информации является простым. Как правило, если не следовать определённым правилам, а также не проводить специальную предварительную подготовку к такому исследованию, при разработке анкеты допускается большое количество ошибок различного типа. Это приводит к тому, что процесс обработки собранных данных становится либо невозможен, либо теряется смысл, поскольку не отражает истинного положения дел. В конечном счёте, это приводит либо к отсутствию результатов исследования, либо к неверным результатам. Например, в практическом руководстве «Социологическое исследование» З. В. Сикевич подчёркивает, что составление анкеты сложное и ответственное дело, которое следует делать только после специальной подготовки [68, с. 117]. Более того, существуют определённые правила оформления опросного листа так центральную часть первой страницы должно занимать обращение к участнику опроса, включающее в себя: наименование учреждения, которое производит опрос, формулировку цели исследования (с особым акцентом на его значимость и важность, в том числе и для самого респондента), информацию о способах ответа на вопросы различных типов, а также благодарность за согласие принять участие в опросе [68, стр. 117]. Текст обращения целесообразно формулировать, ориентируясь на ту фокусную группу, для которой подготовлен опросный лист. В связи с тем, что в рассматриваемом примере фокусной группой являются студенты, содержание должно быть доступно, понятно и интересно обучающимся [86, с. 84].
Анализ и сравнение современных технологий виртуализации
Технологии виртуализации в настоящее время становятся одним из ключевых компонентов построения ИТ-инфраструктуры крупных организаций. В статье [100, c. 71] были рассмотрены основные технологии виртуализации, которые можно использовать для этой цели. Сегодня, технологии виртуализации всё чаще применяются для построения новых серверных узлов современных предприятий [46; 100, c. 72].
В рамках данного исследования были разработаны методические рекомендации, упрощающие переход к гибридным информационным системам. Целью нашей методики является разработка подходов, упрощающих переход от классических (локальных) информационных систем к гибридным.
Для разработки указанной ранее методики были поставлены следующие задачи:
1) сравнить основные технологии виртуализации;
2) разработать механизм выбора способа виртуализации, в зависимости от поставленных перед ИТ-инфраструктурой задач;
3) разработать методические рекомендации для выбора платформы построения гибридной ИС.
Таким образом, основной задачей нашей методики является предоставление пользователю инструментов для упрощения процесса перехода организации от классической информационной инфраструктуры к гибридной или облачной.
Анализ функционала современных серверных операционных систем показал, что для обеспечения удобной миграции серверов (например, между локальной инфраструктурой и облачной) наиболее удобным решением является построение гибридной информационной системы с применением технологий виртуализации [109]. В связи с этим, нами был предложена методика перехода к гибридным ИС, основные этапы которой были ранее представленны на рисунке 1.11.
Проанализируем несколько способов реализации технологии виртуализации, с помощью которых достигаются сходные результаты через разные уровни абстракции. У каждого способа есть достоинства и недостатки, однако в конкретных ситуациях каждый из них находит своё место в зависимости от области применения.
Один из таких способов это эмуляция оборудования, которая заключается в совместном развитии встроенного программного обеспечения и аппаратных средств. В этом методе виртуальная машина (VM) аппаратных средств создается на хост-системе, чтобы эмулировать интересующее оборудование (рис. 2.1).
Такой способ виртуализации наиболее востребован при разработке и тестировании программного обеспечения. Это позволяет эмулировать требуемое для отладки оборудование, не имея его в реальном пользовании. Минусом такого типа виртуализации для информационных инфраструктур промышленного уровня является медленная работа эмулируемых приложений, вызванная необходимостью моделирования команд на основных аппаратных средствах. Кроме того, в состав каждого виртуализированного приложения входит не только приложение, размер которого может измеряться десятками мегабайтов, и все необходимые программы, и библиотеки, но и вся гостевая операционная система, размер которой может составлять десятки гигабайтов.
Полная (аппаратная) виртуализация использует менеджер виртуальных машин (гипервизор). В этом случае подразумевается использование гипервизора для организации работы виртуализируемых сред с физическим оборудованием системы. Гипервизор управляет разделением физических ресурсов системы между виртуализируемыми средами (рис. 2.3 и 2.4). Существует два типа гипервизоров: «типа 1» и «типа 2» [118].
