CC BY
38
Операционная система в техническом университете: проблема выбора
Е.Р. Алексеев, Донецкий национальный технический университет,
доцент, EAlekseev@gmail.com; В.Н. Павлыш, Донецкий национальный технический университет,
зав. кафедрой, pavlyshvn@mail.ru; О.В. Чеснокова Донецкий национальный технический университет,
старший преподаватель, chesn_o@list.ru.
Традиционно на большинстве компьютеров в университетах СНГ используются операционные системы (ОС) производства компании Microsoft. Операционные системы семейства Windows установлены на большинстве компьютеров преподавателей, ученых, администрации университетов, эта же ОС преобладает в учебных аудиториях.
Реальной альтернативой MS Windows являются современные свободные дистрибутивы unix-подобных операционных систем (Debian, Ubuntu, ALT Linux, Mandriva и др.).
Попробуем провести объективный сравнительный анализ операционных систем семейства Windows (XP, Seven) и современных дистрибутивов Linux применительно к вузовским условиям, рассмотреть их преимущества и недостатки.
Среди преимуществ операционной системы Windows обычно отмечают:
1. Интуитивно понятный интерфейс.
2. Несложность освоения работы на ПК рядовым пользователем.
3. Простоту установки, настройки на индивидуальном компьютере пользователя.
4. Огромное количество программ.
5. Большое количество книг и методической литературы, написанных для программного обеспечения, разработанного для ОС Windows.
О недостатках современных систем семейства Windows говорят меньше, отмечая только подверженность их вирусным атакам.
Когда говорят о современных дистрибутивах семейства Linux, то профессионалы выделяют два больших преимущества по сравнению с Windows. Это - стабильность и защищенность.
В данной работе авторы попытались дать объективный анализ современных операционных систем для персональных компьютеров.
Начнем с интерфейса. Графический интерфейс Windows XP стал де -факто стандартом для персональных компьютеров. Однако, пользовате-
ли Windows просто не знают, что свободные графические среды рабочих столов (Gnome, KDE, LXDE, XFCE) в Unix-подобных операционных системах, не менее удобны. По возможностям KDE, Gnome, на взгляд авторов, превосходят и Windows XP, и Windows Seven. Современные лёгкие графические среды LXDE, XFCE мало в чём уступают графическому интерфейсу Windows XP. Именно на базе LXDE, XFCE собираются самые современные дистрибутивы Linux для слабых компьютеров: SLinux (http://slinux.ru), Xubuntu (http://xubuntu.org), Lubuntu (http://lubuntu.net). Крупные дистрибутивы семейства Linux разрабатываются таким образом, чтобы пользователь мог пользоваться любой графической средой.
Освоение графического интерфейса операционных систем семейства Linux не занимает больше времени, чем освоение Windows. Более глубокое освоение любой операционной системы требует значительного времени и сил.
Установка современных дистрибутивов Linux намного проще, чем установка Windows XP. Настройка графического интерфейса ОС семейства Linux для индивидуального пользователя также не сложнее, чем в Windows.
Одно из самых глубоких заблуждений современного пользователя Windows - «для Linux мало программ». Репозиторий современного дистрибутива Linux занимает десятки гигабайт архивов. Устанавливается любая программа одним щелчком мыши. Программ для Linux не просто много, их очень много. Просто они другие. Не следует забывать и то факт, что есть большое количество кроссплатформенных приложений, которые работают в различных ОС. Серьезные прикладные программы (например, Matlab, Maple, Mathematica и др.) разрабатываются сразу для различных платформ.
Действительно следует отметить, что книг с описанием операционной системы и проприетарных программ значительно больше, чем книг по свободному программному обеспечению. Однако, некоторые книги посвящены описанию конкретной программы, там происходит своеобразное натаскивание на работу с конкретным программным продуктом. Подобный подход неприемлем для университетского образования.
Стабильность и защищенность современных дистрибутивов Linux намного выше, чем в Windows XP, Windows Seven.
Еще один немаловажный факт для бюджетных организаций, какими являются вузы, это стоимость самой операционной системы и прикладных программ. Большинство современных дистрибутивов семейства Linux являются свободными и бесплатными, и за использование ОС и программного обеспечения университетам платить не придётся.
