Внедрение облачных технологий в систему образования и создание виртуальных компьютерных научно-учебных лабораторий исследовательского университета

Разработаны программно-технические основы виртуальной компьютерной лаборатории (ВЛ) на основе облачных технологий. Главные отличия от облачных сервисов, предлагаемых в Интернет в последние годы - это расширенные функции для пользователя с возможностью интерактивного использования физических лабораторных инструментов, как со стороны сервера так и со стороны клиента, углубленный менеджмент виртуальных машин и инфраструктур.

Проведенный технический анализ программных средств для создания виртуальной лаборатории исследовательского университета, которая одновременно может использоваться и как научный инструмент и как учебная для студентов-исследователей.

Разработаны несколько базовых архитектур ВЛ различного уровня мощности функциональности и надежности. Проанализированы структуры с высокой надежностью функционирования и методы надежного доступа через сеть.

Показан путь создания ВЛ с возможностью миграции виртуальных машин пользователя, показана возможность и технологии миграции виртуальных машин на кластеры внешних арендованных облаков. Даны рекомендации по экономическим критериям подключения ресурсов внешних облаков.

Одна из серьезных проблем облачных сервисов и виртуальных лабораторий в особенности - это надежность сетевого доступа. Облачные технологии, которые массово развиваются в последнее время, поставили новые вызовы перед сетью. Если сейчас проблемы отсутствия связи в течение нескольких минут компенсируются на прикладных уровнях путем буферизации, формирования критических секций взаимодействия и повторения потерянных действий, то внедрение интерактивного взаимодействия и онлайн взаимодействие с объектами требует значительного уменьшения продолжительности в прерываниях связи, теоретически до уровня пропадания нескольких пакетов транспортного уровня.

Показаны направления эволюции компьютерных сетей в направлении обеспечения надежности и непрерывности соединений пользователя с облачным сервисом, в частности внедрение функций SND (software defined network) в сети.

В НИР предложен перечень функций управления гипервизорами виртуальной платформы, которые необходимы для полнофункциональной и эффективной ВЛ, многие из которых не предлагаются провайдерами облачных сервисов и не реализованы в программных средствах облачных сервисов и позволят пользователю свободно использовать ВЛ, начиная с запуска остановленного ВМ и заканчивая подключением технических средств к ВЛ через локальный компьютер, которые были бы доступны с виртуальной среды.
Анализ показал, что существующие системы управления функциями гипервизора и материнской ОС часто не является объектно - ориентированными, а потому не позволят обеспечить регламентацию доступа на уровне владельца объекта. Часть функций ОС и гипервизора доступны только администратору системы. Это требует модернизации базовых программных средств для полной объектной привязки. Показано каким образом возможна модернизация, какие функции и в какой степени ограничения должны быть доступны для пользователя с одновременным обеспечением информационной безопасности.

Разработана пилотная модель ВЛ на основе виртуальной платформы KVM и системы управления облачными сервисами NEBULA. Использованные программные продукты являются свободно распространяемые, что соответствует общей стратегии, принятой в системе науки и образования Украины. Пилотная система внедрена в сети УРАН для образования и науки в дата-центре УРАН и предлагает услуги для университетов.