Laborarbeit profitiert von langfristigem Virtualisierungsprojekt

Um den Anforderungen aus der Lehre besser gerecht zu werden, virtualisierte die Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt ihre Systeme. Dank umsichtiger Planung lassen sich diese künftig schrittweise ergänzen und das zu geringen Gesamtkosten. So verfügt die Bildungseinrichtung immer über genau die IT-Ressourcen, die sie benötigt.

Wer an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt (FHWS) studiert, setzt das erworbene theoretische Wissen in der Laborarbeit direkt praktisch um. So lernen angehende Ingenieure etwa Simulations- und Entwicklungssoftware kennen, Betriebswirte arbeiten mit ERP- Systemen und Kommunikationsdesigner sammeln Erfahrungen mit graphischer Gestaltungssoftware. Mit zahlreichen Projekten werden hier die hochschuleigenen Labore und PC-Pools vorrangig für die allgemeine Wissensvermittlung in den Lehrveranstaltungen genutzt. Der forschungsspezifische Einsatz folgt erst an zweiter Stelle. Im Unterschied zu Wirtschaftsunternehmen tauchen dabei täglich neue Hardware-Anforderungen auf. Denn sowohl für die Ingenieurs- als auch für die betriebs- und sozialwissenschaftlichen Studiengänge gilt es, möglichst viele Industrieanwendungen unterschiedlicher Branchen für die Lehre abzubilden.

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Täglich neue Anforderungen an die IT-Landschaft

So steht die FHWS permanent vor der Herausforderung, den Laboren für ihre neuen Projekte die passende Hard- und Software zur Verfügung zu stellen. So schnell wie sich die Anforderungen an die Infrastruktur ändern, kann die IT-Leitung mit fest installierten Servern jedoch kaum reagieren. Daher überlegte das IT-Team der FHWS, wie sich die Infrastruktur für Studierende, Lehrende und Mitarbeiter attraktiver gestalten lässt, um der hohen Dynamik besser gerecht zu werden. Zudem galt es, sich besser auf die sehr verschiedenen Anwender aus Labor-, Forschungs- und Studienbetrieb sowie der Verwaltung einzustellen.

Denn neben den sich wandelnden Anforderungen wechseln auch die Nutzer regelmäßig. So greifen an den zehn Fakultäten durchschnittlich fast 200 Professoren, rund 400 Angestellte sowie etwa 7.800 Studierende auf die IT-Landschaft zu. Von diesen kommen jedes Jahr rund 2.000 neue User dazu – und etwa genau so viele fallen wieder weg. Hinzu kommt, dass viele Lehrbeauftragte nur für ein Semester einen schnellen Zugang benötigen. Daher war für die Fachhochschule eine dynamischere Infrastruktur wichtig. Die zweite große Herausforderung besteht in den verteilten Standorten der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt. Folglich standen auch die Server an mehreren Orten. Daher war es schwierig, die Geräte richtig zu kühlen, überall genügend Platz bereitzustellen sowie den Zutritt zu kontrollieren.

Langfristige Ziele setzen

Um all diesen Herausforderungen gerecht zu werden, plante das IT-Team der FHWS, zunächst die heterogene Landschaft zu konsolidieren und zu vereinheitlichen. Eine große durchgängige Lösung hätte dabei jedoch hohe Kosten und komplexe Strukturen zur Folge gehabt, da diese nicht immer zu 100 Prozent ausgelastet gewesen wäre. Daher sollte mit einer „sanften“ Migration über mehrere Jahre schrittweise der Großteil der Systeme virtualisiert werden. Zunächst ging es darum, die ersten Schritte zu definieren.

