CC BY
27
§
<0 О <0 го
о
с:
УДК 343.83 ББК 67.409.022 Ф75
Аннотация: в статье рассмотрены особенности использованиятехнологии виртуальных машин при преподавании информатики и информационных технологийв высших учебных заведениях ФСИН России, показано современное состояние уровня развития технологии виртуальныхмашин.
Ключевые слова: уголовно-исполнительнаясис-тема, виртуальная машина, виртуализация.
РОМАН ВИКТОРОВИЧ ФОКИН*
R.V. FOKIN*
VIRTUAL MACHINES UNDER COMPUTER AND INFORMATION TECHNOLOGY TRAINING AT THE HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS OF THE FEDERAL PENAL SERVICE OF RUSSIA
Annotation: the article deals with virtual machines under computer and information technology training at the higher educational institutions of the Federal Penal Service of Russia. The author underlines the modern development of technology of virtual machines.
Key words: penal system, virtual machines, virtualization.
Эффективное функционирование уголовно-исполнительной системы невозможно без высококвалифицированных кадров. В условиях реализации Концепции развития уголовно-исполнительной системы Российской Федерации до 2020 года существенно повышаются требования к подготовке сотрудников ФСИН России, в том числе в области информационных технологий.
Использование технологий виртуализации является одним из перспективных направлений современного этапа развития информационных технологий. Актуальным представляется использование технологии виртуальных машин в образовательном процессе при преподавании информатики и информационных технологий. Достоинства такого подхода неоспоримы - каждый слушатель получает полный доступ к виртуальной компьютерной системе без риска нанести ущерб реальному оборудованию.
Понятие виртуальных машин появилось в конце 60-х годов ХХ века, однако применялись они только на больших ЭВМ. В последние годы идет новый виток развития технологии виртуальных машин. В их основе лежит концепция виртуализации, которая охватывает разные уровни - аппаратное и программное обеспечение компьютерной системы1.
Виртуализация - процесс представления набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, который дает какие-либо преимущества перед оригинальной конфигурацией. Это новый виртуальный взгляд на ресурсы, не ограниченные реализацией, географическим положением или физической конфигурацией составных частей. Обычно виртуализированные ресурсы включают в себя вычислительные мощности и хранилище данных2.
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНЫХ МАШИН ПРИ ОБУЧЕНИИ КУРСАНТОВ И СЛУШАТЕЛЕЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ФСИН РОССИИ ИНФОРМАТИКЕ И ИНФОРМАЦИОННЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
* Кандидат технических наук доцент кафедры математики и информационных технологийуправления (Академия ФСИН России) Е-шаЛ: fokin@hotmail.ru.
Основные типы виртуализации:
1) программная виртуализация:
- динамическая трансляция;
- паравиртуализация;
2) аппаратная виртуализация.
При динамической трансляции (бинарной трансляции) проблемные команды гостевой операционной системы перехватываются гиперви-зором. После того как эти команды заменяются на безопасные, происходит возврат управления гостевой операционной системы.
Паравиртуализация - техника виртуализации, при которой гостевые операционные системы подготавливаются для исполнения в вир-туализированной среде, для чего их ядро незначительно модифицируется. Операционная система взаимодействует с программой гипер-визора, который предоставляет ей гостевой API (интерфейс программирования приложений) вместо использования напрямую таких ресурсов, как таблица страниц памяти.
Достоинства аппаратной виртуализации:
- упрощается разработка программных платформ виртуализации за счет предоставления аппаратных интерфейсов управления и поддержки виртуальных гостевых систем;
- увеличивается быстродействие платформ виртуализации;
- улучшается защищенность, появляется возможность переключения между несколькими запущенными независимыми платформами виртуализации на аппаратном уровне;
- гостевая система не привязана к архитектуре хостовой платформы и к реализации платформы виртуализации.
Виртуальная машина - это окружение, которое представляется для гостевой операционной системы как аппаратное. Однако на самом деле это программное окружение, которое эмулируется программным обеспечением хостовой системы. Эта эмуляция должна быть достаточно надежной, чтобы драйверы гостевой системы могли стабильно работать. При использовании паравиртуализации виртуальная машина не эмулирует аппаратное обеспечение, а вместо этого предлагает использовать специальное API3.
Виды виртуальных машин:
- среды языков программирования (Common Language Runtime, Forth, Java Virtual Machine, UCSD p-System);
- операционные системы и гипервизоры (система виртуальных машин, Icore virtual accounts, Kernel-based Virtual Machine, OpenVZ, Parallels Virtuozzo Containers, User-mode Linux, VDSmanager, Virtual Iron, VM/CMS, VMware ESX, Xen);
- автономные эмуляторы компьютеров (bochs, DOSBox, Microsoft Virtual PC, Parallels Workstation, QEMU, VirtualBox, VMware Fusion, VMware Workstation).
Виртуальные машины эмулируют работу реального компьютера. На виртуальном компьютере можно выполнять настройку базовой системы ввода (вывода) (BIOS), эмулировать подключение периферийных устройств, производить установку и настройку операционных систем, устанавливать программное обеспечение и осуществлять работу с ним.
Инструмент виртуальной машины представляет собой комплекс программного обеспечения, устанавливаемый на операционную систему реального компьютера. Операционная система, под управлением которой работает система виртуальных машин, называется хосто-вой. Управление виртуальными машинами в системе виртуальных машин осуществляет специальный монитор, играющий роль посредника между виртуальными машинами и реальным оборудованием компьютерной системы.
Пользователь не имеет доступа к монитору виртуальных машин, а взаимодействие с виртуальными машинами осуществляет с помощью консоли, имеющей графический интерфейс.
При работе с виртуальной машиной пользователь конфигурирует ее аппаратное обеспечение и устанавливает на нее операционную систему, которая называется гостевой. Современные системы виртуальных машин поддерживают достаточно большое количество гостевых операционных систем (обычно семейства Windows, Linux, Unix, MacOS).
Алгоритм создания виртуальной машины на компьютере
- запуск системы виртуальных машин;
- выбор типа операционной системы;
- выделение объема оперативной памяти;
- резервирование размера жесткого диска;
- выбор периферийных устройств;
- запуск созданной виртуальной машины;
- установка операционной системы4.
При создании виртуальной машины следует учитывать, что она будет потреблять аппаратные ресурсы реальной компьютерной системы, поэтому оборудование компьютерных классов должно обеспечивать возможность одновременного запуска двух операционных систем: гостевой и хостовой. Другими словами, требования, предъявляемые к аппаратным ресурсам компьютера (микропроцессору, оперативной памяти), операционной системой увеличиваются, как минимум, в два раза.
(D
а
ш
0)
о
0)
с
s
(В Особые требования предъявляются к разме-«2 рам жесткого диска, особенно в условиях многопользовательского режима работы компью-^ тера. Каждый пользователь будет создавать СО свою виртуальную машину, для которой необ-^ ходимо место.
^ Использование технологий виртуальных машин в образовательном процессе открывает широкие возможности повышения качества и наглядности практических занятий при значительной экономии аппаратных ресурсов и затрат на обслуживание компьютерных классов (экономия достигается за счет того, что на одном компьютере реализуется несколько виртуальных компьютерных систем). При этом становится возможным достижение ряда учебно-методических и дидактических задач, например, конфигурировать BIOS, устанавливать и настраивать операционные системы и про-
граммное обеспечение, выполнять дисковые операции без возможности нарушения целостности компьютерной системы; администрировать виртуальную компьютерную сеть без риска нанесения ущерба реальной компьютерной сети образовательного учреждения; переносить созданную виртуальную машину на другие компьютеры, что позволяет организовать самостоятельную работу слушателя.
Технология виртуальных машин может быть использована при изучении следующихразделов:
- операционные системы;
- программное обеспечение компьютера;
- компьютерные сети и др.
Таким образом, технология виртуальных машин является перспективным средством подготовки сотрудниковуголовно-исполнительной системы в области информатики и информационных технологий.
1 См.: Рыжова Н.И., Королева Н.Ю., Ляш О.И. Изучение основ работы с виртуальными машинами - буду щими учителями информатики // Информатикаи образование. 2008. № 8.
2 См.: Виртуализация: материал из Википедии - свободной энциклопедии [Электронный ресурс]. URL: http://ru.wikipedia.org.
3 См.: Там же.
4 См.: ГультяевА. Виртуальные машины - несколькокомпьютеровв одном. СПб., 2006.
