Програма навчального курсу «Основи Грід-технології та метакомп'ютінгу»

для підвищення кваліфікації викладачів  НТУУ «КПІ»

І. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Грід є технологією забезпечення гнучкого, безпечного і скоординованого загального доступу до ресурсів. При цьому слово «ресурс» розуміється в дуже широкому сенсі, тобто ресурсом може бути апаратура (жорсткі диски, процесори), а також системне і прикладне програмне забезпечення (бібліотеки, програми). Таким чином, Грід претендує на роль універсальної інфраструктури для обробки даних, в якій функціонує множина сервісів, які дозволяють дати нову якість рішення різних класів задач. Особливо – таких, які неможливо вирішити у адекватні строки локально на одному, навіть найпотужнішому комп’ютері.

Остаточно набувши завершеної форми нової течії в інформаційних технологіях на початку ХХІ століття, Грід-технологія успішно застосовується у багатьох широкомасштабних наукових, освітніх, інженерних та бізнес-проектах. Сьогодні важко знайти більш-менш розвинену країну, в якій не було б розгорнуто національні Грід-проекти. Кабінет Міністрів України прийняв Постанову №1020  від 23 вересня 2009 року «Державна цільова науково-технічна програма впровадження і застосування Грід-технологій на 2009-2013 роки», якій передували й інші програми та проекти з Грід. У виконанні цих проектів активну, передову роль відіграє НТУУ «КПІ». Слід відмітити, що вже затверджена і вперше в Україні успішно застосовується в навчальному процесі експериментальна навчальна програма з дисципліни «Грід-технології в науці і освіті», розроблена на кафедрі Системного проектування ННК «ІПСА».

Задачею даної навчальної програми є ознайомлення студентів та викладачів з концепцією Грід-комп’ютингу та поточним станом справ у цій області.


ІІ. РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ

 

Семестр

Всього

Розподіл годин по видах занять

Лекц.

Семін.

Лабор.

Індив.

СРС

Атестат.

72

36

36

екзамен


 

ІІІ. МЕТА І ЗАВДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ

Курс  узагальнює  сьогоднішнє уявлення про Грід-технології та проблеми, що стоять на шляху їх розгортання і впровадження, і містять, головним чином, матеріали з іноземних друкованих та Інтернет-джерел, оскільки друкованих монографій чи навчальних матеріалів з Грід в Україні поки що практично немає.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні:
знати основи Грід-технологій, їх призначення, області застосування, механізми реалізації та основні архітектурні рішення Грід-систем;
уміти проектувати, ініціювати, контролювати, коригувати хід обчислювального процесу у Грід-середовищі;
мати навики практичного використання найбільш поширеного прикладного програмного забезпечення Грід для вирішення прикладних задач.


IV. ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

IV.1. РОЗПОДІЛ НАВЧАЛЬНОГО ЧАСУ ЗА ТЕМАМИ

 

Назви розділів, тем

Розподіл навчального часу

Всього

Лекц.

Семін.

Лабор.

Індив.

СРС

Тема 1. Історія Грід та Грід-обчислень. Області використання Грід.

4

4

Тема 2. Технологія Грід.

4

4

Тема 3. Архітектура Грід

4

4

Тема 4. Сервісно-орієнтований підхід

4

4

Тема 5. Безпека у Грід. Віртуальні організації

4

4

Тема 6. Проміжне програмне забезпечення

4

4

Тема 7. Обчислювальні Грід

4

4

Тема 8. Грід даних

2

2

Тема 9. Грід знань. Семантичний Веб

4

4

Тема 10. Грід-портали

2

2

Всього в семестрі

72

36

36


 

IV.2. ЛЕКЦІЇ


Тема 1. Історія Грід та Грід-обчислень. Області використання Грід.
1.1.Передумови появи Грід-систем.
1.2.Історія виникнення Грід.
1.3.Користувачі Грід.
1.4.Прикладні застосування Грід. Наука, Промисловість, Бізнес, Освіта.
1.5.Покоління в розвитку Грід-систем.
1.6.Напрями майбутнього розвитку Грід.
1.7.Грід в Україні.

Тема 2. Технологія Грід.
2.1.Визначення Грід-системи.
2.2.Головні вимоги до Грід-системи.
2.3.Відмінності від традиційних розподілених систем.
2.4.Однорангові обчислення і Грід.

