Название проекта Построение единого информационно-вычислительного пространства Математического Факультета и интеграция с системой “Университет” на базе ОС Linux и свободного программного обеспечения.	Номер проекта 10-2003а/ВолГУ Научное направление: Информационные технологии.
Руководитель проекта: Карпов Алексей Валерьевич	
Абламский Тарас Леонидович	
Перечень приложений к отчёту	
1. Проект информационной системы математического факультета.	
Фактический объем финансирования проекта за 2003 г: 21 тысяча 480 рублей.	Вид конкурса: а – исследовательский проект.
Подпись руководителя проекта	Дата подачи заявки

Научный отчёт по исследовательскому проекту

Номер проекта

10-2003а/ВолГУ

Руководитель проекта:

Карпов Алексей Валерьевич.

Научное направление:

Информационные технологии.

Ключевые слова:

ОС Linux, свободное программное обеспечение, информационные технологии, web-технологии, вычислительный кластер, графические терминалы, удаленный доступ, базы данных, файл-серверы, клиент-серверные технологии.

Заявленный в проекте план работы на 2003г.:

Разработка проекта и создание системы на базе файл-сервера Sigma.

Создание универсальной подсистемы доступа пользователей в информационную систему (LDAP-сервер авторизации).

Установка и настройка файл-сервера Математического Факультета.

Организация вычислительного кластера с возможностью миграции процессов в компьютерном классе 3-07А (на основе технологии OpenMosix).

Организация из компьютеров класса 3-05А графических терминалов (Х-терминалов) с использованием вычислительной мощности 3-07А.

Организация внутрифакультетского почтового сервера с возможностью маршрутизации почты в интернет и обратно.

Организация внутрифакультетского Web-сервер с возможностью ограниченного доступа к данным из Internet.

Интеграция в университетскую сеть тех составляющих сети факультета, которые выдержали апробацию временем.

Содержание фактически проделанной за год работы, полученные в 2003г. конкретные результаты.

Актуальность работы по гранту объясняется ситуацией, характерной многим организациям с большим количеством персональных компьютеров, используемых многими пользователями в режиме общего доступа. Так, например, на математическом факультете количество ПЭВМ в три-четыре раза меньше количества преподавателей, их использующих. Преподаватели (пользователи) работают на разных, свободных в данный момент, компьютерах, перенося свою информацию с помощью дискет. В результате этого происходит дублирование информации (файлов) одного пользователя на разных компьютерах. Объединение компьютеров в обычную локальную сеть усиливает упомянутую тенденцию дублирования информации. Как правило, преподаватели не озабочены уничтожением ненужных файлов, что ведет к быстрому росту объемов в принципе устаревшей информации. К примеру, на пяти компьютерах кафедры Вычислительной Механики было обнаружено 32 различных версии индивидуального плана одного из преподавателей. Аналогичная ситуация (даже в большем объеме) имеет место со студенческими файлами в компьютерных классах. В итоге 80-90% созданных пользователями и хранимых на жестких дисках файлов являются бесхозными и содержат устаревшую информацию.

Для решения этой проблемы требовалась система управления файлами, которая бы удовлетворяла следующим критериям:

Каждый пользователь имеет отдельное личное пространство для хранения своей информации (домашняя директория).

Домашняя директория доступна с любого компьютера сети.

Система допускает санкционированный пользователем доступ к его файлам других пользователей (студентов, преподавателей, администрации факультета) в соответствии с уровнем и иерархией.

Система должна быть настроена так, чтобы способы работы пользователя с файлами не отличались от обычной работы в Windows.

Из нескольких доступных многопользовательских систем на факультете использовались ОС Novell Netware и Windows NT 4.0, но они не выдержали проверку временем. По этой причине была выбрана многопользовательская ОC Linux, поскольку она удовлетворяет всем указанным выше требованиям. Кроме того, в силу определенных причин за сравнительно небольшую цену можно приобрести лицензионный дистрибутив этой ОС, включающий в себя все необходимое для реализации гранта программное обеспечение и содержащий в комплекте своей поставки исходные коды его программ, что делает его, помимо всего прочего, хорошим методическим материалом для обучения студентов программированию. Количество пользовательских лицензий при этом неограничено, в отличие от других аналогичных ОС.

Многопользовательская ОС предоставляет пользователю личное дисковое пространство (домашняя директория). Такая ОС вводит понятие владельца файла, ответственного за его содержимое. Возможное замусоривание дискового пространства пользователями решается введением дисковых квот (ограничением максимально допустимого объема занимаемого дискового пространства для пользователя).
Универсальная система доступа была реализована в виде службы каталогов (частный случай распределенной базы данных, оптимизированной для быстрого доступа к хранимым данным) на основе протокола OpenLDAP, запущенной на сервере Sigma. Такой подход позволил хранить не только пароли, но и всю необходимую информацию о пользователе, а также служебные данные сети в одном месте, а также использовать единый пароль пользователя во всех службах, подключенных к LDAP-серверу, например, в почтовом сервере.
Централизованное хранение файлов пользователей факультета (во избежание их дублирования) для компьютеров, работающих под управлением ОС Linux, было реализовано применением клиент-серверной файловой системы NFS, скрывающей разницу между локальной и удаленной файловой системой. Это дало доступ к домашней директории на файл-сервере Sigma с компьютеров под управлением ОС Linux.
Стыковка различных версий ОС Windows и ОС Linux была осуществлена с помощью пакета программного обеспечения Samba, позволяющего пользователям ОС Windows получить доступ к файл-серверу Sigma, работающему под управлением ОС Linux, с получением прав пользователя, то есть получить доступ к домашней директории и с компьютеров, работающих под управлением ОС Windows.

Для удовлетворения требований пунктов 3 и 4 предоставление доступа к файлам лучше всего организовать следующим образом. На файл-сервере в специально отведенном месте для каждого пользователя из административно-преподавательского состава была заведена директория с правом полного доступа владельца к ней и правом на чтение всех остальных пользователей. Внутри нее пользователь создает вложенные директории, доступные с выбранными пользователем правами как для групп пользователей, так и для конкретных пользователей. После этого процесс предоставления доступа к файлам заключается в простом копировании файла в нужную директорию. Правда, как показывает опыт эксплуатации системы, многим пользователям для работы достаточно автоматически создаваемых при регистрации пользователя четырех директорий - для заведующего кафедрой, для других преподавателей, для административных работников и для студентов.

Данный метод, однако, обладает одним недостатком – при необходимости предоставить доступ к одному файлу и студентам, и преподавателям, нужно выложить один файл в две разных папки. Это ведет к увеличению занимаемого объема дискового пространства, и к необходимости синхронизации разных версий одного файла. Для избежания этого возможно использование механизма ссылок ОС Linux – файл, находящийся физически в одном месте, будет виден в нескольких директориях, что позволяет устранить этот недостаток.

Были реализованы и другие способы предоставления доступа к файлам. Для повышения доступности данных был запущен внутрифакультетский FTP-сервис, делающий возможным получение файлов по стандартному протоколу передачи файлов Интернет FTP. При необходимости администратор сервера Sigma может организовать доступ к конкретным файлам пользователя из Internet.
На файл-сервере Sigma был запущен также внутрифакультетский веб-сервер, предоставляющий доступ к данным, выложенным пользователем в специальной папке в своей домашней директории, что позволяет пользователям организовать свой локальный веб-сайт. При необходимости администратор сервера Sigma может организовать доступ к конкретным страницам пользователя из Internet.
Был настроен и запущен внутрифакультетский почтовый сервер с возможностью переадресации почты в Интернет, и служба почтовых рассылок, для организации групп новостей, например, для организации группы почтовой рассылки для членов Совета Факультета, или преподавателей отдельной кафедры.

Для решения сложных, требующих значительной вычислительной мощности задач общепринятым является применение распределенных систем (кластеров). В лаборатории 3-07А был настроен вычислительный кластер, на котором проводились тестовые расчеты в фоновом режиме, что не мешало использованию компьютеров в учебном процессе.

На компьютерах аудитории 3-07А был настроен кластер балансирования нагрузки, который прозрачно для пользователя распределяет исполняемые программы между компьютерами с учетом их загруженности и производительности с помощью технологии OpenMosix.
Рассмотрена и другая возможность повышения эффективности использования устаревших компьютеров – их эксплуатация в режиме графического терминала: все программы, с которыми работают на терминале, физически работают на мощном компьютере (сервере терминалов), а устаревший компьютер служит лишь для передачи программам на сервере данных с клавиатуры и мыши, и вывода данных на дисплей.

