CC BY
26
Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Безвербний 1.А., Шишмна М.П. Проектування прикладних програмних додаткв навчального призначення засобами в'ртуальноУмашини//Ф'!зико-математична осв'та : науковий журнал. - 2016. - Випуск 3(9). - С. 23-27.
Bezverbnyi I.A., Shyshkina M.P. Designing software application for educational purposes by means of a virtual machine // Physical and Mathematical Education : scientific journal. - 2016. - Issue 3(9). - Р. 23-27.
УДК 378.091.31:004.9
1.А. Безвербний
1нститут мбернетики ¡м. В.М. Глушкова НАН УкраУни, УкраУна
[email protected] М.П. Шишкша
1нститут ¡нформац1йних технолог1й i засобв навчання НАПН УкраУни, УкраУна
ПРОЕКТУВАННЯ ПРИКЛАДНИХ ПРОГРАМНИХ ДОДАТК1В НАВЧАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
ЗАСОБАМИ В1РТУАЛЬНО1 МАШИНИ
Сучасш пщходи до розвитку осв^ньо-наукового середовища вищого навчального закладу передбачають формування принципово нових форм його оргашзаци, спрямованих на активiзацiю навчально-тзнавальноТ дiяльностi тих, хто вчиться. Для цього потрiбно створювати програмш компоненти i вщповщш методики Тх використання, спрямованi на розширення доступу до якiсних електронних осв^шх ресурсiв (ЕОР) i сервiсiв у процесi навчання. Актуальним напрямом розвитку ЕОР е застосування хмарних технологш i засобiв вiртуальноТ машини [7, 8].
1з розвитком шформацшно-комушкацшних технологiй навчального призначення засоби i шляхи оргашзаци доступу до електронних ресурав еволюцiйно змiнюються, Тх користувацьк властивостi полiпшуються. Виникають новi види ЕОР, що постачаються засобами хмарних технологш, це i сервiси загальнодоступноТ хмари, i також електроннi ресурси корпоративного використання, з частково обмеженим колом користувачiв [8, 9, 10]. До складу загальнодоступних сервiсiв може входити як програмне забезпечення ушверсального призначення, наприклад, офкш додатки, системи пщтримування процесiв комушкацп, обмiну i опрацювання даних та iншi, так i електроннi ресурси, спецiально розроблеш для навчальною використання [1, 2, 3, 5, 8, 9]. 1х ктьмсть зростае i тенденцiя ця iмовiрно лише посилюватиметься. Завдяки засобам i сервiсам хмарних технологiй можна досягти суттевого зняття обмежень щодо реалiзацiТ доступу до якiсних електронних ресурав в освт. Нинi ц питання вже не е справою далекого майбутнього, вони переходять у площину практичноТ реалiзацiТ [2, 3, 7].
Метою статтi е: вщобразити сучасш шдходи до проектування хмарних додатмв навчального призначення засобами вiртуальноТ машини.
Використання хмаро орiентованих сервiсiв навчального призначення дослiджували Г. М. Кравцов [4], М. А. Кислова [1], В. П. Олексюк [2], С. О. Семершов [3], К. I. Словак [3], А. М. Стрюк [5], О.В. Стваковський [4], M. Cusumano [9], V. L. M. Wick [10] та ш.). Це е актуальною тенденщею розвитку програмного забезпечення навчального призначення, що застосовуеться у викладанш рiзних шформатичних дисциплш, зокрема iнженерного проектування.
Ниш при розробленш переважноТ бiльшостi web-додатмв в тiй чи iншiй мiрi спираються на принципи вiртуалiзацiТ чи то на рiвнi апаратури, чи то на рiвнi операцшноТ системи, чи на бшьш високих рiвнях. В основi щеТ вiртуалiзацiТ знаходиться уявлення про програмну iмiтацiю роботи апаратури або операцшноТ системи (ОС). Це дозволяе зекономити частину ресурав (програмних чи апаратурних) i як наслщок скоротити час на виконання обчислювальних задач.
23
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
Сучасний стан розвитку 1КТ характерний тим, що в процес розроблення web-додатшв зазвичай спираються на потужност центрiв опрацювання даних (ЦОД), що Miamb сотнi тисяч багатопроцесорних модулiв, що в свою чергу об'еднаш спецiалiзованим програмним забезпеченням. Так системи знаходяться у спецiально облаштованому примiщеннi, iз забезпеченням вiдповiдного обслуговування (охолодження, вентилящя, захист вiд сейсмiчноT активностi та iнше).
