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

Управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией охватывает широкий спектр задач, включая системное администрирование, обеспечение высокой доступности и устойчивости к отказам, управление ресурсами и сетевой безопасностью, а также мониторинг производительности инфраструктуры. При этом необходимо поддерживать гибкую и адаптивной структуру управления, которая поощряет инновации и быструю адаптацию к изменениям, что достигается методами и средствами организационного управления. Это требует интеграции централизованного управления с самоорганизацией, что позволяет сочетать преимущества обоих подходов для повышения гибкости и эффективности, где централизованное управление обеспечивает стратегическое планирование и координацию действий, в то время как самоорганизация предоставляет пользователям свободу и полномочия для продуктивной самостоятельной, учебной и проектной работы.

Важной составляющей успешного управления является реализация цифровой прозрачности, которая обеспечивает открытость информации обо всех действиях пользователей, ресурсах, материалах, регламентах, процессах и достижениях в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, а также способствует созданию доверительной атмосферы, облегчая сотрудничество и повышая общую эффективность образовательной и исследовательской деятельности.

Таким образом, стратегическое управление Виртуальной Компьютерной Лабораторией требует комплексного подхода, сочетающего техническую эффективность, административную гибкость и принципы открытости, что является ключом к созданию инновационной и продуктивной среды.

Эксперименты без риска

Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет собой программно-технологическое решение для безопасного проведения исследований и выполнения практических заданий, связанных с развертыванием и применением сложного многокомпонентного программного обеспечения, которое в обычных условиях невозможно установить в компьютерных классах или его использование может приводить к нарушениям и сбоям в работе ИТ-инфраструктуры образовательного учреждения, например, при проведении занятий по защите от хакерских атак. Это достигается во многом благодаря виртуализации, гибкой политике безопасности и контроля доступа, изоляции ресурсов (в случае необходимости), снимкам состояния и восстановления (Snapshots), резервному копированию, непрерывной технической поддержке и обслуживанию инфраструктуры. Именно поэтому в образовательной среде Виртуальной Компьютерной Лаборатории можно безопасно экспериментировать с различными программными решениями, включая те, которые требуют значительных вычислительных ресурсов или представляют определенный риск для стабильности системы, что позволяет исследовать новейшие технологии, разрабатывать и тестировать различные приложения и операционные системы без опасений нарушить функционирование основной учебной инфраструктуры. Виртуальная Компьютерная Лаборатория становится безопасным, контролируемым пространством, где можно проводить эксперименты, имитации и развертывания, не беспокоясь о потенциальных системных ошибках или сбоях.

Содействие проблемно-ориентированному обучению и обучению через вызовы

Виртуальная Компьютерная Лаборатория помогает реализовать проблемно-ориентированный подход на практике, давая возможность решать актуальные предметные задачи в рамках учебного процесса для формирования востребованных на рынке труда умений и навыков, а также более глубокого усвоения учебного материала и развития критического, логического и творческого мышления. Виртуальная Компьютерная Лаборатория дает возможность применять полученные теоретические знания в практической деятельности в контролируемых, но реалистичных сценариях.

Обучение через вызовы расширяет проблемно-ориентированное обучение. В отличие от проблемно-ориентированного обучения, в котором учащимся предлагается решить конкретную предметную задачу или набор задач, метод обучения через вызовы предполагает, что учащиеся должны самостоятельно погрузиться в изучение предметной области, исследовать ее, выявить проблемы, определить наилучшие способы решения проблем и выполнить постановку задач. Такой опыт улучшает понимание учебного материала и усиливает способности студентов к аналитическому мышлению и применению знаний в реальных жизненных ситуациях. Однако, при этом трансформируется роль преподавателя, где он становится наставником, лидером и идейным вдохновителем. Преподаватели помогают направлять исследовательский процесс, обеспечивая обратную связь и поддержку, но основная инициатива исходит от студентов, что требует от преподавателя гибкости и открытости к новым подходам в обучении. Также нужна готовность поддерживать и мотивировать студентов в их стремлении к самостоятельному поиску и решению проблем.