Поскольку система в целом в данный момент все еще проходит апробацию преподавателями, интеграция с университетской сетью в настоящий момент преждевременна.

Ниже приведены краткие итоги:

Разработан проект и создана система хранения файлов на базе файл-сервера.

Создана универсальная подсистема доступа пользователей в информационную систему. Проложены сегменты локальной вычислительной сети, соединившие лаборатории 4-02А с 4-03А, 4-03А с 3-07А и 3-02А с 3-07А, для обеспечения подключения компьютеров в этих лабораториях к сети факультета. В настоящий момент база данных системы авторизации включает в себя сведения примерно о 300 студентах и сотрудниках Математического Факультета.

Организовано внутрифакультетское хранилище файлов на файл-сервере Sigma, доступное с любого подключенного к сети компьютера (независимо от ОС), с возможностью предоставления контролируемого доступа к файлам пользователя.

Для обеспечения корректной работы сети была настроена сетевая служба синхронизации времени.

Был создан вычислительный кластер на основе компьютеров лаборатории 3-07А и проверена его работоспособность на стандартных тестовых наборах.

Была настроена и проверена система балансирования нагрузки OpenMosix.

Были настроены и проверены на эффективность Х-терминалы и серверы терминалов.

Был настроен внутрифакультетский почтовый сервер (для каждого пользователя системы выделен почтовый ящик login@mf.volsu.ru). Была настроена служба почтовых рассылок, позволяющая обеспечивать организацию новостных групп.

Был настроен официальный и внутрифакультетский интернет-сервер. На официальном сервере была создана основа сайта Математического Факультета, содержащего блок новостей, форум и фотогалерею. Также на сайте в данный момент размещены отдельные html-страницы, такие, например, как страница семинара кафедры МАиТФ.

При реализации гранта были выявлены следующие препятствия:

В силу недостаточной вычислительной мощности сервера Sigma (Pentium-133) на практике он оказался неспособен обслуживать одновременно административно-преподавательский состав факультета, студентов и поддерживать работоспособность всех необходимых служб. Для разгрузки Sigma потребовалось выделить еще один компьютер такого класса для хранения домашних директорий студентов. Однако, с точки зрения простоты и надежности системы, это существенное ухудшение. Поэтому для использования в роли сервера такой системы целесообразно использовать более мощный компьютер.

Проверка работоспособности вычислительного кластера показала, что выигрыш от применения этой технологии при текущем парке компьютерной техники (Celeron-433) не перевешивает трудности, связанные с необходимостью переписывания имеющегося программного обеспечения для системы распределенных вычислений, с учетом того, что расчеты обычно ведутся на компьютере с тактовой частотой не ниже 1ГГц . Однако при преподавании предметов, связанных с параллельными вычислениями, вычислительный кластер способен заменить суперЭВМ.

Проверка системы балансировки нагрузки показала, что выигрыш в производительности более слабых компьютеров будет заметен, если более мощные компьютеры будут работать под слабой и средней нагрузкой. На практике это соответствует либо окну в паре, либо паре со слабой нагрузкой на процессор, что в условиях сложившейся нагрузки на лаборатории не случается.

Как показала практика, один компьютер класса Athlon-1ГГц способен в режиме сервера терминалов обеспечивать нормальную работу трех терминалов с ресурсоемкими приложениями, такими как графический редактор, офисный пакет и программы символьной математики. Таким образом, из четырех компьютеров три являются морально устаревшими, и только один является относительно современным. Однако данный режим работы доступен только при использовании ОС Linux. Реализации класса графических терминалов по указанному выше принципу помешало отсутствие компьютеров, способных выполнять роль сервера терминалов.

Хотя с учетом проложенных сегментов сети большая часть компьютеров факультета оказалась подключенной к факультетской локальной сети (или может быть подключена без особых усилий), сама сеть оказалась не оптимизированной, вследствие чего скорость работы сети в настоящее время не достигает максимальной.

