Программа учебного курса «Основы Грид-технологии и метакомпьютинга»

для повышения квалификации преподавателей  НТУУ «КПІ»

І. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Грид является технологией обеспечения гибкого, безопасного и координированного общего доступа к ресурсам. При этом слово «ресурс» понимается в очень широком смысле, то есть ресурсом может быть аппаратура (жесткие диски, процессоры), а также -  системное и прикладное программное обеспечение (библиотеки, программы). Таким образом, Грид претендует на роль универсальной инфраструктуры для обработки данных, в которой функционирует множество сервисов, которые позволяют предоставить новое качество решения различных классов задач. Особенно, таких, которые невозможно решить в адекватные сроки локально на одном, даже мощнейшем компьютере.
Окончательно приобретя завершенную форму нового течения в информационных технологиях в начале ХХІ века, Грид-технологии успешно применяются во многих широкомасштабных научных, образовательных, инженерных и бизнес-проектах. Сегодня трудно найти более-менее развитую страну, в которой не были бы развернуты национальные Грид-проекты. Кабинет Министров Украины принял Постановление №1020  от 23 сентября 2009 года «Государственная целевая научно-техническая программа внедрения и приложения Грид-технологий на 2009-2013 годы», которой предшествовали и другие программы и проекты по Грид. В выполнении этих проектов активную, передовую роль играет НТУУ «КПІ». Следует заметить, что уже утверждена и впервые в Украине успешно применяется в учебном процессе экспериментальная учебная программа дисциплины «Грид-технологии в науке и образовании», разработанная на кафедре Системного проектирования ННК «ИПСА».
Задачей данной учебной программы является ознакомление студентов и преподавателей с концепцией Грид-компьютинга и текущим состоянием дел в этой области.


ІІ. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ

 

Семестр

Всего

Распределение часов по видам занятий

Лекц.

Семин.

Лабор.

Индив.

СРС

Аттестат.

72

36

36

экзамен

 


 

ІІІ. ЦЕЛЬ И ЗАДАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Курс  обобщает  сегодняшнее представление о Грид-технологиях и проблемах, которые стоят на пути их развертывания и внедрения, и содержит, главным образом, материалы из иностранных печатных и Интернет-источников, поскольку печатных монографий или учебных материалов по Грид в Украине пока что практически нет.

В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать основы Грид-технологий, их назначение, области применения, механизмы реализации и основные архитектурные решения Грид-систем;
уметь проектировать, инициировать, контролировать, корректировать ход вычислительного процесса в Грид-среде;
иметь навыки практического использования наиболее распространенного прикладного программного обеспечения Грид для решения прикладных задач.


 

IV. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

IV.1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ ПО ТЕМАМ

 

Названия разделов, тем

Распределение учебного времени

Всего

Лекц.

Семин.

Лабор.

Инд.

СРС

Тема 1. История Грид и Грид-вычислений. Области применения Грид.

4

4

Тема 2. Технология Грид.

4

4

Тема 3. Архитектура Грид

4

4

Тема 4. Сервисно-ориентированный подход

4

4

Тема 5. Безопасность в Грид. Виртуальные организации

4

4

Тема 6. Промежуточное программное обеспечение

4

4

Тема 7. Вычислительные Грид

4

4

Тема 8. Грид данных

2

2

Тема 9. Грид знаний. Семантический Веб

4

4

Тема 10. Грид-порталы

2

2

Всего в семестре

72

36

36

 


 

IV.2. ЛЕКЦИИ

Тема 1. История Грид и Грид-вычислений. Области применения Грид.
1.1.Предпосылки появления Грид-систем.
1.2.История возникновения Грид.
1.3.Пользователи Грид.
1.4.Прикладные приложения Грид. Наука, Промышленность, Бизнес, Образование.
1.5.Поколения в развитии Грид-систем.
1.6.Направления будущего развития Грид.
1.7.Грид в Украине.

Тема 2. Технология Грид.
2.1.Определение Грид-системы.
2.2.Главные требования к Грид-системе.
2.3.Отличия от традиционных распределенных систем.
2.4.Одноранговые вычисления и Грид.

Тема 3. Архитектура Грид
3.1.Уровни и главные компоненты архитектуры.
3.2.Протоколы и интерфейсы.
3.3.Вопрос функциональной совместимости.
3.4.Примеры архитектуры Грид-систем.
3.5.Открытая архитектура Грид-сервисов (OGSA)

Тема 4. Сервисно-ориентированный подход
4.1. Веб-сервисы. SOAP, WSDL.
4.2.Реализация OGSA : OGSI
4.3.Реализация OGSA : WSRF
4.4.Подходы к организации сложных сервисов и потоков работ.
4.4.Дальнейшее развитие концепции. Клауд-компьютинг.