Из вышеизложенного следует вывод, что операционные системы семейства Linux, как минимум, следует рассмотреть, как альтернативу ОС Windows в университетах СНГ. С проблемой выбора операционной системы для использования в университете, тесно связана и задача подбора прикладного программного обеспечения. Поэтому, далее параллельно будут рассматриваться обе проблемы.
В университетах компьютеры, как правило, используют для обучения студентов и для исследовательской деятельности ученых и преподавателей вузов. Не стоит, однако, забывать, что компьютеры играют заметную роль административно-управленческой деятельности.
Поэтому последовательно рассмотрим проблему выбора операционной системы и программного обеспечения для:
1. компьютерных классов университетов;
2. персонального компьютера (ноутбука) ученого, преподавателя и
студента;
3. компьютеров администрации университетов.
При выборе операционной системы для университета необходимо помнить об основных требованиях, предъявляемых к программам для учебного процесса:
1. Защищенность и стабильность ОС и ПО, используемых в учебном процессе. Программное обеспечение в учебных классах должно быть не подвержено вирусным атакам, автоматически обновляемо. Зачастую на компьютерах в учебных классах студенты разной квалификации работают самостоятельно. Самостоятельная работа студентов на ПК, имеющих выход в Интернет, не должна приводить к проблемам с работой компьютеров.
2. Легальность программного обеспечения; университеты -бюджетные организации, и они не могут тратить на ПО много денег и поэтому идеальным решением будет использование бесплатных программ; университеты - центры проведения научных исследований, вузовские работники смогут адаптировать свободные программы для своих нужд.
3. Невысокие аппаратные требования к компьютерам, в университетах эксплуатируется большое количество старых компьютеров.
4. Достаточно большое количество современных легальных программ, которые обеспечили бы проведение занятий по различным предметам, а также проведения научных исследований.
5. Простота поиска и установки программ.
6. Возможность освоения операционной системы сотрудниками университета, не являющимися специалистами в области IT-технологий.
7. Возможность переноса программных решений, из учебных аудиторий на компьютеры (ноутбуки) учёных, преподавателей и студентов.
8. Хорошую поддержку русского (украинского, белорусского) языков.
Операционные системы семейства Windows, в отличие от современных дистрибутивов Linux, не во всём отвечают эти требованиям.
Работникам образования никогда не следует забывать о том, целью при изучении компьютерных наук не может быть обучение студента умению работать с конкретной операционной системой или конкретной программой. Наша цель - дать будущему специалисту знания, с помощью которых он бы мог применять современные информационные технологии на протяжении всей жизни в своих исследованиях. При выборе программного обеспечения для обучения мы никогда не должны забывать о цели, которую мы - работники высшей школы ставим перед собой. Нельзя сводить IT-обучение студента в университете к простому умению работать на компьютере с помощью даже очень качественных программ одной или нескольких корпораций.
На взгляд авторов, именно широкое использование свободного программного обеспечения в вузах даст преподавателям инструмент для качественной подготовки студентов.
При использовании свободных программ, мы уходим от обучения студентов по принципу «делай, как я». Использование свободного ПО и unix-подобных полностью меняет способ мышления пользователя. Работающий под управлением ОС семейства Linux пользователь невольно начинает понимать принципы функционирования программного и аппаратного обеспечения компьютера. Квалификация пользователя компьютера заметно повышается.
В качестве основной операционной системы для использования в университетах можно предложить следующие дистрибутивы семейства Linux:
1. Debian Linux (http://debian.org). Debian является одной из самых стабильных свободных операционных систем. К его преимуществам следует также отнести очень качественную сборку дистрибутива, и как следствие невысокие аппаратные требования. Кроме того, количество программ в репозитории Debian уступает только Ubuntu. В репозитории Debian находятся только самые стабильные версии программ, вследствие чего пользователь Debian не увидит самые свежие версии программ. Также в Debian не гарантирована поддержка самого нового «железа». Авторы имели опыт установки и использования последних дистрибутива Debian на компьютерах более, чем 10 летней давности (Celeron — 600 МГц, ОЗУ 256-512 Мб, жёсткий диск 10-40 Ггб). ОС Linux Debian
показала себя блестяще на таких старых компьютерах. После установки и первоначальной настройки, которая заняла несколько часов, компьютеры работали без какого-либо вмешательства со стороны системного администратора более года.