Гипервизоры типа 1 работают непосредственно на оборудовании системы. Гипервизоры типа 2 работают поверх базовой операционной системы, которая обеспечивает службы виртуализации, такие как поддержка устройства ввода/вывода и управление памятью. Различия гипервизоров типа 1 и типа 2 показаны ниже (рис. 2.2).
Паравиртуализация — это другой популярный способ, который имеет некоторые сходства с полной виртуализацией, рассмотренной выше. Такой способ требует, чтобы гостевая ОС была изменена для гипервизора (требуется так называемая Guest Edition версия ОС) это является недостатком метода. Тем не менее, за счёт такого подхода, паравиртуализация обеспечивает высокую производительность, приближающуюся к показателям производительности реальной системы. При этом, как и при полной виртуализации, одновременно могут поддерживаться различные операционные системы (рис. 2.4) [110].
Одним из недостатков такого способа виртуализации является ограниченное количество поддерживаемых ОС, поскольку для использования программного обеспечения, реализующего такую технологию виртуализации, гостевые операционные системы должны быть специальным образом подготовлены к работе в виртуальной среде в противном случае производительность такой системы не будет эффективной и стабильной. Примером гипервизоров, использующих паравиртуализацию наравне с аппаратной виртуализацией, является Xen и его ответвления (Citrix XenServer, XCP) [100, с. 72].
Виртуализация уровня операционной системы. Эта техника виртуализирует необходимые среды (путём создания контейнеров) непосредственно над корневой операционной системой, используя её ядро. В связи с этим, данный метод поддерживает единственную операционную систему и, в самом общем случае, просто изолирует независимые виртуальные контейнеры друг от друга. Для разделения ресурсов одного сервера между контейнерами этот способ виртуализации требует внесения изменений в ядро операционной системы (например, как в случае с OpenVZ), но при этом преимуществом является «родная» производительность, без «накладных расходов» на виртуализацию устройств (рис. 2.5).
Такой подход является предпочтительным в случае, если требуется обеспечить высокую плотность размещения виртуальных ресурсов на физическом оборудовании. Минусом такого способа виртуализации является то, что по указанным выше причинам при выборе такого способа виртуализации всё программное обеспечение, которое требуется разместить в контейнерах, должно иметь версию, совместимую с той операционной системой, которая развёрнута на физическом оборудовании. Такой подход использован в технологиях Solaris Containers, FreeBSD jail и Virtuozzo/OpenVZ в ОС Linux и BSD, а также в технологии Linux Containers [67, с. 61].
Использование контейнеров Linux не является технологией виртуализации по определению, однако в литературе данную технологию часто называют контейнерной виртуализацией, подразумевая способ размещения ИТ-ресурсов в рамках корпоративной ИТ-инфраструктуры с помощью контейнеров [126, с. 2]. В диссертационном исследовании автор придерживается такой же терминологии.
Этот подход, по нашему мнению, особенно актуален в случае необходимости формирования большого количества виртуальных серверов при ограниченных физических ресурсах, причём допустимо использование для каждого из них одинаковой операционной системы. Подход является одним из динамично развивающихся сегодня стало известно о партнёрском соглашении корпорации Microsoft и компании Docker, что может означать, по нашему мнению, внедрение такой технологии в следующие версии серверных операционных систем от Microsoft семейства Windows Server [100, с. 72].
Выбор системы управление контентом для проектирования пользовательских ресурсов и построения mashup-решений
После проектирования программной архитектуры целевой системы, требуется сделать выбор платформы для построения информационной инфраструктуры для реализации требуемых пользовательских ресурсов.
Предлагаемый нами класс систем (гибридные информационные системы) позволяют реализовывать ИТ-ресурсы как сервисы наилучшим образом.