Finanziert werden sollte die neue Systemlandschaft hauptsächlich mit fakultätseigenen Mitteln, daher war bei der folgenden Ausschreibung des Projekts das Preis-Leistungs-Verhältnis der Anbieter und Dienstleister entscheidend. Prof. Robert Grebner von der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt: „Den Zuschlag erhielt die circular Informationssysteme GmbH, die uns das beste Angebot machte und uns auch schon bei früheren Projekten kompetent unterstützt hat.“ Von Dezember 2006 bis Mai 2007 plante und konzipierte das Projektteam die stufenweise erfolgende Virtualisierung und wählte die passenden Produkte aus. Nach insgesamt knapp einem Jahr wurden die ersten Systeme – bei einer anfänglichen Konfiguration von 24 Cores, 176  GB RAM und 19 TB Storage – in Betrieb genommen. In dieser Zeit ging es darum, die Basis für eine erweiterbare virtualisierte IT-Landschaft zu schaffen sowie verschiedene Anpassungen bis hin zum Betriebssystem vorzunehmen. Daher unterstützte der Projektpartner die Fachhochschule in jeder Phase des Projekts.

Die IT-Landschaft kontinuierlich ausbauen

Der Partner konsolidierte zunächst die dutzenden Server, von denen jeder einen eigenen Storage benötigte, an einem Ort. Das war die Voraussetzung, um sie später zu virtualisieren. Sechs Hosts in ESX-Clustern ersetzten die ehemals heterogene Software von Digital und Compaq. Auch die alten und über die Standorte der Hochschule verteilten Storage-Lösungen von IBM in Schweinfurt und Würzburg eigneten sich nicht für die Virtualisierung: Da die Hardware nicht kompatibel war, hätte sich kein entsprechendes Cluster aufbauen lassen. So rüstete das Projektteam die Cluster auf SUN-Hardware um und schloss im November 2007 die eigentliche Implementierung ab.

In den folgenden Jahren baute das Team die Systemlandschaft konstant nach den Anforderungen der FH aus. Zuletzt wurden bis Winter 2010 weitere 212 Cores, 1200 GB RAM und 64 TB Storage ergänzt. Bislang kaufte die Fachhochschule immer 2-Sockel-Maschinen dazu und rüstete diese dann schrittweise auf bis 12 Cores mit 6-Core-Prozessoren auf. Da nun die Dualcore- durch Quadcore-CPU ersetzt wurden, ließen sich Cores und Speicher verdoppeln – ohne die Hardware aufzustocken. Dies hatte neben der Flexibilität auch den Vorteil, dass immer die neuste Modellreihe für 2-Sockel-Maschinen zugekauft werden konnte. 2010 erwarb die FH zusätzlich erstmals auch 8-Sockel-Maschinen mit 48 Kernen, um einen größeren Bedarf abzudecken. Damit verfügt die FH über die SUN-Server X4200, X4200M2 und X4240: Alle 16 SUN-Server für ESX-Cluster befinden sich in Würzburg, ebenso ein Server für Infrastruktur-Clients. Weitere fünf Blade-Server stehen in Schweinfurt. Mit dieser minimalen Infrastruktur betreibt die Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt heute bereits 596 virtuelle Maschinen mit VSphere 4.1.


Step by Step: Ein langfristiges Projekt in Zahlen

  • Konfiguration: 24 Cores; 176 GByte RAM; 19 TByte Storage
  • Konzeptionsphase (Dezember 2006 bis Januar 2007)
  • Auswahlphase (Februar 2007 bis Mai 2007)
  • Beschaffungsphase (Juni 2007 bis September 2007)
  • Implementierungsphase (Oktober 2007 bis November 2007)
  • Erweiterungen 2008: 96 Cores; 608 GByte RAM; 42 TByte
  • Erweiterungen 2009: 28 Cores; 256 GByte RAM; 12 TByte
  • Erweiterungen Frühjahr 2010: 42 Cores; 344 GByte RAM;
  • Erweiterungen Winter 2010: 212 Cores, 1200 GB RAM und 64 TByte Storage


 