2. Ubuntu Linux (http://www.ubuntu.com). Дистрибутивы семейства Ubuntu (Ubuntu, Kubuntu, Xubuntu, Lubuntu, Edubuntu) отличаются стабильностью, хорошей поддержкой нового оборудования, набором современного программного обеспечения. Дистрибутивы выходят регулярно два раза в год. ОС Ubuntu Linux имеет самый большой репозиторий программного обеспечения. В семействе Ububtu есть дистрибутивы с различными графическими средами (KDE, Gnome, XFCE, LXDE), что позволяет их использовать на ПК с самыми разными характеристиками.
3. Alt Linux (http://www.altlinux.ru, http://www.altlinux.org) - линейка дистрибутивов от российской компании ALTLinux, в которую входит целое семейство дистрибутивов от серверной версии дистрибутива до дистрибутивов, ориентированных на использование на нетбуке. Среди этого многообразия обращает на себя внимание целая серия дистрибутивов, которые ориентированы на использование в учебных заведениях («Школьный Линукс», http ://www. altlinux. org/ Альт_Линукс_Школьный). Набор программного обеспечения очень хорошо подобран, находится на установочных дисках. Эти дистрибутивы могут быть использованы и в университетах на скромных компьютерах, авторы сейчас используют операционную систему из коллекции «Альт Линукс Школьный» с графической средой XFCE в учебном процессе на компьютерах с очень скромными характеристиками (Celeron — 600 МГц, ОЗУ 512 Мб, жёсткий диск 40 Ггб).
4. Mandriva Linux(http://www.mandriva.com). Широко известные дистрибутивы от компании Mandriva выпускаются в нескольких модификациях и отличаются наилучшей поддержкой оборудования, большим набором программ и на диске и в репозиториях. Количество программ в репозитории Mandriva уступает Ubuntu. Существуют коммерческая версия Manriva Power Pack. На базе Mandriva разрабатывается проект EduMandriva (http://edumandriva.ru), который ориентирован именно на использование в университетах (невысокие аппаратные требования компьютеров, тщательно подобранный набор ПО в локальном репозитории на DVD диске).
Здесь перечислены только самые крупные дистрибутивы. На их базе
создано большое количество дистрибутивов, среди которые есть очень
удачные разработки (например, Linux Mint, ОС Runtu, OC Kiwi), которые могут быть использованы в университетах.
Как видно из проведенного анализа, существует реальная альтернатива ОС семейства Windows.
В технических университетах наиболее часто используют следующие классы1 программного обеспечения [1]:
1. Программы для работы в Интернете.
2. Офисные программы.
3. Математические программы.
4. Программы моделирования, обработки и визуализации данных.
5. Средства разработки программ (компиляторы).
При широком использовании операционных систем семейства linux в образовании возникает проблема перехода к свободным альтернативам широко известных проприетарных программ. Рассмотрим, какие свободные программы можно использовать в техническом университете.
Что касается программ для работы в Интернете, то проприетарные программы, входящие в состав ОС Windows (Internet Explorer, Outlook Express), являются достаточно уязвимыми. Имеет смысл использовать даже в ОС семейства Windows такие свободные программы, как Mozilla FireFox, Mozilla Thunderbird, Mozilla SeaMonkey (http://mozilla-russia.org), Pidgin (http://pidgin.im) и др.
Среди свободных офисных приложений можно выделить: кросс-платформенные свободные офисные пакеты OpenOffice.org (http://ru.open.office.org, http://myooo.ru), GNOME Office (http://live.gnome.org/GnomeOffice). Для оформления документов можно использовать TeX (LaTeX) (http://www.latex-project.org).
В состав кроссплатформенного офисного пакета OpenOffice.org входят следующие приложения:
1. Текстовый процессор OpenOffice.org Writer.
2. Редактор математических формул OpenOffice.org Math.
3. Графический редактор OpenOffice.org Draw.
4. Программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress.
5. Система управления базами данных OpenOffice.org Base.