Понимание принципов самоорганизации и плюрализма

Понимание принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает создать более гибкую, инклюзивную и инновационную среду для обучения и исследований.

Передача полномочий и ответственности в виде администраторских прав доступа к Виртуальной Компьютерной Лаборатории преподавателям и студентам, снимает любые ограничения в их работе, способствует повышению инициативности, мотивации и удовлетворенности, а также позволяет быстрее и эффективнее реагировать на изменения и вызовы. Это подразумевает распределенную ответственность, опирающуюся на лучшие человеческие качества и совместное использование ресурсов, что дает возможность учащимся быть автономными и независимым в выполнении практических задач в рамках учебы, исследовательской деятельности, самообучения и непрерывного развития или заниматься интересными проектами в командах по интересам.

Применение гибких (адаптивных) методов управления проектной деятельностью (Agile, Scrum, Kanban и др.) может поддерживать быструю адаптацию к изменениям и активизировать креативный потенциал учащихся. Создание среды, где каждый участник чувствует себя свободным предлагать идеи и экспериментировать, подталкивает к коллективному поиску новаторских решений. Разработка механизмов для постоянной обратной связи между участниками Виртуальной Компьютерной Лаборатории помогает корректировать и повышать качество образовательных и исследовательских процессов.

Благодаря прозрачности и открытости все участники могут беспрепятственно получить актуальную информацию о том, как используются ресурсы лаборатории, какие результаты были достигнуты, какие возникали проблемы и как они были решены. При этом важно мотивировать всех участников к развитию и совершенствованию Виртуальной Компьютерной Лаборатории общими усилиями.

Также необходимо поощрять активность и участие студентов, преподавателей, исследователей и экспертов с различным опытом и разнообразными точками зрения для обогащения процесса принятия решений и повышения креативности; разрабатывать политики и практики, обеспечивающие равный доступ и возможности для всех участников, независимо от их авторитета и опыта; создавать эффективные механизмы для разрешения разногласий и поиска компромиссов, обеспечивая устойчивое развитие и сотрудничество.

Применение принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории требует от учебного учреждения готовности к административным экспериментам и принятию нововведений, а также к созданию открытой образовательной среды, в которой каждый участник может вносить свой вклад в развитие Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Как писал Гораций: «Sapere Aude» – «Дерзай знать». Иммануил Кант переосмыслил этот призыв как «Имей мужество пользоваться собственным умом». Виртуальная Компьютерная Лаборатория предоставляет именно такую возможность – не просто усваивать знания, но и активно применять их, исследовать, экспериментировать и создавать что-то новое, используя свой собственный интеллект и творческий потенциал.

Поддержка современных операционных систем и актуального программного обеспечения

Виртуальная Компьютерная Лаборатория должна обеспечивать возможность развертывания актуальных и востребованных операционных систем, например, Linux (RedHat, Oracle, Rocky, Alma, Astra, SUSE, Debian, Ubuntu, Photon OS), Windows, MacOS, FreeBSD, Solaris, Android, iOS. Это позволяет пользователям работать с большинством приложений и многокомпонентными программно-технологическими решениями, проводить всестороннее тестирование и выполнять кроссплатформенный анализ, запускать и тестировать различные операционные системы и приложения без необходимости переключаться между отдельными физическими системами, например Bare Metal серверами. Такой подход особенно важен в контексте оценки совместимости и производительности программных решений на разных платформах и при разработке программного обеспечения, предназначенного для использования в разнообразных операционных средах (когда затрагиваются конкретные настройки или конфигурации операционной системы, включая установленное программное обеспечение, системные библиотеки и другие компоненты). Пользователи получают возможность гибко настраивать и масштабировать виртуальные машины для специфических нужд, анализировать различные конфигурации и условия эксплуатации, что благоприятствует углубленному изучению взаимодействий между платформами и улучшению эффективности приложений.

