Проекты ИПСА НТУУ «КПИ» на 2011 год по линии НАНУ

По результатам конкурса по Государственной программе внедрения грид- технологий, проведенному НАНУ в марте в 2011 г., среди других победителей есть следующие проекты ИПСА НТУУ «КПИ» :

Проект 1. «Создание  практикума по грид- технологиям и  распределенным вычислениям и обработке данных для  подготовки пользователей  и администраторов грид- кластеров »


Соответствие заданиям Программы :
Раздел 6 : Организационное и методическое обеспечение подготовки специалистов для работы  в грид- среде и применения грид- технологий в науке, образовании и других отраслях.

Цель проекта :
Поскольку грид  - технологии  являются достаточно новым направлением в информационных технологиях, в Украине не хватает специалистов, которые бы могли широко внедрять их в научных и других учреждениях и ведомствах. Поэтому Постановлением Совета Министров  Украины в 2010 году была по инициативе ИПСА НАНУ введена новая специальность «Системное проектирование» по направлению «Компьютерные науки»  для подготовки специалистов в сфере приложений распределенных интеллектуальных сред , в частности,  грид- технологий в науке, образовании и других отраслях. Сейчас проводятся  доработка  концепции и  разработка базового учебно-методического обеспечения этой специальности: учебных и рабочих планов базовых дисциплин; создание и издание учебников  пособий, создания учебной грид- системы и соответствующей лабораторной базы, внедрение и поддержка  общей  программы магистерской  подготовки МОНМС и НАНУ из грид- технологий.

Целью проекта является создание  практикума по грид - технологиям и распределенным вычислениям и обработке данных, который поспособствует ускорению подготовки специалистов по распределенным интеллектуальным средам и  параллельным и распределенным вычислениям, обучению системных администраторов работе с этими новыми средствами, обучению основам программирования и создания приложений для распределенных вычислений, требующих для своего функционирования мощных компьютерных ресурсов. Он  состоит из выполнения цикла экспериментальных  исследований, нацеленных на приобретение практических навыков использования грид - технологии для решения научно - практических заданий.

В результате выполнения  практикума слушатели  должны:
- знать: основы грид - технологий, которые позволяют объединить вычислительные ресурсы и ресурсы хранения данных в единую систему, архитектуру национальной грид - инфраструктуры, принципы функционирования основных составляющих грид - системы, технологию подготовки заданий для использования грид - среды;
- уметь: выбирать и использовать промежуточное программное обеспечение для решения научно - практических заданий, адаптировать пакеты прикладных программ к среде Грид, использовать входные языки для описания задания и данных, отслеживать и корректировать ход вычислительного процесса во время числового эксперимента или процесса моделирования;
- приобрести навык практического использования наиболее распространенного промежуточного программного обеспечения NorduGrid ARC,   gLite 3.1 и 3.2.

На базе этого лабораторного практикума  планируется регулярно проводить  семинары для пользователей и администраторов грид- сайтов.

Полученные результаты:
В результате выполнения проекта в 2011 году создан программный междисциплинарный  практикум со следующими экспериментальными исследованиями, которые проводят слушатели на базе существующей учебной грид- системы при решении заданной индивидуальной задачи :
- работа на вычислительном кластере с использованием локальной системы управления  PBS для изучения технологии отдаленного доступа к ресурсам многопроцессорной вычислительной системы и приобретения практических знаний и навыков компиляции и запуска простых программ с использованием системы управления кластера;
- получение  сертификата пользователя, для чего пользователь учится генерировать пару ключей : открытый ключ (как часть сертификата) и закрытый ключ (для подписи сертификата); получать сертификат, создавать прокси- сертификат и пользоваться им;
- изучение технологии удаленного доступа к грид- ресурсам, которые работают под управлением промежуточного программного обеспечения ARC, когда пользователь, используя вычислительный кластер под управлением UNIX - совместимой ОС, разрабатывает файл задания на языке xRSL для запуска через ППОГ ARC согласно варианта задания, запускает задачу через сервер доступа, предварительно создав прокси-сертификат, во время выполнения задачи проверяет ее статус;
- изучение технологии удаленного доступа к грид- ресурсам, которые работают под управлением промежуточного программного обеспечения gLite, когда пользователь  разрабатывает файл задания на языке JDL для запуска через ППОГ gLite согласно варианта задания, запускает задачу через сервер доступа, предварительно создав прокси- сертификат, проверяет ее статус во время выполнения, получает  результаты выполнения и анализирует их;
- изучения построения информационной системы и системы мониторинга промышленных грид - систем, которые работают под управлением промежуточного программного обеспечения gLite и ARC и решают задачу сбора и управления данными о состоянии грида, получая информацию от огромного количества распределенных источников - поставщиков. Подсистема предназначена для постоянного контроля функционирования грид- системы и обеспечения своевременного реагирования на возникающие проблемы.
Таким образом, с  помощью лабораторного практикума можно, получив  сертификат,  готовить свои задачи для запуска, выбирать вычислительный элемент, на котором будет выполняться задание, контролировать процесс выполнения, просматривать результаты выполнения задания и хранить исходные файлы на компьютере пользователя.

Издан предложенный лабораторный практикум с грифом Министерства образования и науки, молодежи и спорта.


 

Проект 2.  «Развитие отдельных сервисов распределенного базового координационного грид- центра национального уровня в Институте прикладного системного анализа НАНУ»


Соответствие заданиям Программы :
Задание 2.4:  Открытие региональных филиалов Центра Сертификации и предоставления международных сертификатов имеющимся национальным грид- ресурсам и пользователям.
Задание 2.2:   Создание систем тестирования, мониторинга и учета использования грид- ресурсов.


Цель проекта :
Одним из требований к грид национального уровня является наличие Центра Сертификации (СА, Certification Authority). СА выдает грид- сертификаты, которые являются «паспортом» для для всех участников грид (пользователей, узлов, сервисов).  Это учтено в  «Положении об Украинском Национальном Грид (УНГ)», где к основным составляющим грид- инфраструктуры Украины отнесены Центр сертификации пользователей и грид-сайтов (СА) с региональными филиалами (РА).
Центр СА работает в соответствии с протоколами и правилами сертификации пользователей национальной грид- инфраструктуры, установленных европейской организацией EUGridPMA, и оказывает услуги выдачи, поддержки и верификации сертификатов пользователей национальной грид- инфраструктуры; выдачи, поддержки и верификации сертификатов узлов грид- сайта   и сервисов грид- сайта   в  национальной грид- инфраструктуре; обеспечивает надежную безотказную работу информационной системы; обеспечивает соблюдение требований информационной безопасности; создает филиалы центра сертификации пользователей национальной грид- инфраструктуры в региональных и других центрах.

Целью проекта являются мероприятия поддержки функционирования и развития Центра сертификации пользователей и грид- сайтов с региональными филиалами (СА), межведомственного по своим назначению и истории создания, в  национальной грид- инфраструктуре в январе 2008 года.   Согласно правилам EUGridPMA и политике выдачи сертификатов к аккредитированному СА предъявляются жесткие требования по доступности сервиса, времени реакции на заявки пользователей, мониторинга безопасности, аудита.

Ожидаемые результаты:
1) Открытие центров регистрации в больших областных центрах.
При первом получении сертификата, а также раз в 3 года в случае продления сертификата, пользователю необходимо лично появиться в СА (РА). В настоящее время есть 3 RA - в Киеве, Харькове и Львове. Планируется открытие еще нескольких RA (в Симферополе и Донецке ). До конца 2012 года желательно обеспечить наличие RA в каждом областном центре, в котором есть грид- пользователи .
2) Проведение однодневных экспресс - курсов для существующих сотрудников RA.
Проведение таких курсов направлено на повышение квалификации сотрудников центров регистрации, разъяснения правил работы с запросами пользователей, взаимодействия CA и RA.
3) Проведение онлайн - семинаров для пользователей.
Семинары ориентированы на новых пользователей, любителей получить сертификат, а также на существующих пользователей, которые сталкиваются с трудностями при использовании сертификата в грид. Необходимость разъяснять пользователям правила работы с сертификатами зафиксирована в "политике выдачи сертификатов UGRID CA" (https://ca.ugrid.org/docs/UGRID _CP_CPS_1.4.pdf), которая основана на нормативных документах EUGridPMA (в частности http://www.eugridpma.org/guidelines/IGTF-AP-classic- 4-2.pdf и RFC 3647,http://www.ietf.org/rfc/rfc 3647.txt).
4) Повышение уровня качества обслуживания пользователей с помощью внедрения IP -телефонии.
Внедрение новых технологий позволит более оперативно реагировать на запросы пользователей, снизит расходы на междугородные переговоры, упростит проведение дистанционных семинаров.
5) Переработка "правил выдачи сертификатов" и других документов.
Для подтверждения аккредитации и продолжения дальнейшей работы необходимо привести "правила выдачи сертификатов" и другие документы в соответствие с требованиями EUGridPMA и национальным законодательством, которые изменились в 2010 году.
6) Разработка нормативной документации и должностных инструкций для RA - и CA - операторов
Для соответствия нормам EUGridPMA для работы СА- и  RA -операторов, особенно в области взаимодействия между CA и RA, необходимо создать четкие правила.
7) Проведение внутренних аудитов
В соответствие с требованиями EUGridPMA необходимо проводить внутренние аудиты как минимум раз в году. Необходимость проводить аудиты зафиксирована "политике выдачи сертификатов UGRID CA" (https://ca.ugrid.org/docs/UGRID_CP_CPS_1.4.pdf), которая основана на нормативных документах EUGridPMA (в частности  http://www.eugridpma.org/guidelines/IGTF-AP-classic- 4-2.pdf и RFC 3647 http://www.ietf.org/rfc/rfc 3647.txt).
8) Подготовка к внешнему аудиту
В соответствии с требованиями аккредитированный Центр Сертификации должен быть готов к проведению аудита представителями EUGridPMA. Обнаруженные серьезные недостатки в организации работы Центра Сертификации могут привести к прекращению его аккредитации.
При проведении внутреннего аудита были обнаружены определенные несоответствия нормам EUGridPMA в роботе CA, которые должны быть исправлены в первом полугодии 2011 года. Повторное проведение внутреннего аудита запланировано на апрель 2011 года. Доклад в EUGridPMA и представление результатов - во время конференции в Праге 11-13 мая 2011 года.
9) Переход на новый корневой сертификат.
В связи с окончанием  (в январе в 2013 г.) срока действия корневого сертификата UGRID CA необходимо не меньше чем за год начать процедуру перехода на новый корневой сертификат.

В результате выполнения этого проекта обеспечено европейское качество грид- сервиса  обслуживания отечественных пользователей через межведомственный Центр сертификации пользователей и грид- сайтов с региональными филиалами (СА). Сам центр СА сможет плодотворно сотрудничать с другими национальными центрами СА, а его работники посещать ежегодные собрания представителей европейских СА для отчета и обмена опытом. По требованиям  организации  EUGridPMA обязательное участие хоть бы одного представителя от каждого национального аккредитованного СА на таких собраниях (http://www.eugridpma .org/meetings/)

Статистика выдачи сертификатов по годам следующая: 2008 г. -68 шт., 2009 г.- 184 шт. и 2010 г.- 243 шт. Как правило, сертификат выдается сроком  на  1 год.  В связи с ростом интереса научного содружества к грид- технологиям в 2011-2012 годах предусматривается значительное увеличение числа пользователей, которым будет нужны грид- сертификаты. В Великобритании, например, с 2002 года выдано около 25000 сертификатов, из которых действительных на данный момент около 9000.


Проект 3. "Создание и внедрение учебно-методического обеспечения для целевой подготовки магистров в области грид-технологий для институтов НАНУ"


Соответствие заданиям Программы :
Раздел 6: Организационное и методическое обеспечение подготовки специалистов для работы грид-среде и применения грид-технологий в науке, образовании и других областях.

