Интерактивные виртуальные лаборатории в обучении студентов специальности ИСТ
*****@***ru
dima. *****@***com
ФБГОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ), г. Волгоград
Аннотация
Предлагается платформа для создания и управления виртуальными лабораториями, использующая в качестве входных данных форматы стандартного программного обеспечения. Она может быть адаптирована для большинства задач, связанных с изучением системного администрирования, архитектуры операционных систем, а также иных обучающих курсов, позволяющих алгоритмизировать выполнение лабораторных работ.
В настоящее время авторами успешно освоена и используется технология виртуальных лабораторий в обучении студентов различным специальным навыкам, связанным с геоинформационными технологиями и администрированием информационных систем. В настоящее время актуальной представляется задача дальнейшего развития указанной технологии в целях получения возможности, с одной стороны, автоматизированного (в дальнейшем - полностью автоматического) контроля выполнения лабораторных работ, а с другой – дополнения этих работ визуализацией прогресса выполнения и вывода необходимых подсказок при неправильных действиях студентов.
В настоящее время контроль выполнения является полностью ручным (студенты задают вопросы и получают устные подсказки во время выполнения), а результат выполнения фиксируется в виде снимков экрана (скриншотов) для их последующего анализа преподавателем и предоставлении отчетности по лабораторным работам на кафедру.
Это создает проблемы, во-первых, с большим количеством ручных операций, а во-вторых, что существенно важнее – c интеграцией виртуальных лабораторий с системой дистанционного обучения (в нашем вузе используется MOODLE).
На первом этапе планируется автоматизировать контроль выполнения лабораторных работа по курсу «Администрирование операционных систем», поскольку они удобно алгоритмизируются и имеется обширная, качественная документация по управлению параметрами Windows.
В целом, архитектура платформы для создания интерактивных учебных курсов на базе ОС Windows Server с установленными службами терминального доступа представляется следующим образом: устанавливается приложение типа «служба», работающее в фоновом режиме и предоставляющее возможности создания сценариев выполнения лабораторной работы. За основу языка таких сценариев представляется разумным взять язык описания желаемой конфигурации одной из систем управления серверами. На первом этапе планирования мы рассматривали в качестве основы Desired State Configuration, как изначально предназначенный для указанной платформы, однако отказались от его использования по причине привязки к платформе, а также из-за отсутствия возможности изменения исходного кода (что весьма вероятно потребуется при доработке системы для других целей, связанных в нашем случае с обучением и добавлением интерактивности в этот процесс). По указанной причине мы были вынуждены рассматривать системы с открытым исходным кодом, а именно – четыре основные из них, то есть Puppet, Chef, Ansible, Salt. Наиболее широко используемым (в среде системных администраторов – знакомых авторов) является Puppet. Также рассматривалась система Ansible, поскольку она написана на Python, что, по-идее, должно обеспечить более простую интеграцию в будущем с курсом работ по геоинформационным системам, основанным на QGIS. В результате, из-за слабой поддержки Windows в Ansible было решено остановить выбор на Puppet (хотя и написан он на Ruby и экзотическом языке Erlang).
Таким образом, желаемый результат выполнения работы (сводящейся, в конечном счете, к изменению параметров системы и/или созданию и удалению ее объектов), описывается в виде набора «рецептов» на встроенном языке Puppet, то есть текстовых файлов, описывающих подлежащие изменению параметры и, при необходимости, некие дополнительные действия и условия их выполнения.
Кроме описания самих задач, нам необходимо контролировать результат их выполнения. Очевидно, что в Windows наиболее подходящим инструментом сбора информации будет Windows Management Instrumentation (WMI). Однако, имея опыт работы с этой платформой, авторы могут заметить, что ее использование достаточно трудоемко, особенно в плане первичного освоения. Поэтому, для упрощения разработки интерактивных курсов (и в целях возможного будущего расширения используемых платформ) нами было принято решение использовать дополнительное программное обеспечение для контроля успеха выполнения заданных сценарием (рецептом) операций. В качестве такой надстройки была выбрана система Opsview (более очевидное применение в этих целях продуктов семейства System Center производства Microsoft не рассматривалось по лицензионным причинам, и из-за отсутствия возможности модификации их исходного кода).
Задача, для решения которой пока не выбран инструмент – текущей контроль выполнения работ и реализация интерактивных подсказок. Представляется, что возможно использовать некую специальную службу, опрашивающую систему по WMI и реализующую взаимодействие с пользовательским интерфейсом (например, через Windows Forms библиотеки. NET).
Таким образом, предлагается платформа для создания и управления виртуальными лабораториями, использующая в качестве подсистем стандартное программное обеспечение. Она может быть адаптирована для большинства задач, связанных с изучением системного администрирования, архитектуры операционных систем и (в некоторой степени) информационной безопасности, а также иных обучающих курсов, позволяющих алгоритмизировать выполнение лабораторных работ. В настоящее время проект находится в стадии завершения подробного технического задания на систему. В ближайшее время планируется создание технического проекта на прототип системы, реализующий автоматический выходной контроль.
Литература
Prieto-Blazquez J., Arnedo-Moreno J., Herrera-Joancomarti J. An integrated structure for a virtual networking laboratory //Industrial Electronics, IEEE Transactions on. – 2008. – Т. 55. – №. 6. – С. 2334-2342. , Использование свободного программного обеспечения для внесения открытых данных в систему экологического мониторинга Волгоградской области. В сборнике: Природные опасности: связь науки и практики Материалы II Международной научно-практической конференции. Ответственный редактор: . 2015. С. 347-350. Dinita R. I. et al. A cloud-based virtual computing laboratory for teaching computer networks //Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM), 2012 13th International Conference on. – IEEE, 2012. – С. 1314-1318.