Для реализации одного из образовательных ресурсов мы предлагаем выбрать одну из наиболее распространённых на сегодняшний день бесплатных систем управления контентом (Content Management System CMS). Ниже приведена таблица по результатам сравнения различных систем. LMS Moodle в выполненном сравнении не рассматривается, поскольку такая система уже развёрнута в Санкт-Петербургском экономическом университете и предполагается продолжение её использования. Более того, методические подходы, разработанные в рамках данного исследования, позволяют развернуть на пользовательском уровне любую требуемую систему, с помощью технологий виртуализации.
В общем случае, автор предлагает выбирать систему управления контентом учитывая следующие параметры: цена лицензии, наличие или отсутствие большого сообщества, количество модулей (расширений) для целевой системы на сегодняшний день, требуется ли специальная квалификация специалиста для администрирования и расширения функционала выбираемой системы.
В связи с тем, что для выбранной в качестве примера предметной области привлечение специалистов с навыками разработки программного обеспечения не является сложной задачей (например, на базе ФГБОУ ВО СПбГЭУ реализуются 4 направления подготовки: прикладная информатика, бизнес-информатика, информационная безопасность, информационные системы и технологии, студенты которых могут привлекаться для развития описываемой платформы) — по первому критерию оптимальным выбором является CMS Drupal. Также, по критерию гибкости и масштабируемости, данная CMS является оптимальной. Рассмотрим тенденции в развитии платформ для построения корпоративных порталов с 2011— 2015 годы, по данным компании Gartner.
Так, в 2011 году, аналитики компании Gartner относили CMS Drupal к нишевым игрокам с малой масштабируемостью (рис. 2.28).
За последние несколько лет ситуация с данной платформой менялась — было выпущено две версии данной CMS: Drupal 7 и Drupal 8. Появились тысячи модулей, с готовыми темами оформления от сторонних разработчиков — всё это обеспечило платформе динамичное развитие. В связи с этим, уже осенью 2015 года, составляя обновлённый квадрант решений для построения корпоративных порталов, аналитики компании Gartner перенесли данную CMS в другой квадрант, подчеркнув возможности для масштабирования и мощность платформы.
Несмотря на это, по мнению аналитиков Gartner, Drupal по-прежнему остаётся нишевым решением. Это связано именно с пунктом 1, таблицы 2.26 — необходимостью привлечения компетентных разработчиков для построения ИТ ресурсов на базе данной платформы (рис. 2.29).
Однако, если сравнить между собой последние две версии платформы — Drupal 7 и Drupal 8 то отчётливо прослеживается тенденция к упрощению процесса разработки и внедрения системы. Многие модули, ранее поставляемые как отдельные решения, были интегрированы в ядро системы и разворачиваются автоматически. В связи с этим, существенно возросла функциональность системы, доступная непосредственно «из коробки».
Платные решения, такие как портальные решения компаний Microsoft, IBM и другие не рассматриваются, так как для рассматриваемой предметной области требуется, чтобы внедрение ИТ-ресурса не требовало больших капитальных вложений. Более того, не всегда возможна покупка сопутствующих решений (лицензий на серверные операционные системы, клиентские лицензии) для внедрения таких решений.
Таким образом, на основании выполненных исследований предложен спектр обоснованных рекомендаций для выбора наиболее подходящего для конкретной ситуации решения для формирования динамически конфигурируемой гибридной информационной инфраструктуры.
Результаты использования прототипа гибридной информационной системы
В 2014—2016 годах прототип гибридной информационной системы, построенный по разработанным в данном диссертационном исследовании методическим рекомендациям проходил апробацию в ФГБОУ ВО Санкт-Петербургском государственном экономическом университете.
В виде пользовательского сервиса был создан образовательный портал, содержащий разработанный в рамках данного диссертационного исследования модуль для информационной поддержки проведения занятий с применением активных методов обучения. Пробные занятия проводились с применением активных методов по методике МАСТАК и мозгового штурма [120]. Данный функционал позволяет использовать активные методы обучения в учебном процессе без дополнительного оборудования и с существенной экономией времени. Результаты использования данного модуля на кафедре Информатики ФГБОУ ВО СПбГЭУ в рамках курса «Информатика» приведены в таблице 3.4
Кроме того, при сравнении результатов проведения МАСТАК-занятия традиционным способом и с помощью модулей гибридной информационной системы, разработанных автором, было выявлено, что во втором случае, количество правильных ответов при контроле знаний оказалось выше на 10—15% (75—85%, против 60—70%).