В результате Виртуальная Компьютерная Лаборатория превращается в незаменимый ресурс не только для студентов, преподавателей и исследователей, но и для архитекторов решений, аналитиков, разработчиков, тестировщиков и даже технических писателей, облегчая испытания и разработку в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации. Лаборатория экономит время и средства, а таже способствует повышению качества и надежности создаваемых программных решений.

Контроль доступа и политика безопасности в условиях плюрализма и самоорганизации

Модели контроля доступа помогают обеспечить безопасность социотехнических систем, определяя правила и политики, которые управляют возможностями пользователей взаимодействовать с объектами. В Виртуальной Компьютерной Лаборатории такими объектами могут являться виртуальные машины, устройства, ресурсы и данные. Атрибутивный контроль доступа (Attribute-Based Access Control, ABAC), мандатный контроль доступа (Mandatory Access Control, MAC) и дискреционный контроль доступа (Discretionary Access Control, DAC) представляют собой три основных подхода к управлению доступом, каждый из которых имеет свои особенности и применения.

При использовании атрибутивного контроля доступа (ABAC) решение о предоставлении доступа принимается на основе атрибутов (характеристик) пользователя, атрибутов объектов, к которым осуществляется доступ и текущего контекста. ABAC дает возможность создавать гибкие и динамичные политики безопасности, которые могут включать в себя условия, такие как время суток, местоположение пользователя и его роль в организации. Этот подход обеспечивает высокую степень гранулярности и адаптивности в управлении доступом.

Мандатный контроль доступа (MAC) обеспечивает доступ к объектам на основе централизованных политик безопасности. В системах с MAC каждый объект (например, диск, каталог, файл или виртуальная машина) и субъект (пользователь или процесс) имеют метки безопасности. Доступ предоставляется только в том случае, если метка безопасности субъекта соответствует метке объекта. MAC часто используется в критически важных системах с высокими требованиями к безопасности, например в военных или правительственных организациях.

В рамках дискреционного контроля доступа (DAC) владельцы объектов (или пользователи с соответствующими правами) могут на свое усмотрение устанавливать политики доступа для других пользователей, т.е. выдавать или отзывать доступ к объекту по собственному усмотрению, что обеспечивает гибкость, но может создавать риски безопасности из-за потенциального отсутствия строгих централизованных политик контроля.

Предоставление студентам администраторских прав в рамках реализации принципов самоорганизации и плюрализма в Виртуальной Компьютерной Лаборатории до сих пор вызывает в академической среде бурные дискуссии о поиске баланса между гибкостью и безопасностью. Мнение автора однозначно – необходимо обеспечивать такой уровень контроля и безопасности, который позволяет студентам исследовать и экспериментировать без ограничений, но при этом минимизируя риски для инфраструктуры и данных, на столько на сколько это возможно. Виртуальная Компьютерная Лаборатория не должна ограничивать техническое творчество учащихся, направленное на создание и развертывание сложных программно-технологических решений, поэтому возрастает роль логирования и контроля в Виртуальной Компьютерной Лаборатории, т.к. именно эти механизмы обеспечивают безопасность, прозрачность и возможность аудита, что является основой для надежной и управляемой образовательной среды.

Очень важно, чтобы пользователи с правами администратора были осведомлены о рисках и лучших практиках безопасности, т.к. понимание принципов безопасной работы и последствий небрежного обращения с администраторскими правами является ключевым для минимизации ошибок и инцидентов. Также для минимизации рисков, связанных с основной инфраструктурой, можно применить принцип сегментации и настроить ролевой доступ таким образом, чтобы пользователи могли управлять только определенными ресурсами или сервисами в пределах своей виртуальной среды. В некоторых случаях не будет лишним внедрение динамического управления доступом на основе контекста, например местоположения пользователя, времени суток, типа устройства и актуальности сессии. В любом случае, необходимо создать четкие, понятные и легко доступные политики безопасности и процедуры контроля доступа для обеспечения цифровой прозрачности, которые дают возможность всем участникам понимать ограничения и возможности Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Еще раз стоит отметить, что логирование действий пользователей с правами администратора дает возможность отслеживать все изменения и операции, проводимые в виртуальной инфраструктуре. Это обеспечивает полную прозрачность и помогает быстро выявлять и исправлять неправомерные или ошибочные действия. Систематическое логирование и аудит действий гарантируют, что все пользователи с правами администратора, могут быть привлечены к ответственности за свои действия. Это способствует соблюдению политик безопасности и этических стандартов в рамках образовательной среды.

