Ситема подготовки кадров ВМК МГУ в области грид-

технологий и распределенного

компьютинга

В.А. Сухомлин, А.П. Афанасьев, Л.А. Калиниченко, М.А. Посыпкин,

С.А. Ступников, О.В. Сухорослов

Дубна, 03 декабря 2010 г.

Постановка задачи

Создание системы подготовки кадров в сфере грид-технологий и распределенного компьютинга в рамках системы ВПО (системы грид-образования - СГО), включая:

- определение места СГО в системе ВПО - создание учебно-методического обеспечения

(спецификации объема знаний, учебных программ, учебных курсов и практических занятий, УМК и пр.)

- создание учебной грид-инфраструктуры - создание программного обеспечения промежуточного слоя

(middleware) для СГО- организация учебных процессов для классической и

смешанных форм обучения

Модель университетского классического ИТ-образования

Университетское ИТ-образование

Computational Science

(applied mathematics)

Computing

Computer Engineering-CE2004Computer Science - CS2008Information Systems - IS2008Software Engineering - SE2004Information Technology - IT2008…

Направления ИТ-образования классических российских университетов

• 010400 - Прикладная математика и информатика - Создано и развивается ВМК 40 лет (реализуют >50 университетов) – эквивалент Computational Science

• 010300 Фундаментальная информатика и информационные технологии – ФИИТ (до 2010 года «Информационные технологии») - эквивалент Computing (Создано и развивается ВМК с 2002 года, реализуют >30 университетов)

*) УМО классических университетов приняло решение в 2008 г. об уточнении названия направления «Информационные технологии», предложив для новое название «Фундаментальная информатика и информационные технологии» (ФИИТ), что более точно отражает сектор ИТ-образования с позиций классических университетов.

Модель уровневой системы ВПО Модель уровневой системы ВПО

БакалаврБакалавр 1 1 МагистрМагистр 1 1

БакалаврБакалавр 1 1

МагистрМагистр 2 2

Бакалавр 2Бакалавр 2

АспирантураАспирантура

СпециалистСпециалист 2 2

(107 специальностей)

Второе высшее образованиеВторое высшее образование

Первое Высшее образование

Профили для ФИИТ в ФГОС третьего поколения

• Список профилей направления 010300 Фундаментальная информатика и информационные технологии – бакалавр ИТ

1. Информатика и компьютерные науки

2. Автоматизация научных исследований

3. Открытые информационные системы

4. Сетевые технологии

5. Инженерия программного обеспечения

6. Супервычисления

7. Интеллектуальные системы

8. Инженерия знаний и электронное обучение

Направления научной деятельности Магистра ИТ: в ФГОС третьего поколения

• Интеллектуальные системы;

• Биоинформатика;

• Когнитивные информационные технологии;

• Вычислительные технологии;

• Компьютерные науки;

• Технологии баз данных;

• Электронные библиотеки;

• Параллельное и распределенное программирование;

• Супервычисления.

• …

Выводы

• Наиболее адекватной платформой для создания системы подготовки кадров в области грид-технологий и супервычислений являются направления 010300 ФИИТ и 010400 ПМИ

• Актуальные образовательные задачи:

- разработка профиля/трека для подготовки бакалавров ИТ, специализирующихся в области грид и распределенного компьютинга

- разработка магистерской программы- Первоочередным шагом выбрана разработка

магистерской программы, включая разработку соответствующего объема знаний и системы компетенций, учебной программы и учебного плана

Классификация Грид-технологий

• - вычислительные гриды, ориентированные на распределенные вычисления с целью образования «виртуального суперкомпьютера» - многими связанными посредством сети компьютерами, действующими совместно для решения сложных задач, требующих большого объема вычислений.

• - информационные гриды, обеспечивающие доступ к неоднородным, распределенным репозиториям данных большого объема наряду с разделяемым доступом к другим видам ресурсов.

Также разделяют такие подвиды информационных гридов как:• - гриды знаний, в которых акцентируется представление

метаинформации об информационных ресурсах, включенных в грид, обеспечивающей возможности логических рассуждений при доступе к информационным ресурсам,

• - онтологические гриды с акцентом на представление информации о предметной области решаемых задач,

• - семантические гриды, в которых информационные и вычислительные ресурсы определяются посредством семантической модели, и др.

Классификация вычислительных Грид-технологий

Вычислительная инфраструктура для e-Science включает два больших класса грид-технологий:

- Сервисные гриды (service type Grids) - включая EGEE, D-Grid, BIG-Grid, NGS. Суммарная мощность в Европе – 100000 процессоров.

