Gewerbeschule G18

Ausführliche Referenz

Die Gewerbeschule G18 ist Teil eines großen Berufsschulkomplexes im Hamburger Stadtteil Wilhelmsburg. Die täglich etwa 1.000 Schülerinnen und Schüler werden dort in zahlreichen Ausbildungsgängen mit technischem Schwerpunkt geschult. In 45 bis 50 Klassen erfolgt auch eine vollqualifizierende IT-Erstausbildung, etwa zum IT-Fachinformatiker. Aus einer solchen Einrichtung ist eine moderne, leistungsfähige IT-Infrastruktur nicht wegzudenken.

Doch gerade hier tut sich ein Problem auf. Um mit dem rasanten Fortschritt bei Hard- und Software Schritt halten zu können, sind enorme finanzielle Aufwände nötig. An der G18 sind über 20 Labore mit jeweils bis zu 30 Rechnern vorhanden, die alle funktionsfähig und in Stand gehalten werden wollen. In Zeiten immer knapper werdender Bildungsmittel keine leichte Aufgabe. Hinzu kommt, dass die Anforderungen an die IT-Systeme in Schulen höher sind, als in den meisten mittleren Betrieben. Am Anfang und am Ende jeder Unterrichtseinheit starten und beenden sämtliche Schüler ihre Arbeit am PC gleichzeitig. So entstehen alle 90 Minuten beachtliche Belastungsspitzen.

Aber auch die speziellen Ausbildungssituationen für IT-Berufe sind problematisch. Die Schüler müssen PCs einrichten oder Netzwerke aufbauen und administrieren. Die bestehende Lösung setzt hier auf Wechselfestplatten in IDE-Rahmen und nur vereinzelt auf virtuelle Maschinen. Edgar Landsiedel, Abteilungsleiter an der staatlichen Gewerbeschule, zog bereits vor einiger Zeit eine komplett neue Lösung in Betracht. Statt wie bisher auf Fat Clients mit Wechselplatten zu setzen oder, wie Kollegen an anderen Schulen, einen Terminal Server mit Thin Clients einzusetzen, sah Landsiedel die vollständige Virtualisierung aller Arbeitsplätze als Option, um die Infrastruktur flexibel und trotzdem kostengünstig zu halten. Dabei kommt VMware ESX 3.5 zum Einsatz. Mit der Software wird jeder einzelne Rechner komplett als Virtuelle Maschine (VM) auf dem Server betrieben. Der Bedarf an Arbeits- und Festplattenspeicher wird beim Einrichten der VM individuell festgelegt und erst dann bereit gestellt, wenn der virtuelle Rechner in Betrieb geht.

Für Schüler und Lehrer ergeben sich vielfältige Möglichkeiten. Leere Rechner können erzeugt und eingerichtet werden, aber auch fertige Installationen sind möglich und direkt nutzbar. „Die Möglichkeiten, die sich daraus gerade in der Schule ergeben, sind enorm“, erklärt Landsiedel. „Aus methodischer, didaktischer Sicht ist der Nutzen für Lehrer und auch Schüler sehr hoch. Mit virtuellen Maschinen lassen sich zahlreiche Berufssituationen, etwa das Einrichten und Verwalten ganzer Netzwerke, schon während der Ausbildung wesentlich einfacher darstellen, als mit physischen Rechnern.“ Auch Erweiterungen sind wesentlich einfacher vorzunehmen. Wollte man bisher das System aufstocken, dann musste sowohl am Server als auch an den einzelnen Fat Client PCs Hardware ausgetauscht werden. Will man bei einer komplett virtuellen Lösung mehr Arbeitsspeicher oder einen leistungsfähigeren Prozessor einsetzen, dann sind die nötigen Arbeiten nur noch am zentralen Server nötig. „Die Ära der Wechselfestplatten für Ausbildungszwecke oder zur Datensicherung geht damit definitiv zu Ende“, freut sich Wolfgang Wündsch, Geschäftsführer des Projektpartners TargoSoft IT-Systemhaus GmbH. „Die lästige ‚Turnschuh-Administration‘, die bisher nötig war, gehört endlich der Vergangenheit an, weil alle Daten zentral auf einem Server liegen.“Die virtuelle IT-Landschaft setzt aber, soll sie tatsächlich Vorteile bringen, einen kompetenten und erfahrenen Systempartner zur Projektbegleitung voraus. So wurde für die gemeinsame Konzeption und Implementierung dieser anspruchsvollen VM-Lösung die Hamburger TargoSoft IT-Systemhaus GmbH beauftragt.