Цель проекта:
Целью проекта является организация совместной подготовки специалистов по грид-технологиям силами НАНУ-КПИ, кадровое обеспечение по использованию таких технологий в академических институтах на базе новой специальности "Системное проектирование" по направлению "Компьютерные науки", введенной Постановлением Кабинета Министров Украины в 2010 году по инициативе ИПСА НАНУ.
Системное проектирование - это междисциплинарная методология построения интеллектуальных сред, предназначенных для решения задач исследования сложных объектов (систем, процессов) разной физической природы компьютерными средствами и при активном участии людей (экспертов, аналитиков, инженеров, исследователей). Объектом исследования в системном проектировании являются разнообразные объекты, подпадающие под категорию сложных систем и процессов, скажем, такие, как информационные среды (например, распределенные компьютерные системы, семантические веб- и грид-сети), объекты научных исследований (например, космические и  биологические объекты), сложные технические системы (например, интегральные электронные схемы или гибридные встроенные электронно-механические системы), экологические системы, технологические или бизнес-процессы и т.п.
Совместная целевая подготовка специалистов по грид-вычислениям для институтов НАНУ базируется на:
а) учебно-методическом обеспечении (учебных программах, текстах лекций, компьютерных практикумах и др.);
б) существующей учебной грид-инфраструктуре;
в) унифицированном программном обеспечении промежуточного уровня (UMD - Unified Middleware Distribution) и средствах унифицированного доступа к грид-сервисам учебной грид-инфраструктуры;
г) проведении практик в институтах НАНУ и магистерских исследований по тематике НАНУ.

Содержательная часть целевой подготовки магистров включает:
а) парадигмы и методы распределенных вычислений и процессов обработки данных;
б) ПО промежуточного уровня грид-системы (ППО);
в) технологии облачных вычислений;
г) семантическое моделирование в грид-среде;
д) организационно-методическое обеспечение грид-систем.
Научные исследования магистров специальности "Системное проектирование" будут выполняться по тематике академических институтов на базе ННК "Институт прикладного системного анализа" с использованием ресурсов национальной грид-инфраструктуры Украины и украинского Мирового Центра Данных, соединенного с сетью подобных центров 52-х стран мира.

Ожидаемые результаты:
В результате выполнения этого проекта будет создана учебно-методическая и научная база для подготовки и переподготовки специалистов, способных обеспечить функционирование грид-среды и применение грид-технологий в науке, образовании и других областях.
Научная и научно-техническая продукция, создание которой предусмотрено проектом, будет включать:
1) Учебные программы по базовым и выборочным дисциплинам магистерской подготовки "Грид и облачные распределенные среды высокопродуктивных параллельных вычислений", "Интеллектуальная обработка данных в распределенных информационных средах", "Семантические веб- и грид-сервисы", "Поиск и предварительная подготовка данных", "Распределенные системы принятия решений и логических выводов", "Мультимодальный интерфейс пользователя", "Средства моделирования распределенных систем обработки данных".
2) "Физтеховскую" методику проведения практик и исследований в учреждениях НАНУ с привлечением ученых академических институтов к руководству магистерскими исследованиями, в частности, Института теоретической физики (ИТФ), Института молекулярной биологии и генетики (ИМБиГ) и других.
3) Учебную грид-систему на базе ППО (UMD - Unified Middleware Distribution) проекта EMI (European Middleware Initiative) для приобретения специалистами разных специальностей опыта работы в грид-среде, включая методику и материалы тренинга, внедряемые в Европейской программе EGI. ППО UMD является совместным согласованным продуктом разработчиков ARC, gLite, dCache и UNICORE.
4) Подготовку и издание учебного пособия "Практикум по использованию грид-системы под управлением промежуточного программного обеспечения UMD в научных исследованиях" совместным авторским коллективом из представителей НАНУ и МОНМС.

 

Ukrainian (UA)Russian (CIS)English (United Kingdom)