Спецiалiзоване програмне забезпечення центра опрацювання даних мiстить операцшну систему типу гiпервiзор та мережш сервiси для автоматизаци роботи з Рентами, якими в даному випадку е проектувальники та користувачi мереж. Пперв'зором називаеться спецiалiзована операцшна система, основною функцiею якоТ е створення незалежних програмно-апаратурних модулiв, що iмiтують роботу комп'ютерiв та мережних зв'язшв. Модулi, що iмiтують роботу комп'ютерiв, i е в!ртуальними машинами. Якщо гiпервiзор встановлено безпосередньо на рiвнi фiзичного обладнання, така ОС називаеться г'терв'зором I роду. Якщо гiпервiзор встановлено на вiртуальнiй машиш, така система називаеться г'терв'зором II роду.
Вiртуальнi машини призначенi для дистанцшного використання. Точнiше, вiртуальна машина запроектована для того, щоб мати можлив^ь працювати з нею з шшоТ машини. Для цього на вiртуальнiй машинi передбачено встановлення спецiалiзованоT ОС, розрахованоТ на вiддалене (дистанцшне) користування.
З метою проектування процесiв на ЦОД застосовуеться технологiя апаратурноТ вiртуалiзацiT. Це потрiбно для створення складних мережних систем, що пов'язаш з роботою кiлькох або багатьох машин i локальних мереж. В той же час, для створення веб-додатшв зазвичай достатньо вiртуалiзацiT на рiвнi операцшноТ системи.
Робота ОС, розрахованоТ на вщдалене використання, передбачае принципово iншi пiдходи, нiж робота ОС, яка працюе лише в локальному режимi (наприклад передача графiчого iнтерфейсу, що потребуе додаткових ресурав вiд обчислювального центру). Тому використання у процеа розроблення програмних додатшв командного рядка на сьогоднi не втратило своеТ актуальностi. Багатозадачними операцшними системами з повнофункцiональним командним рядком на сьогодшшнш день е UNIX-подiбнi операцiйнi системи. Тому саме вони найчаслше використовуються для запуску web-додатмв.
На початку 1990-х web-сайти створювались виключно у форматi HTML, що е мовою програмування, призначеною для текстовоТ розмiтки web-документа. Сама сторшка, як це було запроектовано при формуванш мережi Internet, мала знаходитись на вщдаленш машинi, що була постшно ввiмкнута i подключена до Internet. На вiддаленiй машиш була розмщена програма web-сервер, що вщповщала за передавання тексту у формам HTML на робочу машину користувача Internet. Послуга, що надаеться вщдаленою машиною, називаеться web-хостингом. Вщ самого початку iснування Internet i дониш основною операцiйною системою машин, що надають послуги web-хостингу, е операцшш системи на основi UNIX. Кжентом в такiй системi е браузер на машиш Internet користувача. Браузер е штерпретатором мови розмпжи web-документа, зокрема, HTML.
На сьогодш один лише формат HTML не влаштовуе розробнишв, бо не вщповщае сучасним бiзнес процесам. У середин 90-х було створено мову програмування PHP, призначену для динамiчного формування тексту у формам HTML. Для виконання програм, написаних мовою PHP, на вщдаленш машиш (на сторон сервера) мае бути прошстальована спещальна програма - iнтерпретатор мови PHP. Схема функцюнування web-сторiнки зображена на Рис. 1.
Ниш кнують певш уявлення щодо систем створення web-сторшки згiдно сучасних вимог, що здебтьшого передбачають встановлення на вiддаленiй машиш операцшноТ системи на основi UNIX (Linux, FreeBSD, Solaris тощо), web-сервера Apache, iнтерпретатора PHP та системи управлшня базами даних (СУБД) MySQL. Робота з таким програмним забезпеченням зумовила появу великоТ кiлькостi автоматизованих систем створення i функцюнування сайту, CMS (Content Management System). В переважнш бтьшосп, такi системи написаш на мовi PHP i використовують СУБД MySQL. Найпопуляршшими з них е CMS Joomla, WordPress, Drupal, phpBB та iншi.