Детализированные логи также помогают в диагностике и устранении технических проблем, облегчая процесс идентификации причин сбоев или непредвиденного поведения системы. Это крайне актуально в образовательной среде, где экспериментирование студентов может привести к нестандартным конфигурациям или ошибкам в Виртуальной Компьютерной Лаборатории.

Очень важно, чтобы система контроля доступа и логирования помогала обнаруживать и реагировать на инциденты безопасности в реальном времени. Это дает возможность предпринимать необходимые шаги для защиты Виртуальной Компьютерной Лаборатории и пользовательских данных в случае обнаружения подозрительной активности или нарушений политик доступа. Более того, система контроля доступа и логирования может выступать и в качестве образовательного инструмента, позволяя учащимся анализировать последствия своих действий в безопасной и контролируемой среде, что приводит к более глубокому пониманию вопросов управления ИТ-инфраструктурой и безопасности.

Поскольку образовательные учреждения подпадают под действие законодательства, регулирующего защиту данных и информационную безопасность, то система контроля доступа и логирования Виртуальной Компьютерной Лаборатории должна оказывать помощь в обеспечении соответствия этим требованиям, предоставляя необходимые средства для аудита и доказательства принятых мер безопасности.

Однако нельзя забывать о том, что безопасность Виртуальной Компьютерной Лаборатории напрямую зависит от выбранной технологической платформы, поскольку различные технологические платформы могут предлагать разнородные и сильно отличающиеся друг от друга возможности защиты, наборы функций и инструменты администрирования. Эта зависимость подчеркивает важность осознанного выбора технологической платформы.

Например, технологическая платформа VMware vSphere Foundation, на которой базируется Виртуальная Компьютерная Лаборатория созданная автором, поддерживает следующие функции контроля доступа и обеспечения безопасности: Permissions and User Management, Role-Based Access Control, Identity Provider Federation, Audit Logging/ Aria Operations for Logs, Network I/O Control, Distributed Firewall, VM Encryption, vSphere Trust Authority, Secure Boot, AppDefence, vSphere Data Protection, Update Manager, NSX Data Center. Это подчеркивает серьезный и ответственный подход автора к созданию безопасной и эффективной виртуальной образовательной среды и его стремление к лучшим практикам в области информационной безопасности.

Кроме того, интеграция принципов самоорганизации с функциями безопасности и контроля доступа требует продуманного подхода, учитывающего как потребности в обучении и экспериментировании в процессе формирования сложных знаний и навыков для цифрового технологического уклада, так и необходимость защиты ресурсов и данных для повышения доверия пользователей к Виртуальной Компьютерной. На сегодняшний день это может быть достигнуто только через сочетание технологических решений, организационных, этических и методических инициатив.

При этом нужно стремиться к такой комплексной стратегии безопасности, которая учитывает необходимость обучения студентов в условиях, максимально приближенных к реальным, что включает в себя не только технические аспекты, такие как правильная настройка прав доступа и использование современных средств защиты, но и организационные меры, например разработку четких процедур и политик, регулярных тренингов и мастер-классов по кибербезопасности и этике в ИТ. Создание такой сбалансированной и безопасной среды позволяет учащимся приобретать ценные знания и навыки, а также будет способствовать развитию культуры безопасности и ответственности в сфере цифровых технологий.

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 vSANEnterprise. 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 среде[8 - Дополнительную информацию см. в гл. 3 в разделе «Архитектурные компоненты гиперконвергентной Виртуальной Компьютерной Лаборатории».].

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.