1 Конечно, деление на классы программ довольно условно, ведь многие офисные программы (например, такие как электронные таблицы MS Office Excel, Open Office.org Calc) содержат средства разработки программ (Visual Basic for Application, OpenOffice.org Basic) и средства для проведения математических расчетов и обработки данных.
6. Электронные таблицы OpenOffice.org Calc.
Входящий в состав OpenOffice.org полноценный векторный графический редактор OpenOffice.org Draw не имеет аналога в MS Office. Программы из пакета OpenOffice.org умеют открывать и сохранять файлы в формате MS Office 95-2010. Такие возможности свободно распространяемого офисного пакета OpenOffice.org, как экспорт в форматы Pdf и TEX, не имеют аналогов у конкурента из компании Microsoft.
Возможности текстового процессора OpenOffice.org Writer мало в чём уступают MS Office Word. OpenOffice.org Writer удобен при создании и вёрстке документов большого объема сложной структуры (учебные пособия, книги, монографии, отчёты и т.д.), что достигается очень гибким и удобным механизмом перекрестных ссылок.
Редактор математических формул OpenOffice.org Math имеет средства не только визуального создания формул (как и в Microsoft Equation), но и язык разметки формул, который позволяет создавать формулы любой сложности.
Программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress добротный продукт, не уступающий своему конкуренту Microsoft Office PowerPoint.
Табличный процессор OpenOffice.org Сак позволяет не только для оформлять табличные документы, но и проводить серьезные расчеты. Многие инженерные, экономические задачи сводятся к операциям над матрицами. Операции над матрицами в OpenCalc реализованы намного удобнее, чем MS Excel. В OpenCalc можно решать различные задачи подбора параметров и оптимизации. Присутствует большое количество статистических и финансовых функций. При проведении расчетов OpenCalc не уступает своему проприетарному конкуренту. Работая в Openoffice.org Calc пользователи могут использовать визуальный язык программирования OpenOffice.org Basic, позволяющий создавать программы для решения задач различной сложности. Серьезно переработанный в последних версиях OpenOffice.org (3.0, 3.1) модуль построения графиков еще не имеет такого огромного количества типов диаграмм, как в MS Excel 2010, но их более, чем достаточно для использования для отображения исследуемых данных при решении инженерных или научных задач. OpenOffice.org Calc также позволяет проводить обработку простейших баз данных.
Единственным компонентом, значительно уступающим своему конкуренту из Microsoft, является система управления базами данных OpenOffice.org Base.
На слабых компьютерах с малым количеством оперативной памяти (< 256 Мб) в качестве альтернативы можно рекомендовать текстовый
процессор AbiWord (http://www.abisource.com) и электронные таблицы Gnumeric (http://projects.gnome.org/gnumeric) из пакета Gnome Office.
Текстовый процессор AbiWord не обладает такими возможностями, как MS Word и OpenWriter, в нем нет возможности работы с формулами, он не предназначен для вёрстки сложных документов. Однако, для создания не очень сложных документов, возможностей AbiWord достаточно.
В Gnumeric есть возможность расчета по формулам, сортировки, фильтрации данных, выполнения стандартных матричных операций и использования матричных функций, решения уравнений с помощью команды подбора параметра. Оптимизационные задачи ограничены задачами линейного программирования, что затрудняет решение систем нелинейных уравнений и сложных задач обработки экспериментальных данных. А вот большое количество статистических и финансовых функций делают Gnumeric серьезным конкурентом MS Excel и OpenCalc при решении экономических задач. Еще один существенный плюс Gnumeric - мощный модуль построения графиков и диаграмм.
Для построения специализированных схем (например, блок-схемы, электрические схемы и т.п.) можно использовать свободно распространяемый кроссплатформенный графический редактор Dia (http://live.gnome.org/Dia).
Для качественной подготовки документа к изданию можно использовать систему компьютерного набора LaTeX и специализированные текстовые процессоры Lyx (http://www.lyx.org) и Texmacs (http://www.texmacs.org).
Традиционно к офисным программам относят словари и переводчики. Среди свободных программ нет конкурентов проприетарным переводчикам. Однако существуют свободные программы-оболочки Language Translator, LightLang (http://code.google.com/p/lightlang) для обращения к on-line версиям переводчиков на официальных сайтах разработчиков. Среди свободно распространяемых кроссплатформенных словарей выделяются StarDict (http://stardict.sourceforge.net) и GoldenDict (http://www.goldendict.org).