Тема 5. Безопасность в Грид. Виртуальные организации (ВО).
5.1.Базовые технологии. Шифрование. Ключи.
5.2.Цифровая подпись. Сертификат.
5.3. Инфраструктура безопасности Грид (GSI).
5.3. Понятие ВО. Примеры существующих ВО.
5.3.Аутентификация и авторизация. ВО и локальное администрирование.
5.4.Делегирование и однократный вход пользователей.

Тема 6. Промежуточное программное обеспечение
6.1.Основные задачи ППЗ.
6.2.История развития ППЗ для Грид.
6.3.Короткий обзор и сравнительный анализ современных пакетов ППЗ
Globus Toolkit, Nordugrid ARC, UNICORE, gLite.
6.4.Вопрос функциональной совместимости.

Тема 7. Вычислительные Грид
7.1.Параллельное программирование и Грид. Модели программирования.
7.2.Задачи в Грид и основные операции над ними.
7.3.Компоновка сложных задач. Потоки задач.

Тема 8. Грид данных
8.1.Специфика Грид данных.
8.2.Размещение данных и служб из их обработки.
8.3.Управление данными в Грид.
8.4.Репликация, передача данных.

Тема 9.Грид знаний. Семантический Веб.
9.1.Интеллектуальная обработка данных и Грид.
9.2.Интеллектуальные агенты.
9.3.Семантический Веб.
9.4. Онтология. Языки описания, основные стандарты.
9.5.Онтология Грид и Грид-служб.

Тема 10. Грид-порталы
10.1.Веб-порталы как точка доступа к Грид
10.2.Возможности существующих Грид-порталов.
10.3.Технология портлетов.    Существующие портлеты и платформы.


IV.5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Целью курса лабораторных работ является приобретение навыков по использованию Грид-технологий для анализа, оптимизации и проектирования инженерных объектов.

 

Названия разделов, тем

Лабораторная работа

Объем в часах

Тема 1. История Грид и Грид-вычислений. Области использования Грид.

Мониторинг Грид-проектов. Учебный портал для Грид-пользователей.

4

Тема 2. Технология Грид.

Сетевые клиенты и серверы. TCP, Sockets

4

Тема 3. Архитектура Грид

Построение распределенной системы с помощью RPC/RMI

4

Тема 4. Сервисно-

ориентированный подход

Веб-сервисы.

Инструментарий Клауд-систем.

4

Тема 5. Безопасность в Грид. Виртуальные организации

Использования ключей, Грид-сертификаты.

Процедура приобретения членства в виртуальной организации.

4

Тема 6. Промежуточное программное обеспечение

Запуск Грид-задач.

4

Тема 7. Вычислительные Грид

Параллельные сервисы и Грид-задачи.

4

Тема 8. Грид данных

Сервисы работы с данными в Грид.

2

Тема 9. Грид знаний. Семантический Веб

Разработка онтологии.

4

Тема 10. Грид-порталы

Грид-портлеты.

2

Всего

36


 

V. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении курса широко используются технические средства, материалы курса изложены в мультимедийных презентациях, в учебном процессе применяются компьютеры со специализированным программным обеспечением и выходом к сети Интернет.


 

VІ. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Кроме презентаций, слушатели курса имеют возможность пользоваться учебными пособиями, подготовленными в рамках экспериментальной учебной дисциплины «Грид-технологии в науке и образовании» (Петренко А.И. Введение в Грид-технологии для науки и образования), а также раздаточными материалами. Список некоторых рекомендованных источников приведен ниже.  

1.    Петренко А.І. Вступление к Грід-технологиям для науки и образования. Киев, НТТУ «КПІ», 2008.
2.    Петренко А.І. Приложение Грід-технологий в науке и образовании. Киев, НТУУ «КПІ», 2009.
3.    Величкевич С. В., Петренко А.И. Распределенная, интегрированная вычислительная среда Grid // Электроника и связь. - 2003. - Т19. с.36-42
4.    F. Berman, G. Fox, A. Hey. Grid Computing : Making The Global Infrastructure a Reality. John Wiley & Sons, 2003.
5.    I. Foster,   C. Kesselman. The Grid 2: Blueprint for a New Computing Infrastructure. Morgan Kaufmann, 2003
6.    M.Li, M.Baker. The Grid. Core Technologies. Wiley, 2005.
7.    J.Cunha, O.Rana. Grid Computing : Software Environments and Tools. Springer, 2006.



Программу  составили                    Стиренко С. Г., Молчановский А. И., Булах Б.В.
Программу утвердил                               проф. Петренко А.И.

 

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