В 2016 году автором была проведена апробация улучшенного и доработанного варианта гибридной информационной системы поддержки образовательного процесса на факультете Информатики и прикладной математики СПбГЭУ.
В связи с резкими колебаниями курса рубля в 2014—2016 [115] вопросы экономической эффективности проектируемых информационных систем становятся особенно актуальными.
Однако, в связи с трудностью конкретной оценки экономического эффекта на небольшом промежутке времени от внедрения новых инновационных технологий в учебный процесс автор предлагает оценивать не экономическую эффективность, а именно суммарный положительный эффект от внедрения таких технологий. Отдача от внедрения такой системы не может быть рассчитана в точных цифрах, так как она выражается прежде всего в качественных характеристиках, таких как: заинтересованность и вовлечённость студентов в учебный процесс, экономия времени административно-управлеческого персонала университета и преподавателей, повышение плотности занятий за счет скорости формирования контейнеров с учебными материалами, с применением интерактивных методов. Такие качественные характеристики могут переходить в количественные.
Таким образом, экономическая эффективность предлагаемой гибридной ИС должна рассчитываться исходя из конкретных условий построения такой системы для конкретного образовательного учреждения высшего образования. Модель такой эффективности включает в себя стандартные параметры, такие как «совокупная стоимость владения» (TCO), c учётом реальной стоимости программно-аппаратных компонентов системы, заработную плату сотрудников обслуживающих и поддерживающих такую систему, другие операционные издержки.
По результатам апробации прототипа гибридной информационной системы в рамках нескольких курсов в ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный экономический университет» рассчитано время, которое может сэкономить преподаватель от применения систем рассмотренного типа. Данная информация представлена ранее, в таблице 3.4. Заметим ещё раз, что такую экономию сложно учесть в денежном эквиваленте, однако, очевидно, что оптимизация времени, требуемого для применения активных методов обучения, и повышение эффективности усвоения учебного материала в рамках проведения семинарских занятий может позволить повысить качество учебного процесса, а также организовать учебный процесс в соответствии с новейшими образовательными стандартами без дополнительного технического обеспечения.
Более того, построение ИТ-лабораторий на базе Linux-контейнеров с учётом описанных в главе 3 конфигураций занимает существенно меньшее время (табл. 2.3), чем при использовании классических технологий виртуализации на базе гипервизора, а применение Ansible и Docker Compose позволяет полностью автоматизировать процесс установки и масштабирования всего необходимого программного обеспечение на требуемое количество серверов. Кроме того, появляется возможность сконфигурировать Docker Swarm и управлять такой инфраструктурой как кластером. Такой подход позволяет увеличить плотность размещения ИТ-сервисов на имеющемся оборудовании и сократить расходы на специалистов технической поддержки информационной инфраструктуры [104, с. 209].
Оценка экономической эффективности методики проектирования рабочих мест для построенной гибридной информационной системы автор предлагает выполнить путём сравнения цены обычного АРМ и построенного на базе одноплатного ПК. Более того, некоторые решения, предлагаемые разработанной методикой, описанной в данной работе, являются бесплатными системами с открытым исходным кодом, что позволяет экономить на лицензиях, при внедрении пользовательских ресурсов для различных задач. Технологии виртуализации позволяют повысить плотность ИТ-ресурсов [131] и повысить полноту и эффективность администрирования ИТ-инфраструктуры [142].
Таким образом, прототип гибридной информационной системы, построенный на базе разработанных методических подходов, прошёл успешные испытания в рамках реальных учебных занятиях и показал, что подобная система может успешно использоваться для повышения качества учебного процесса в соответствии требованиями образовательных стандартов нового поколения. Показан эффект в виде экономии времени и повышения качества усвоения знаний при проведении занятий с применением активных методов обучения с использованием разработанного нами прототипа гибридной информационной системы поддержки образовательного процесса.