Послiдовно схема проектування web-сторшки описуеться так:
1) браузер е штерпретатором мови HTML, та скриптових мов типу JavaScript (Visual Basic Script та
шш.);
2) HTML-сторшка ^i скриптами на мовах типу JavaScript) формуеться сервером на вщдаленому центрi опрацювання даних, що надае послуги Веб-хостингу, програмою CMS за допомогою PHP-штерпретатора (програми, що встановлена на сервер^;
3) даш (текстов^ гiпертекстовi,графiчнi) знаходяться в системi управлiння базами даних (СУБД)
MySQL.
Вщдалений центр опрацювання даних, що надае послуги веб-хостингу
UNIX, Apache, PHP, MySQL, ...
Комп'ютер-користувач веб-додатку
Браузер (HTML, JavaScript, ...)
Рис. 1. Функцонування web-cmopiHKU
Наявшсть UNIX, PHP та MySQL не е едино можливою умовою функцiонування web-сторшки в Internet. Активно розвиваються хостинг на основi операцiйних систем фiрми Microsoft на основi вебсервера IIS, автоматизоваш системи на основi альтернативно! мови ASP, та шшк Однак використання таких систем е ниш менш поширеним i дорожчим за використання систем на основi UNIX.
£ так пiдходи до проектування web-додатмв: 1) створення web-додатку безпосередньо на вщдаленш машинi, 2) створення web-додатку на машиш клiента з подальшим перенесенням на вiддалену машину. Кожен з пiдходiв мае переваги i недолги.
Зокрема, проектування web-сторшки на машиш ^ента використовуеться в тому випадку, коли треба передбачити ситуащю, що web-сторшка можливо буде переноситися з одного сервера на шший по техшчним причинам, зокрема при перенесенш на хмарний сервер. Адже пiдприемницька полiтика i розцшки фiрм, якi надають такi послуги, можуть змшюватися. Тому, хоча iнодi цього можна уникнути, перенесення сторшки з одного сервера на шший - важливий момент у створенш web-сторiнки. Схему оргашзаци web-хостингу подано на Рис. 2.
1ншою причиною, чому доцтьно це робити, е спрощення процесу проектування, коли можна повшстю вiдлагодити i випробувати додаток на локальнш машинi, а полм перенести його на вiддалений сервер вже в готовому виглядк Це може також бути з метою економи навантаження на вщдалений сервер, якщо доступ до нього е не завжди з деяких причин.
На власнш машинi з операцшною системою типу Windows, так само як на вщдаленому серверi, е можлив^ь встановити вiртуалiзацiю UNIX-подiбноí операцшно!' системи, web-сервер Apache, iнтерпретатор PHP та систему управлшня базами даних (СУБД) MySQL.
ЦОД_
Гiпервiзор 1-го роду
Гiпервiзор 2-го роду (вiртуальний ЦОД)
Вiртуальнi машини
ОС (UNIX, Windows) Додатки: Веб-сервер (Apache, IIS) PHP штерпретатор СУБД MySQL ОС (UNIX, Windows) Додатки: Веб-сервер (Apache, IIS) PHP штерпретатор СУБД MySQL ОС (UNIX, Windows) Додатки: Веб-сервер (Apache, IIS) PHP штерпретатор СУБД MySQL
Рис. 2. Органiзаu,iя web-хостингу
Це може бути потрiбно для того, щоб можна було розробляти i вщлагоджувати програмний продукт у тому ж середовищ^ що встановлено на вщдаленому комп'ютерi.
25
Роботу вipтуальноï UNIX-noAÎ6Hoï операцшноУ системи можна реалiзувати на локальному KOMn^Tepi двома шляхами: 1) за допомогою пакету програм Denwer або подiбного; 2) на основi гостьовоУ UNIX-подiбноï операцшноУ системи.
Гостьовою операцшною системою називаеться опepацiйна система, встановлена на вipтуальну машину. Для того, щоб розгорнути гостьову опepацiйну систему треба спочатку створити вipтуальну машину за допомогою гiпepвiзоpа 11-го роду. Прикладом гiпepвiзоpа 11-го роду е так пpогpамнi продукти як VMware Player, Oracle VM VirtualBox та шш^ пpизначeнi для створення вipтуальних машин на персональному комп'ютepi. Процес встановлення гостьовоУ операцшноУ системи шяк не вiдpiзняеться вiд встановлення основноУ операцшноУ системи. Зауваження: нi основна операцшна система, нi гостьова не взаемодшть у пpоцeсi роботи i функцiонують як двi нeзалeжнi операцшш системи одночасно.
