The component «Virtual laboratory» of the system of remote access to thedistributed computing resources.pdf Компонент «Виртуальная лаборатория» разрабатывается в рамках проекта(РНП.3.2.3.13048): «Создание системы научно-методического обеспечения обра-зовательными ресурсами учебных заведений для подготовки специалистов по вы-сокопроизводительным распределенным вычислениям».Данный проект нацелен на разработку системы научно-методического обеспе-чения образовательных программ подготовки студентов и повышения квалифика-ции профессорско-преподавательского состава по высокопроизводительным вы-числениям (ВПВ).Техническая ценность результатов выполнения проекта заключается в доведе-нии созданных моделей системы поддержки учебного процесса до реализации,интеграция в существующий информационно-вычислительный портал Кемеров-ского государственного университета.Создание информационной системы поддержки учебного процесса с возмож-ностью проведения виртуальных практикумов является актуальной задачей ин-формационного обеспечения учебно-научного процесса.Одной из частей данной системы является компонент «Виртуальная лаборато-рия» системы удаленного доступа и управления распределенными вычислитель-ными ресурсами (УД и УРВР).1. Описание компонента «Виртуальная лаборатория»Цель разработки:Организация виртуального лабораторного практикума с использованием вы-сокопроизводительных вычислительных ресурсов в удаленном режиме в рамкахкурсов по ВПВ.Задачи системы:- Предоставление преподавателю механизма для формирования лабораторногозадания в рамках курса по ВПВ, предусматривающего исследование поведенияопределенного численного алгоритма на вычислительных ресурсах кластернойархитектуры (например, зависимость эффективности алгоритма от количествапроцессоров и параметров задачи);96 Н.Н. Окулов- Предоставление пользователю возможности просмотра текста лабораторнойработы, а также выполнения задания и просмотра результатов для проведенияанализа.Архитектура:«Виртуальная лаборатория» является компонентом системы УД и УРВР, по-этому построена по аналогичной архитектуре и интегрирована в схему БД систе-мы УД и УРВР.«Виртуальная лаборатория» взаимодействует с системой поддержки учебногопроцесса (СПУП), являющейся частью портала КемГУ:- Назначение преподавателем лабораторных работ студентам посредствомСПУП;- Размещение студентом отчета по лабораторной работе в СПУП;- Проверка преподавателем отчетов студентов для контроля выполнения на-значенных лабораторных работ.2. Определение функцийВ соответствии с задачами системы были выделены 2 типа пользователей:преподаватель и студент. Их функции определены на диаграмме вариантов ис-пользования компонента «Виртуальная лаборатория» (рис. 1).Рис. 1. Диаграмма вариантов использования (преподаватель, студент)3. Требования к компоненту «Виртуальная лаборатория»Функциональные требования:Реализация описанных на диаграмме вариантов использования (рис.1) функ-ций преподавателя и студента.Компонент «Виртуальная лаборатория» системы удаленного доступа 97Требования к прикладному ПО:Доступ к системе должен осуществляться в удаленном режиме посредствомweb-браузера.Требования к системному ПО:Для обеспечения связи с системой УД и УРВР компонент должен строиться наоснове СУБД Oracle, сервера приложений Tomcat и пакета KemsuWeb.Требования к web-интерфейсу:- Наличие кнопок навигации по формам (перехода на родительские формы);- Отображение всей необходимой информации об объектах;- Генерация предупреждений при удалении объектов;- Наличие возможностей сортировки и фильтрации отображаемой информа-ции.Требования к защите информации:- Система _____должна предусматривать разграничение возможностей манипулиро-вания информационными объектами в зависимости от уровня привилегий пользо-вателя;- Преподаватель должен иметь права на добавление и удаление новых про-грамм и их параметров, запуск программ и получение результатов;- Обычный пользователь («студент») должен иметь права только на запускпрограмм и получение результатов.Требования к содержанию лабораторных работ:- Каждая работа должна содержать файл в формате pdf, который содержит:1. Название работы.2. Цель работы.3. Необходимые теоретические сведения.4. Задания.5. Методические указания к выполнению заданий.6. Требования к отчету.7. Список рекомендуемой литературы.