Тема 3. Архітектура Грід
3.1.Рівні та головні компоненти архітектури.
3.2.Протоколи та інтерфейси.
3.3.Питання функціональної сумісності.
3.4.Приклади архітектури Грід-систем.
3.5.Відкрита архітектура Грід-сервісів (OGSA)

Тема 4. Сервісно-орієнтований підхід
4.1.Веб-сервіси. SOAP, WSDL.
4.2.Реалізація OGSA: OGSI
4.3.Реалізація OGSA: WSRF
4.4.Підходи до організації складних сервісів та потоків робіт.
4.4.Подальший розвиток концепції. Клауд-комп’ютинг.

Тема 5. Безпека у Грід. Віртуальні організації (ВО).
5.1.Базові технології. Шифрування. Ключі.
5.2.Цифровий підпис. Сертифікат.
5.3. Інфраструктура безпеки Грід (GSI).
5.3. Поняття ВО. Приклади існуючих ВО.
5.3.Аутентифікація та авторизація. ВО та локальне адміністрування.
5.4.Делегування та однократний вхід користувачів.

Тема 6. Проміжне програмне забезпечення
6.1.Основні задачі ППЗ.
6.2.Історія розвитку ППЗ для Грід.
6.3.Короткий огляд і порівняльний аналіз сучасних пакетів ППЗ
Globus Toolkit, Nordugrid ARC, UNICORE, gLite.
6.4.Питання функціональної сумісності.

Тема 7. Обчислювальні Грід
7.1.Паралельне програмування і Грід. Моделі програмування.
7.2.Задачі у Грід та основні операції над ними.
7.3.Компонування складних задач. Потоки задач.

Тема 8. Грід даних
8.1.Специфіка Грід даних.
8.2.Розміщення даних та служб з їх обробки.
8.3.Управління даними у Грід.
8.4.Реплікація, передача даних.

Тема 9.Грід знань. Семантичний Веб.
9.1.Інтелектуальна обробка даних і Грід.
9.2.Інтелектуальні агенти.
9.3.Семантичний Веб.
9.4. Онтології. Мови опису, основні стандарти.
9.5.Онтології Грід та Грід-служб.

Тема 10. Грід-портали
10.1.Веб-портали як точка доступу до Грід
10.2.Можливості існуючих Грід-порталів.
10.3.Технологія портлетів.    Існуючі портлети та платформи.


IV.5. ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ

Метою курсу лабораторних робіт є набуття навичок по використанню Грід-технологій для аналізу, оптимізації та проектування інженерних об'єктів.

 

Назви розділів, тем

Лабораторна робота

Об'єм в годинах

Тема 1. Історія Грід та Грід-обчислень. Області використання Грід.

Моніторинг Грід-проектів. Навчальний портал для Грід-користувачів.

4

Тема 2. Технологія Грід.

Мержеві клієнти та сервери. TCP, Sockets

4

Тема 3. Архітектура Грід

Побудова розподіленої системи за допомогою RPC/RMI

4

Тема 4. Сервісно-

орієнтований підхід

Веб-сервіси.

Інструментарій Клауд-систем.

4

Тема 5. Безпека у Грід. Віртуальні організації

Використання ключів, Грід-сертифікати.

Процедура набуття членства у віртуальній організації.

4

Тема 6. Проміжне програмне забезпечення

Запуск Грід-задач.

4

Тема 7. Обчислювальні Грід

Паралельні сервіси та Грід-задачі.

4

Тема 8. Грід даних

Сервіси роботи з даними у Грід.

2

Тема 9. Грід знань. Семантичний Веб

Розробка онтологій.

4

Тема 10. Грід-портали

Грід-портлети.

2

Всього

36


V. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

При вивченні курсу широко використовуються технічні засоби, матеріали курсу викладено у мультимедійних презентаціях, в навчальному процесі застосовуються комп’ютери зі спеціалізованим програмним забезпеченням та виходом до мережі Інтернет.


 

VІ. НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ

Окрім презентацій слухачі курсу мають змогу користуватися навчальними посібниками, підготовленими в рамках експериментальної навчальної дисципліни «Грід-технології в науці і освіті» (Петренко А.І. Вступ до Грід-технологій для науки і освіти), а також роздатковими матеріалами. Список деяких рекомендованих джерел наведено нижче. 

1. Петренко А.І. Вступ до Грід-технологій для науки і освіти. Київ, НТТУ «КПІ», 2008.
2. Петренко А.І. Застосування Грід-технологій в науці та освіті. Київ, 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.


Програму   склали                    Стіренко С.Г., Молчановський О.І., Булах Б.В.
Програму затвердив                проф. Петренко А.І.

 

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