Для створення вipтуальноï машини на основi VMware Player ниш кнуе безкоштовна вepсiя VMware Player на сайт www.vmware.com/products/player. На сторшщ мiститься гiпepпосилання, де в свою чергу знаходяться посилання на скачування Windows та Linux версш програми. Пкля шсталяци VMware Player можна перейти до створення вipтуальноï машини i встановлення гостьовоУ операцшноУ системи.
Для подальшоУ роботи буде потpiбeн образ iнсталяцiйного диску UNIX-подiбноï операцшноУ системи. Такою опepацiйною системою може слугувати ubuntu-10.10-desktop-i386. На сьогодш компанiя Canonical вже не пщтримуе цю опepацiйну систему, але вона цшком придатна для навчального процесу, в першу чергу - завдяки компактность Це повшстю вiдкpита безкоштовна операцшна система, вшьне використання якоУ не порушуе умов лщензш. З метою отримати образ ubuntu-10.10-desktop-i386 виходимо на сайт https://yadi.sk/d/TOCsoEWtTZVo8 i скачуемо ISO-образ. Вщкриваемо VMware Player, обираемо опцш Create a New Virtual Machine. З'являеться вiкно майстра новоУ вipтуальноï машини «New Virtual Machine Wizard». У вшш, що з'явилося обираеться опщя Installer disk image file (.iso). Активiзуеться вiдповiдний текстовий рядок. Натискаемо кнопку «Browse...». Знаходимо скачаний образ шсталяцшного диску.
Використання засобiв вipтуальноï машини у пpоцeсi розроблення web-сторшок е зручним i надшним iнстpумeнтом, що може бути використано при розробленш вiдповiдних методик навчання шформатичних дисциплiн у вищому навчальному заклада спрямованих на розширення доступу до електронних осв^шх peсуpсiв, випробування piзних пiдходiв до проектування програмних додатшв, запровадження нових тeхнологiй навчання.
Список використаних джерел
1. Кислова М. А. Розвиток мобтьного навчального середовища як проблема теорп i методики використання шформацшно-комушкацшних тeхнологiй в освт [Електронний ресурс] / М. А. Кислова, С. О. Семертов, К. I. Словак // Ыформацшш технологи i засоби навчання. - 2014. - Т. 42, Вип. 4. -С. 1-19. - Режим доступу : http://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1104/823
2. Олексюк В.П. Упровадження технологш хмарних обчислень як складових IT-шфраструктури ВНЗ [Електрон. ресурс] / В. П. Олексюк // Ыформацшш технологи i засоби навчання. - 2014. - Т. 41, Вип. 3. - С. 256-267. - Режим доступу:http://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1042/791
3. Семертов С. О. Мобтьне програмне забезпечення навчання шформатичних дисциплш у вищш школi / С. О. Семертов, I. С. Мштш, К. I. Словак, I. О. Теплицький, О. I. Теплицький // Науковий часопис Нацюнального педагопчного ушверситету iмeнi М.П. Драгоманова. Сepiя № 2. Комп'ютерно-оpiентованi системи навчання : зб. наук. пр. - К. : НПУ iмeнi М. П. Драгоманова, 2010. - № 8 (15). -С. 18-28.
4. Сшваковський О. В. ЦЫ, задачi та забезпечення стратепчного плану впровадження шформацшних технологш в концепцп розвитку ушверситету / О. В. Сшваковський, Г. М. Кравцов // Ыформацшш технологи в освт. - 2012. - Вип. 13 (3). - С. 9-22.
5. Стрюк А. М. Система хмаро оpiентованих засобiв навчання як елемент шформацшного осв^ньо-наукового середовища ВНЗ [Електрон. ресурс] / А. М. Стрюк, М. В. Рассовицька // Ыформацшш технологи i засоби навчання. - 2014. - № 4 (42). - С. 150-158. - Режим доступу до журн.: http://journal.iitta.gov.ua/index.php/itlt/article/view/1087/829.
6. Шишкша М. П. Ыновацшш модeлi оргашзаци хмаро оpiентованого осв^ньо-наукового середовища вищого навчального закладу / М. П. Шишкша // Проблеми сучасноУ педагопчноУ освп"и. Сepiя: Пeдагогiка i психолопя. - 2014. - Вип. 43, Ч. 3. - С. 300-312.
7. Шишкша М. П. Формування фахових компетентностей бакалавpiв шформатики у хмаро оpiентованому сepeдовищi педагопчного ушверситету / М. П. Шишкша, У. П. Когут, I. А. Безвербний // Проблеми шдготовки сучасного вчителя. - Умань: ФОП Жовтий О.О., 2014. - Вип. 9, Ч. 2. - С. 136-146.