- Гриды рабочих станций (Desktop Grids) – BOINC, SZTAKI Grid, Extramarura Grid, AlmereGrid – будучи объединенными формируют вычислительный ресурс в 1000000

В качестве базовой технологии на первом этапе выбрана технология вычислительного грида рабочих станций BOINC

Модель технологии BOINC

Информационный грид с посредником на основе канонической информационной модели

• diversity of information models

models, languages

MDASOA

DigitalLibrariesGrid

ODMGSQL UML

XML

ProcessModels Workflow

Models

OntologicalModelsMetadata

Models

architectures

information

resources

• accumulation of heterogeneous information resources

• need for integration, reuse and composition of information resources

CORBA

RDF

DBMS

OWLWFMA

12/30

Каноническая модель на основе языка Synthesis

The main principle of canonical model consists in its extensibility. A kernel (SYNTHESIS language) of the canonical model is fixed. For each specific information model M of the environment an extension of the kernel is defined so that this extension together with the kernel is refined by M

It is said that specification A refines specification D, if it is guaranteed that A can be instead of D so that the user of D does not notice this substitution

R1

R2

R3

Resource information models

E1

E2

E3

Canonical Model

Kernel

refines

refines

refines

13/30

Семантический грид, основанный на посреднике - Mediation Based Semantic Grid (MBSG) Infrastructure

14/30

План создания первой очереди системы Грид-образования

• Разработка модели (архитектуры) объема знаний (Knowledge of Body of Grid-Education – KoBGE)

• Разработка KoBGE• Определение треков подготовки и их проекций на KoBGE• Разработка системы курсов, практикумов, спецсеминаров• Анализ и выбор типовых образовательных грид-сайтов грид-

инфраструктуры• Выбор, создание, отработка инструментальных средств реализации

грид-вычислений (рантайм)• E-Learning-решения для образовательного контента KoBGE• E-Learning решения для связывания с грид-средой• Формирование и расширение профильной виртуальной кафедры • Создание профильной распределенной лаборатории• Формирование учебной грид-инфраструктуры• Развитие и отработка интеграционных решений для обеспечения

бесшовного совместного использования разнородных грид-технологий

• Разработка и каталогизация грид-приложений• Организационно-методическое обеспечение

7. Архитектура объема знаний. Предметные области

• DC1: Архитектура параллельных и распределенных вычислительных систем

• DC2: Парадигмы и методы распределенных вычислений и процессов обработки информации

• DC3: Грид-системы и ПО промежуточного слоя• DC4: Распределенные объектные технологии• DC5: Технологии облачных вычислений• DC6: Онтологическое моделирование в грид-среде• DC7: Методы обеспечения безопасности грид-систем• DC8: Администрирование грид-систем• DC9: Методы и средства разработки грид-приложений• DC10: Организационно-методическое обеспечение

грид-систем

IT (Computing)

CS

CS SE IS sIT

Общие комп. профессии

…

профиль профиль профиль профиль

Архитектура ОЗ

Areas------------------

Arears------------------

Arears------------------

Arears------------------

Предметные области

ТемыArea

Units

Topics

Треки

Курсы

Прогр. Курсов

Общий профиль CS

Стратегии

Темы программы базового спецкурса – часть 1

• Высокопроизводительные распределенные технологии и ГРИД

• Введение в параллельные и распределенные вычисления • Основные технологии разработки программ для систем с общей и

распределенной памятью • Практикум по параллельным вычислением• Введение в Грид-технологии • Основы технологии Десктоп-грид• Установка и настройка BOINC• Запуск распределенных приложений в платформе BOINC• Разработка и сборка приложений для платформы BOINC –I• Разработка и сборка приложений для платформы BOINC –II• Введение в технологию MapReduce, реализация на платформе Hadoop• Разработка и запуск приложений на платформе Hadoop • Высокоуровневые технологии на базе MapReduce, язык PIG, библиотека

Cascading

+ Практикум ы (Мастер-класс) - Установка BOINC-сервера, создание BOINC-проекта, Развёртывание приложения,

Темы программы базового спецкурса – часть 2

• Информационные грид-архитектуры

• Методы интеграции информационных ресурсов

• Информационные модели ресурсов и их унификация в семантическом гриде

• Онтологическое и концептуальное моделирование предметных областей при решении задач в семантическом гриде

• Инфраструктура промежуточного слоя предметных посредников для решения задач над множеством распределенных ресурсов в информационном гриде

• Организация решения задач над множеством интегрируемы информационных ресурсов грида

•  

• Проект открытый. Для его реализации будет использован консорциумный подход на базе сайта поддержки учебно-методических совета для направлений ПМИ и ФИИТ

• it-edu.ru

Партнеры

К программе проявили интерес

•МГУ им. М.В. Ломоносова

•МФТИ

•МИЭТ

•СПбГУ

•КГУ …

•ТГТУ

Спасибо за внимание!