- Преподаватель может создавать два типа лабораторных заданий:1. Анализ заданной программы. Данный тип задания предполагает иссле-дование студентом параметров заранее подготовленной преподавателем про-граммы (например, зависимость эффективности программы от количества вы-числительных узлов кластера или зависимость точности вычислений от раз-мерности задачи). Для данного типа задания преподаватель обязан посредст-вом web-интерфейса разместить в системе исходный код программы, указатьколичество параметров, их имя, тип и диапазон принимаемых значений (на-пример, размерность задачи может указываться параметром SIZE типа INT вдиапазоне от 100 до 10000), указать архитектуру и операционную систему вы-числительного ресурса, а также компилятор, которым можно откомпилироватьданный исходный код. Значения входных параметров будут переданы про-грамме в виде аргументов в той последовательности, как они заданы препода-вателем для данной работы.2. Разработка программы. Данный тип задания не требует от преподавателяпредоставления готового исходного кода. Студент самостоятельно пишет ис-ходный код, размещает его в системе удаленного запуска заданий на вычисли-тельных ресурсах, запускает задание и анализирует результаты.98 Н.Н. Окулов4. Структура пользовательских данных«Виртуальная лаборатория» интегрирована с системой УД и УРВР, и структу-ра данных пользователя «Виртуальной лаборатории» построена на основе струк-туры пользовательских данных в системе УД и УРВР с некоторыми изменениями.Изменения связаны с появлением новых пользовательских объектов: лаборатор-ной работы и входных параметров работы.Структура пользовательских объектов в «Виртуальной лаборатории» пред-ставлена на рис. 2. Основным пользовательским объектом в системе является ла-бораторная работа, которая содержит набор входных параметров работы и списокпроектов. Поддержка создания нескольких проектов в рамках лабораторной рабо-ты необходима для обеспечения возможности задания различных параметровкомпиляции (компилятор, ОС, вычислительная и параллельная архитектуры) ис-ходных файлов работы и соответственно запуска лабораторной работы на класте-рах с различными параметрами.Рис. 2. Структура пользовательских данных в хранилищеКомпонент «Виртуальная лаборатория» системы удаленного доступа 99В «Виртуальной лаборатории» нет необходимости в разветвленной системерасчетов и серий расчетов, поэтому проект содержит только одну серию расчетови один расчет, которые автоматически создаются при создании проекта (это необ-ходимо для интеграции с системой УД и УРВР). Для пользователя «Виртуальнойлаборатории» эти объекты (расчет, серия) логически неотделимы от проекта.Проект содержит make-файл, исходный код программы, создаваемый системойисполняемый код и файл начальных данных. После обработки проекта на вычис-лительном кластере, в хранилище размещаются файлы с результатами расчетов(файл результата или ошибки). Также возможно получение файлов промежуточ-ных результатов.Входные параметры - набор параметров, значения которых можно варьиро-вать при запуске лабораторной работы (например, количество итераций или раз-мерность матрицы). Лабораторная работа может содержать до 6 параметров.Рис. 3. Форма редактирования лабораторной работы100 Н.Н. ОкуловДругие объекты, обрабатываемые системой:расчет - совокупность выполняемого кода программы и начальных данных;задание - совокупность расчета и параметров его запуска: выбранный кластер,количество процессоров, время старта.5. Описание web-формВ соответствии требованиями были определены необходимые для компонента«Интерфейс администратора» web-формы и их содержание.1. Форма просмотра списка лабораторных работ.Формы для создания и редактирования лабораторных работ2. Форма создания лабораторной работы.3. Форма редактирования лабораторной работы (рис. 3).4. Форма выбора параметров.5. Форма создания параметра.Формы для запуска лабораторных работ6. Форма выбора запускаемого проекта.7. Форма выбора кластера для запуска.8. Форма задания значений параметров запуска.9. Форма просмотра результатов вычислений.Для обеспечения работы функций компонента «Виртуальная лаборатория»,также был реализован ряд web-форм служебного назначения, посредством кото-рых происходит вызов хранимых в БД процедур и функций из пакетаP_VIRTLAB.ЗаключениеКомпонент «Виртуальная лаборатория» реализован, и его работоспособностьпроверена на нескольких лабораторных работах. БД компонента пополняется но-выми лабораторными работами.Доступ к компоненту можно получить после регистрации на информационно-вычислительном портале КемГУ (http://icp.kemsu.ru). На портале также размеще-ны руководства преподавателя и студента по использованию компонента «Вирту-альная лаборатория».На данный момент ведется тестовая эксплуатация компонента сотрудникамиЦНИТ КемГУ. По окончании тестового периода планируется внедрение и исполь-зование данного компонента в рамках информационно-вычислительного портала,а также дальнейшее развитие функциональных возможностей компонента.Статья представлена оргкомитетом VII Всероссийской научно-практической конференции с междуна-родным участием «Информационные технологии и математическое моделирование».

Скачать электронную версию публикации