8. Шишкша М. П. Формування i розвиток хмаро оpiентованого освп"ньо-наукового середовища вищого навчального закладу : моногpафiя / М. П. Шишкша. - К. : Укр!НТЕ!, 2015. - 256 с.
9. Cusumano M. Cloud computing and SaaS as new computing platforms / Michael Cusumano // Communications of the ACM. - 2010. - Vol. 53 (4). - Р. 27-29.
10. Wick D. Free and open-source software applications for mathematics and education / D. Wick // Proceedings of the twenty-first annual international conference on technology in collegiate mathematics. - 2009. -Р. 300-304.
Анота^я. Безвербний 1.А., Шишшна М.П. Проектування прикладних програмних додаткв навчального призначення засобами в'ртуальноi машини.
Автори виокремлюють засоби артуально)' машини серед усього розма)ття засоб'в тдтримування навчання iнформатичних дисциплiн у вищому навчальному закладi, бо саме )х використання передбачае розширення доступу до електронних ос&тшх ресурйв, випробування нових п'1дход'1в до створення додатшв, запровадження перспективних технологiй навчання. Анал'з 1нструментар'1ю систем в'ртуал'заци, таких як в'1ртуальн'1 машини, гостьов операu,iйнi системи, г'терв'зори першого i другого роду як засоб>в, що використовуються в процес розроблення web-додатюв, поряд з описом визначальних характеристик таких програмних засоб'в дозволив визначити переваги саме цих засоб>в при вивченн iнформатичних дисuиплiн.
Зокрема, серед таких переваг еможли&сть проектування web-сторiнки на машинi кл'1ента, що використовуеться в тому випадку, коли web-стор'шка буде переноситися з одного сервера на iнший по техн'нним причинам, зокрема, для подальшого розгортання на хмарному серверi.
Розглянуто схему i основн тдходи до проектування web-додатюв i приклади )х застосування для р 'зних варiантiв програмного забезпечення у процес навчання iнженерного проектування.
Ключовi слова: вiртуалiзаuiя, гостьова опера^йна система, г'/пертзор, web-додаток, iнформатичнi дисuиплiни, проектування.
Аннотация. Безвербный И.А., Шишкина М.П. Проектирование прикладных программных приложений учебного назначения средствами виртуальной машины.
Авторы выделяют средства виртуальной машины среди всего многообразия средств поддержки обучения информатических дисциплин в высшем учебном заведении так как именно их использование предполагает расширение доступа к электронным образовательным ресурсам, испытание новых подходов к созданию приложений, внедрение новых технологий обучения. Анализ инструментария систем виртуализации, таких как виртуальные машины, гостевые операционные системы, гипервизор первого и второго рода как средств, используемых в процессе разработки web-приложений наряду с описанием определяющих характеристик таких программных средств позволил определить преимущества именно этих средств при изучении информатических дисциплин.
В частности, среди таких преимуществ - возможность проектирования web-страницы на машине клиента, используемая в том случае, когда web-страница будет переноситься с одного сервера на другой по техническим причинам, в частности, для дальнейшего развертывания на облачном сервере.
Рассмотрена схема и основные подходы к проектированию web-приложений и примеры их применения для различных вариантов программного обеспечения в процессе обучения инженерному проектированию.
Ключевые слова: виртуализация, гостевая операционная система, гипервизор, web-приложение, информатические дисциплины, проектирование.
Abstract. Bezverbnyi I.A., Shyshkina M.P. Designing software application for educational purposes by means of a virtual machine.
The authors distinguish the virtual machine tools among the variety of tools supporting computer science learning in higher education because it would expand access to electronic educational resources, testing new approaches to building applications, the introduction of new learning technologies. Analysis of virtualization tools, such as virtual machines, guest operating systems, hypervisors of first and second kind as the tools used for the web-applications development, along with the description of the defining characteristics of the appropriate software allowed us to determine the benefits of these tools for computer science learning.
In particular, among these benefits there is a possibility of designing the web-pages on the client machine, which is used when the web-page will be transferred from one server to another for technical reasons, for further deployment to the cloud server.
The scheme and the basic approaches to web-applications design and examples of their use for various software options for computer design learning are presented.
Keywords: virtualization, guest operating system, hypervisor, web-apps, computer science, design.