Live-Migration und Redundanzkonzept: schnell, sicher, zuverlässig

Mit den virtualisierten Systemen ist die benötigte Leistung sehr schnell abrufbar: In wenigen Minuten lassen sich die Server klonen, konfigurieren und zur Verfügung stellen. Später wieder benötigte Images können schnell gesichert, nicht weiter benötigte sofort gelöscht werden. Somit schaltet das IT-Team nach Bedarf die Server an und aus. Zudem sind jetzt alle Server zentralisiert und über die ESX-Cluster verbunden: Sollte eine Hardwarekomponente ausfallen, springt die andere ein. Das geschieht ohne spürbare Unterbrechung für den Nutzer, da das Betriebssystem sofort wieder hochfährt. Zudem lassen sich Gastserver während des laufenden Betriebs auf andere Systeme migrieren, etwa bei Wartungsarbeiten oder wenn der Hauptspeicher aufgerüstet werden soll. Das Konzept ist so aufgebaut, dass auf jedem Hardware-Element ein oder zwei Komponenten ausfallen dürfen – ohne eine Betriebsunterbrechung.

Wichtig ist für die Fachhochschule, das Rechenzentrum sehr gut zu schützen. Das gelingt mittels Zugangskontrollen sowie der Remote-Wartung. „Unsere IT-Landschaft ist jetzt auf dem neuesten Stand: durch das Zusammenspiel aus den Produkten, dem professionellen Betrieb sowie den Dienstleistungen des Partners, der über die Implementierung hinaus die Systeme pflegt und wartet sowie alle Updates durchführt“, so Robert Grebner. Nun verfügt die FH über einen Ansprechpartner, der bei allen Fragen schnell hilft. Denn durch die Virtualisierung arbeitet der Dienstleister ortsunabhängig und greift von überall schnell auf die Server zu. Auch mit dem bestehenden Team kann die IT-Abteilung damit jederzeit auf fundiertes Wissen zurückgreifen und Beschaffungsprozesse kostengünstig gestalten. Dass Mitarbeiter nun selbst Hand an der Hardware anlegen müssen, gehören weitgehend der Vergangenheit an. Stattdessen ist durch ein homogenes Cluster ein Rechtesystem für mehrere Administratoren implementiert, durch das diese sich gegenseitig unterstützen können.

Lehrbetrieb unterstützen und Kosten sparen

Mit der Virtualisierung unterstützt die Bildungseinrichtung nicht nur die IT-Mitarbeiter, sondern verschafft sich einen Wettbewerbsvorteil: Technisch lassen sich CPU, RAM und Storage sehr einfach erweitern. Fachlich erhalten die Labore schnell die benötigten Dienste und können damit mehr und komplexere Arbeiten durchführen. Davon profitieren Studierende und Lehrende gleichermaßen. Sie können jetzt von Würzburg, Schweinfurt, dem Home-Office oder jedem beliebigen Standort auf die virtuellen Maschinen zugreifen. Höchste Verfügbarkeit ist dabei durch die mehrfache Redundanz sichergestellt. Zudem sind die Systeme wesentlich besser ausgelastet und der Energieverbrauch gesenkt. Damit steht schon jetzt fest, dass die Hochschule durch das umfassende Virtualisierungsprojekt erheblich Kosten spart. Eine exakte ROI-Berechnung nimmt die FH derzeit noch vor, doch mit den neuen Thin Clients und Ultra Thin Clients lassen sich alleine durch die Abschreibung der Geräte im Jahr rund 10.000 Euro sowie etwa 5.000 Euro an Stromkosten einsparen.

Nächste Schritte bereits geplant

Die Virtualisierung an der Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt geht mit zusätzlichen virtualisierten Rechnern für die Verwaltung und Labore sowie dem vollständigen Ausbau aller Systeme weiter. Damit ist es dann möglich, je eine eigene virtuelle Maschine pro Person bereit zu stellen. Das hatten die Studierenden der Informatik und Wirtschaftsinformatik angeregt. Über die nächsten Jahre soll dies stetig weiter geschehen. Robert Grebner: „In etwa fünf bis zehn Jahren wollen wir versuchen, auch grafische Softwareanwendungen auf virtuelle Maschinen zu bringen. Derzeit verwenden wir in diesem Bereich noch leistungsfähige Grafikworkstations am Arbeitsplatz. Zudem planen wir, auch unsere Desktops in der Verwaltung zu virtualisieren, um noch mehr Kosten zu sparen.“

www.circular.de

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