Die laufwerks- und lüfterlosen Geräte benötigen bei der Produktion weniger Werkstoffe und Energie. Laut einer Erhebung des Umweltbundesamts von Anfang 2008 würde die Umstellung eines Drittels der deutschen PCs auf Thin Clients pro Jahr eine Million Tonnen CO2 und rund 100.000 Tonnen Material sparen, speziell Metalle und Kunststoffe. „Außerdem ist die Stromreduktion signifikant“, meint Schreiner. Während des Betriebs verbraucht der Thin Client weniger als 20 Watt, ein PC dagegen – je nach Anschaffungszeitpunkt und Ausstattung – zwischen 150 und 400 Watt.

Zur ökologischen Nachhaltigkeit und Kostenreduktion tragen zudem die längeren Be - triebs zeiten bei, da die robusten Geräte nicht vom Stand der Prozessor- und Speichertechnologie abhängen. „Wir nutzen die Sun Rays, bissie nicht mehr funktionieren“, berichtet Schreiner. Die Arbeitsstationen verrichten im Schnitt viermal länger als ein PC ihre Dienste. Sollte wider Erwarten doch einmal ein Gerät ausfallen, so wird es ohne Konfigurationsaufwand ausgetauscht und der Arbeitsplatz ist sofort wieder einsatzbereit. In der Universitätsbibliothek war dies seit Einführung der Lösung erst einmal der Fall.

Der Spezialist für VMware- und Sun basierte Lösungen stellte das Konzept auf einem Livesystemen in einem Workshop dem Arbeitskreis-Netzwerke in Schulen der Hamburger Berufschulen (AK-NIS) vor und war danach für die fristgerechte Realisierung maßgeblich mitverantwortlich. In gemeinsamen Projektgesprächen kam man schnell zu dem Ergebnis, dass diese Lösung einen stabilen und skalierbaren Server voraussetzt. Schließlich trägt er die gesamte Last. Um dem gerecht zu werden sollte nur qualitativ hochwertige Hardware eingesetzt werden. An der Gewerbeschule G18 fiel die Wahl für die beiden Virtualisierungs-Testläufe 2007 und 2008 auf Server und Storage Produkte von Sun Microsystems, die im Rahmen des Try&Buy Programms ohne viel Aufwand durch TargoSoft bereitgestellt wurde. 2007 kamen dabei ein Sun Fire X4600 Server mit acht Dual Core Prozessoren und 32 Gigabyte Arbeitsspeicher sowie ein Sun Storage ST2540 Array mit 12 Festplatten à 146 Gigabyte Speicherplatz im RAID5 Verbund zum Einsatz, zusätzlich war auf einem gewöhnlichen Arbeitsplatz mit Win2003-Server, zwei Gigabyte RAM und einer 160 GB Festplatte der VMware Lab Manager installiert.

Die gleiche Storage-Lösung, allerdings ein Sun Fire X4600 M2 Server mit acht AMD Optereon Quad Core Prozessoren und 64 Gigabyte RAM waren dann 2008 die Hardwarebasis für den zweiten Versuchsaufbau. Diesmal fiel auch der physische Anmeldeund Verwaltungsserver weg und wurde unter Einsatz von VMware Lab Manager 3.0 Beta virtuell realisiert. Um auf einen Arbeitsplatz zuzugreifen, müssen die Schüler lediglich eine Lab Manager Adresse in den herkömmlichen Web-Browser eingeben. Das ist von verschiedenen Clients, Laptops oder sogar von einem Internet-Anschluss zu Hause möglich. Die Ergebnisse der Tests, die an der Gewerbeschule durchgeführt wurden, sind erfreulich. So konnten wichtige Erkenntnisse über Auslastung und Anforderungen an das System gewonnen werden. „Bei unserem Test 2008 mit 15 Schülern und einem Lehrer in einer Klasse wurden über 60 virtuelle Maschinen genutzt. Obwohl die eingesetzten 64 GB RAM bis zum Limit ausgereizt wurden, traten in dieser Konstellation keinerlei Probleme auf“, freut sich Landsiedel. „Eine Klasse mit 24 bis 28 Schülern benötigt nach unseren Erkenntnissen für den fortgeschrittenen Betriebssystemunterricht einen ESX Server mit 32 Kernen, 120 virtuellen Maschinen und 128 bis 256 GB RAM, wenn jeder Schüler ein eigenes kleines Netzwerk einrichten soll.“ Momentan sind die Kosten für eine solche Lösung trotz allem noch beträchtlich. Landsiedel hat dennoch Hoffnung, dass aus einem Testlauf bald mehr werden könnte. „Laut Moores Gesetz verdoppelt sich alle 18 Monate die Leistung der aktuellen Prozessorgeneration, begleitet von entsprechendem Preisverfall bei der Hardware. Damit sind ESX Server-Systeme auch für Schulen demnächst bezahlbar.“