Разработка системного программного обеспечения для развертывания предметно-ориентированных WEB-лабораторий

• Автор: Самоваров, Олег Ильгисович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1 Платформы научного моделирования
1.1 Платформа НиВгего
1.2 Платформа СВЛАШ
1.3 Сервис коллективной разработки программ Кос!т§
1.4 Выводы к первой главе
Глава 2 Архитектура шеЬ-лабораторий
2.1 Требования
2.2 Модель уеЬ-лаборатории
2.3 Укрупненные варианты использования
2.4 Выводы ко второй главе
Глава 3 Платформа развертывания уеЬ-лабораторий ишНиВ
3.1 Используемые методы
3.2 Реализованные сервисы уровня унифицированной аппаратуры
3.2.1 Вычислительный кластер по запросу
3.2.2 Разделяемое хранилище данных
3.3 Выводы к третьей главе
Глава 4 Разработанные производственно-исследовательские УеЬ-лаборатории
4.1 Распределенная вычислительная инфраструктура программы "Университетский кластер"
4.2 Испытательный стенд проекта ОрепС1ггш
4.3 УеЬ-лаборатория решения задач механики сплошной среды
4.4 Выводы к четвертой главе
Заключение
Список литературы
Приложение А. Пример ЗЗОИ-шаблоиа развертывания платформы состоящей из двух виртуальных серверов

Введение
Актуальность темы исследования. В настоящее время, в естественных науках и их приложениях к технике при проведении исследований или решении практических инженерных задач широко используются компьютерные модели, что позволяет не только значительно снизить общую стоимость работ, но и существенно повысить их эффективность. При таком подходе большая часть натурных экспериментов заменяется численными. Однако постановка численного эксперимента связана со многими техническими и организационными трудностями, так как численный эксперимент, как правило, не сводится к выполнению одной или нескольких программ соответствующего прикладного пакета, а состоит из нескольких фаз (например, фаза предобработки, одна, чаще несколько фаз расчета, фаза постобработки, фазы визуализации результатов), выполнение которых связано с использованием различного аппаратного и программного обеспечения.
Одной из основных причин этого является то, что численные эксперименты все чаще выполняются в рамках больших комплексных научных исследований, выполнение которых осуществляется коллективами специалистов в различных областях («междисциплинарными»), что связано с требованием учета как можно большего числа параметров исследуемого явления. Кроме того, многочисленность версий системного и прикладного программного обеспечения (ПО) приводит к тому, что во многих случаях не удается выполнить даже все расчетные фазы численного эксперимента на одной программно-аппаратной платформе.
В ходе выполнения таких исследований могут быть получены новые фундаментальные научные результаты, разработаны новые методы проектирования, новые технологии. Возникает сотрудничество исследователей с коллективами проектировщиков, технологов, работающих в промышленности. Не вызывает сомнения, что новые результаты должны внедряться не только в промышленности, но и в образовании в самых различных формах: от

университетского образования в виде специальных и общих курсов лекций, сопровождаемых практическими занятиями и лабораторными работами, выполнения курсовых и дипломных работ различных уровней, до различных форм повышения квалификации специалистов, работающих в индустрии.
Таким образом, возможность решать сложные, наукоемкие задачи силами междисциплинарных команд напрямую связана с проблемой эффективной организации их работы и обеспечения взаимодействия с образованием и индустрией.
Одним из перспективных подходов к решению этой проблемы является концепция уеЬ-лаборатории [1]. Под термином м'еЬ-лаборатория понимается программно-аппаратная инфраструктура, которая поддерживает в рамках единой уеЬ-среды индивидуальные и коллективные научные исследования сотрудников лаборатории, в том числе - проведение численных экспериментов с использованием численных моделей предметных областей, исследуемых сотрудниками лаборатории, составление отчетов, подготовка статей, обсуждение результатов на семинарах и совещаниях, планирование деятельности лаборатории, поддержка учебного процесса (проведение учебных курсов, практических занятий, лабораторных работ, практикумов и т.п.) студентов и аспирантов. Доступ к перечисленным возможностям уеЬ-лаборатории предоставляются пользователям через \'еЬ-браузер.
Однако существующие реализации уеЬ-лабораторий не обеспечивают поддержку численных экспериментов, выполняемых с использованием высокопроизводительной вычислительной техники (суперкомпьютеров, кластеров, ускорителей параллельных вычислений).
На основе анализа задач, которые стоят перед пользователями veb-лаборатории и существующими проектами по реализации подобных платформ, в данной работе был предложен необходимый функционал м/еЬ-лаборатории. Полнофункциональная уеЬ-лаборатория должна обеспечивать:

SHDD- объем постоянной памяти
Tiidd - тип постоянной памяти, характеризующий скорость доступа (Regular,
Fast)
Серверы, объединенные сетью, описываются следующим образом:
D;x = ,

D$х - множество серверов, объединенных сетью;
Lds~ список описателей серверов {D's, D2s,..., D‘ s}’,
TNic - тип соединения между серверами (GigE, Ethernet ÎOG)
Высокопроизводительная кластерная система (для краткости -вычислительный кластер) представляет собой вычислительную систему,
состоящую из объединенных специализированной вычислительной сетью вычислительных узлов, однородных с точки зрения аппаратуры и системного программного обеспечения, которые используются, как единый ресурс, доступ к которому осуществляется через управляющий узел. Каждый вычислительный узел кластера обладает одним или несколькими многоядерными процессорами и оперативной памятью. На каждый вычислительный узел кластера может быть установлен специализированный процессор - ускоритель вычислений. В этом случае используются ускорители одного типа. В состав вычислительного кластера включена распределенная система ввода-вывода и хранения данных.
Вычислительный кластер работает под управлением распределенной
операционной системы, в состав которой входят: операционная система
управляющего узла, копии операционных систем вычислительных узлов, программного обеспечения среднего уровня, которое поддерживает централизованное администрирование, управление и обмен сообщениями распределенных программ.
Инфраструктура управляющего и вычислительных узлов кластера может быть представлена следующими объектами: