CC BY
11
Методы организации вычислительных ресурсов и их использование в процессе обучения информатиков
Д.В. Дюгуров1, В.Н. Пишков2, В.И. Родионов1
ГОУВПО «Удмуртский государственный университет»1, г.Ижевск
НИИ «Высоких технологий»2, г.Ижевск e-mail: dugurov@gmail.com, niivt@udm.ru, rodionov@uni.udm.ru
Характеристикой качества деятельности любого современного высшего учебного заведения является уровень подготовленных специалистов. Этот уровень напрямую зависит от квалификации профессорско-преподавательского состава, технической обеспеченности и сложности задач, решаемых научными группами ВУЗа в рамках учебного процесса. Максимального образовательного эффекта, по мнению авторов, можно достичь в том случае, если академические задачи связаны с реальным производством, и для их решения используются новейшие высокотехнологичные инновационные инструменты.
Опираясь на изложенный выше принцип, Удмуртский государственный университет осуществляет успешную подготовку специалистов -информатиков на протяжении двадцати лет. В последние годы такая подготовка проходит на базе факультета информационных технологий и вычислительной техники (под руководством декана Родионова В.И.) и научно-исследовательского института «Высоких технологий» (под руководством директора Пишкова В.Н). Указанными структурными подразделениями решаются следующие классы задач:
84. вычислительные: матричное исчисление с использованием распре-
деленных кластерных технологий, вычисление различных параметров систем кристаллических расплавов;
85. графические: создание, обработка и хранение высокополигональных динамических 3D сцен со сверхвысоким разрешением (максимально возможное разрешение фрейма 700 Mpix).
Заказчиком проектов выступают такие государственные организации как: РОСКОСМОС, Министерство обороны РФ, ЦНИИ Машиностроения и другие.
На факультете под руководством ведущих специалистов созданы рабочие группы, в состав которых обязательно входят студенты, аспиранты и молодые ученые университета. Это дает возможность организовать процесс обучения в рамках реального производства.
В качестве инструментов решения указанных задач коллективами используются вычислительные мощности факультета, состоящие из
корпоративной вычислительной сети на основе доменов, аппаратных вычислительных кластеров и специализированной распределенной многопроцессорной графической кластерной сети НИИ. Способы организации и управления графическим кластером являются ноу-хау НИИ «Высоких технологий». В таблице 1 приведены данные по времени рендеринга соответствующих сцен на графическом кластере компании IBM. Необходимо отметить, что графический кластер НИИ «Высоких технологий» уступает в производительности указанному аналогу на 10%, а стоит в десять раз дешевле.
Таблица 1. Время рендеринга сцен
№ п/п Кол-во полигонов в сцене, шт. Хронометраж сцены, мин., разрешение сцены 4000 х 3000 pix Время рендеринга, без установки параметров среды, рассеяния света, рефракции, фона, рефлексии, многократного отражения и т.д., час
1 1 000 000 30 67,5
2 5 000 000 30 332,7
3 10 000 000 30 599
Прочие вычислительные ресурсы организованы в домен на основе классовой маршрутизации. Домен состоит из нескольких унифицировано настроенных поддоменов, схема одного их которых приведена на рисунке 1.
Поддомены факультетской сети по направленности можно разделить на два вида: академические и вычислительные. Вычислительные поддомены управляются Microsoft Windows Server 2003 R2, в качестве соединения узлов используется витая пара, клиентские узлы управляются Microsoft Windows XP SP3. Академические поддомены управляются Windows Server 2008, в качестве соединения узлов используется Wi-Fi, клиентские узлы управляются Windows 7 Ultimate. Такая организация вычислительных ресурсов позволяет, при небольшой модификации активного каталога, эффективно распределять вычислительные задачи между простаивающими сетевыми узлами, организовывать удаленные сеансы разработчиков с возможностью удаленного контроля и помощи научного руководителя, а также дает возможность студентам увидеть и опробовать последние технологические новинки в области организации корпоративных сетей.
(маршрутизатор и брандмауэр)
Рис.1. Схема поддомена вычислительной сети факультета.
В настоящий момент на факультете реализована концепция вычислительной сети с открытой инфраструктурой. Причем «открытость» состоит в том, что студенты, обучающиеся или обучавшиеся в университете, могут использовать сеть для решения любых прикладных задач, им известно как организована сеть, какие используются программные продукты и аппаратные средства. Вместе с тем, часть данной сети используется в учебном процессе как техническое средство обучения. Существенным обстоятельством здесь является то, что «открытость» не является угрозой безопасности сети в целом. В большинстве существующих сетей конфиденциальность информации о механизме работы сети, используемых протоколах, портах, методах аутентификации является неотъемлемой частью системы безопасности сети. Рассекречивание данной информации сопоставимо с рассекречиванием пароля старшего системного администратора, а речь о том, чтобы дать информацию о
структуре факультетской сети студентам вообще не ведется. В нашем случае на этапе первоначального функционирования сети с открытой инфраструктурой ее безопасность обеспечивают встроенные стойкие алгоритмы шифрования и аутентификации. В дальнейшем в систему безопасности можно вносить коррективы, используя предложения пользователей, обнаруживших в ней «узкие места». В этом механизме учтена и психологическая сторона вопроса, - никому из пользователей не захочется портить или оставлять уязвимым инструмент, который он использует в работе.
Наличие описанных инструментов, реальных производственных задач, решаемых в рамках академического процесса обучения под руководством высококвалифицированных специалистов, дают возможность студентам-информатикам получать опыт проектной разработки, осваивать новые технологии и быть конкурентоспособными на рынке труда.
Литература
1. Антонов В.П., Богомолов В.П., Вольнов И.А., Стельмах В.А. Моделирование процессов сборки на околоземной орбите ферменных каркасов// Первая международная конференция «Трехмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Кластерные технологии моделирования» / УдГУ. - Ижевск, 2009. - Т. 1. - С. 39 - 57. http://conf3d.udsu.ru/2008/images/stories/files/tom1.pdf
2. Антонов В.П., Богомолов В.П., Вятчанин А.С., Пишков В.Н., Стельмах В.А. Особенности создания моделей и анимационных тренажеров для многоцелевого лабораторного модуля и манипуляторов типа «ERA» и «СТРЕЛА» // Первая международная конференция «Трехмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Кластерные технологии моделирования» / УдГУ. - Ижевск, 2009. - Т. 1. - С. 12 - 21. http://conf3d.udsu.ru/2008/images/stories/files/tom1.pdf
3. Дюгуров Д.В., Родионов В.И., Родионова А.Г. Параллельное образование: опыт, реалии, цели. // Тр. 13 Всероссийской научно-методической конференции «Телематика-2006» / СПб, 2006. - Том 1. - С. 57 - 58.
4. Дюгуров Д.В. Принципы построения университетской сети с открытой инфраструктурой // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2009. № 6 (69). -С. 64 - 68.
5. Дюгуров Д.В. Сети с открытой инфраструктурой: безопасный инструмент обучения и производства // Сборник докладов 6 международной научно-методической конференции «НОТВ» / Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008. - С. 27 - 32.
6. Непейвода Н.Н. Сообщество открытого софта как реализация принципов анархизма // Тр. Первой конференции свободного программного обеспечения в высшей школе. - Переславль Залесский, 2006. - С. 19-20.