В университетах можно использовать и online офисные пакеты, такие как Google Office (http://docs.google.com), электронная таблица Numsum (http://numsum.com) и чертежная программа Gliffy (www.gliffy.com).
Свободно распространяемый точечный графический редактор GIMP (http://www.gimp.org) является кроссплатформенным, что позволяет широко использовать его в университетах.
Среди многофункциональных свободных математических программ, предназначенных для решения математических задач, обработки, моде-
лирования и визуализации данных, можно выделить следующие пакеты [2-4].
Scilab (http://www.scilab.org) - система компьютерной математики, которая предназначена для выполнения инженерных и научных вычислений. По возможностям пакет Scilab практически не уступает Mathcad, а по интерфейсу близок к Matlab. В Scilab реализованы численные методы решения многих задач вычислительной математики. Графические возможности Scilab не уступают проприетарным математическим пакетам. Для решения задач, не реализованных в Scilab, есть довольно мощный объектно-ориентированный визуальный язык программирования. Следует обратить внимание на то, что в состав Scilab входит Xcos — система компьютерного моделирования, аналогичная Simulink.
Maxima (http://maxima.sourceforge.net/ru) - математическая система символьных и численных вычислений. Программа работает в консольном режиме и виде оконного приложения. При проведении вычислений, Maxima использует точные дроби, целые числа и числа с плавающей точкой произвольной точности, что позволяет проводить вычисления с очень высокой точностью. Maxima может заменить при решении некоторых задач Maple и Mathematica. С ее помощью можно проводить операции:
1. с векторами, матрицами и тензорами;
2. дифференцирования, интегрирования, вычисления пределов;
3. разложения в ряд, преобразования Лапласа; решать:
4. обыкновенные дифференциальные уравнения;
5. задачи обработки экспериментальных данных;
6. нелинейные уравнений и системы.
Maxima может быть использована при проведении аналитических расчетов и построении двух и трехмерных графиков. В Maxima присутствует встроенный макроязык, благодаря чему программа становится практически неограниченно расширяемым инструментом для проведения как численных, так и символьных вычислений.
Для решения математических задач можно использовать Octave (http://www.gnu.org/software/octave) - совместимый с Matlab, высокоуровневый язык программирования, предназначенный проведения численных расчётов. Существует удобная графическая среда QtOctave (http://qtoctave.wordpress.com) для работы Octave. Функции Octave реализуют большинство алгоритмов вычислительной математики.
При решении сложных математических и инженерных задач не надо забывать и том, что существуют версии проприетарных математических программ Matlab, Maple и Mathematica для Linux.
Кроме того, довольно сложные вычисления позволяет проводить online версия пакета Wolfram Mathematica: http://wolframalfa.com (см. рис.
1).
Рис. 1. Разложение в ряд Тейлора функции sin(x ) на сайте http://wolframalfa. com
Для визуализации данных Octave и Maxima пакет используют мощную программу построения двух и трехмерных графиков gnuplot (http://www.gnuplot.info), которую можно рассматривать, как самостоятельное приложение.
Для построения графиков и обработки данных, кроме gnuplot существует большое количество свободных программ: Extrema, RLPlot, Fityk, Gretl, MayaVi, Zhu3D, OpenDX, Veusz. Довольно удачной программой для построения двух и трехмерных графиков, а также для ана-
лиза данных является кроссплатформенный пакет научной графики Scidavis (http://scidavis.sourceforge.net). Его возможности можно сравнить с хорошо известной проприетарной программой Origin.
Для решения дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов и визуализации решения есть свободно распространяемые пакеты Freefem и Freefem3d (http://www.freefem.org), которые по своим возможностям не уступают модулю решения уравнений математической физики из пакета Matlab.
Для построения реалистических 3D-моделей существует мощный свободно распространяемый пакет Blender(http://www.blender.org).
В техническом университете часто используются языки программирования Basic, Pascal или C/C++. В качестве среды для программирования на Basic можно предложить OpenOffice.org Calc и Gambas (http://gambas.sourceforge.net/en/main.html). При использовании языка программирования Pascal есть выбор между Gnu Pascal (http://www.gnu-pascal.de/gpc/h-index.html), Free Pascal (http://www.freepascal.org) и системой визуального программирования Lazarus (http://www.lazarus.freepascal.org). Программирование на C/C++ можно изучать, используя компилятор gcc(g++) (http://gcc.gnu.org). При программировании на С/(С++) или Pascal под управлением как операционной системы Windows, так ОС семейства Linux, в качестве среды программирования можно предложить использовать кроссплатформенный редактор Geany (http://www.geany.org).
Проведенный анализ современного программного обеспечения, которое может быть использовано при обучении студентов и исследовательской деятельности, позволяет сделать вывод, операционные системы семейства Linux могут быть использованы в техническом университете.
Возникает вопрос, а может ли операционная система семейства Linux использоваться в качестве основной на компьютере студента, преподавателя, учёного. Ведь домашний компьютер для современного человека - это не только исследовательская, учебная деятельность, но и окно в мир. На этом же ПК люди смотрят кино, слушают музыку, путешествуют по Сети, общаются с друзьями, совершают платежи и т.д. На взгляд авторов именно дистрибутивы ОС семейства Linux наиболее приспособлены для этих целей.
Отдельная проблема - это использование компьютеров в административно-управленческой деятельности. Тут авторы не рискнули бы дать однозначного ответа, какое программное обеспечение использовать. Если речь идет о подготовке приказов, служебных записок и др. документов внутри университета, то тут можно использовать, как проприетарное, так и свободное ПО, не забывая о проблемах стоимости про-
граммных продуктов и защищенности данных. Однако, при работе с органами государственной власти может оказаться, что у нас нет выбора: необходимо пользоваться определенными программами.
Какие же преимущества получат университеты при переходе к свободному ПО и с какими проблемами мы столкнёмся? Преимущества:
1. Университет получит современную защищенную и стабильную операционную систему с большим количеством качественных программ, предназначенных, как для обучения студентов, так и для исследовательской деятельности. Свободные операционные системы можно устанавливать на любое количество компьютеров.
2. Огромное количество дистрибутивов позволит подобрать ОС для любых целей, настроить для удобной работы конкретного пользователя, а при необходимости и собрать свой дистрибутив.
3. Университет уходит от диктата крупных компаний монополистов.
4. Экономятся бюджетные средства.
5. Получаем возможность именно обучать, а не натаскивать студентов работе в определенных пакетах. Это касается, как обучения будущих ^-специалистов, так и студентов, для которых «информационные технологии» являются общеобразовательным предметом.
Подготовленный таким образом специалист сможет работать и с проприетарным ПО. Проблемы:
1. Необходимо будет осваивать новые программные продукты всем и постоянно.
2. Недостаточное количество не только методической, но и вообще литературы, её надо будет писать.
При использовании свободного программного обеспечения в образовании будет очень сложно готовить «среднего» пользователя ПК («мышкощёлкателя»), довольно сложно учиться «средним» студентам и работать «средним» преподавателям.
Выбор за нами. Если мы хотим готовить хороших специалистов по конкретным пакетам, которые будут востребованы 3-5 лет после окончания университета, если мы хотим зависеть от диктата отдельных ГГ-компаний, то можно ничего не менять. А если мы хотим готовить высококвалифицированных специалистов, которые готовы к обучению на протяжении всей жизни, то стоит подумать о внедрении свободного ПО в университетские программы по информационным дисциплинам, а может и о переходе на свободное ПО.
Литература
26. Алексеев Е.Р. Использование свободных программ в научных исследованиях // Научно-практический журнал "Прикладная информатика" №6 (24) 2009. с. 61-79.
27. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В., Рудченко Е.А. Scilab: Решение инженерных и математических задач. - М.: Бином, 2008. - 260с.
28. Житников Вадим. Компьютеры, математика и свобода. URL: http://maxima.sourceforge.net/ru/comp-math-freedom.html (дата обращения 11.10.2010).
29. Чичкарёв Е.А. Компьютерная математика с Maxima: Руководство для школьников и студентов. URL: http://www.altlinux.org/Books:Maxima (Дата обращения 2.08.2010).