Содержание фактически проделанной за год работы каждым из основных исполнителей, получивших выплаты по проекту (включая руководителя проекта)

Карпов Алексей Валерьевич:

монтаж локальной сети МФ и обеспечение возможности подключения компьютеров МФ к локальной сети; настройка сервера внутренней локальной сети факультета (сервер Sigma); настройка централизованного хранилища файлов пользователей и обеспечение прозрачного доступа пользователя к своим файлам с любого компьютера сети под управлением Linux посредством сетевой файловой системы NFS; настройка пакета программ Samba для предоставления пользователям доступа к своим файлам с любого компьютера сети под управлением Windows; настройка первичного контроллера домена Windows (PDC – Primary Domain Contorller) на Linux-сервере средствами программного обеспечения Samba и обеспечение возможности подключения компьютеров под управлением Windows к общей локальной сети факультета и предоставлении им ресурсов сети; настройка службы тематических почтовых рассылок; настройка сервера баз данных MySQL для обеспечения работы web-сайта; исследование применимости технологии Х-терминалов в учебно-методическом процессе; исследование применимости технологии бездисковых рабочих станций в учебно-методическом процессе.

Абламский Тарас Леонидович:

настройка централизованной авторизации пользователей локальной сети посредством каталога LDAP; настройка службы каталогов LDAP для хранения общей информации о пользователях и службах локальной сети; поддержка единого хранилища данных о пользователях (базы данных пользователей) с возможностью добавления, удаления и изменения информации о пользователях; настройка Х-терминалов; настройка бездисковых рабочих станций; настройка сервера и клиентов для синхронизации времени на компьютерах локальной сети; создание системы миграции процессов; создание вычислительного кластера; настройка ftp-сервиса, создание ftp-ресурса МФ; настройка электронной почты; настройка интернет-сервера математического факультета ВолГУ; разработка web-сайта МФ с динамическим контентом, состоящим из новостной ленты, web-форума, фотогалереи, поддержки пользователей и возможностью гибкого разделения полномочий по управлению сайтом между администраторами.

Руководитель проекта	________________

Данные о руководителе и исполнителях проекта

Фамилия, имя, отчество	Карпов Алексей Валерьевич
Дата рождения	12 февраля 1979
Ученая степень	нет
Год присуждения ученой степени	----
Ученое звание	нет
Год присвоения ученого звания	----
Должность	ассистент кафедры ВычМех.
Область научных интересов	Информационные технологии, компьютерное моделирование, численное моделирование процессов газовой динамики.
Общее число публикаций	5
Участие в проекте	Р

Руководитель проекта	________________

Фамилия, имя, отчество	Абламский Тарас Леонидович
Дата рождения	21 июня 1979
Ученая степень	нет
Год присуждения ученой степени	----
Ученое звание	нет
Год присвоения ученого звания	----
Должность	программист ЦИТ ВолГУ
Область научных интересов	информационные технологии, вычислительные кластеры, операционные системы, языки программирования, web-программирование.
Общее число публикаций	1
Участие в проекте	И

Исполнитель проекта	________________

Содержание научно-исследовательского проекта

Проект заключался в организации единого информационно-вычислительного пространства Математического факультета ВолГУ.

Развитие информационных технологий и компьютерных сетей предоставляет возможность автоматизации учебных, научных и административных процессов на факультете, увеличение производительности при уменьшении трудозатрат сотрудников факультета, применение современных компьютерных технологий при обучении студентов.

Конкретная задача проекта заключается в построении проекта информационной системы и его последующей поэтапной реализации.

Новизна поставленной в проекте задачи заключается в использовании свободного программного обеспечения, которое стало практические доступно в силу некоторых причин относительно недавно. Построение информационных систем на базе свободного программного обеспечения является одним из новейших путей в информационных технологиях, уже показавшим свою надежность, перспективность и возможность дальнейшего масштабирования с минимальными затратами.

Используемые в проекте пакеты программ являются стандартом де-факто для систем такого класса, а именно: ОС Linux как базовая ОС, OpenOffice как пакет офисных программ, веб-сервер – Apache, пакет OpenMosix для организации системы миграции процессов, OpenLDAP – служба каталогов и система для хранения общей информации, пакет Samba – система организации UNIX и Windows взаимодействия, NFS как среда для централизованного хранения файлов Linux-пользователей, X window system – стандартная графическая среда и XFree86 – ее конкретная реализация, почтовый сервер Postfix, языки программирования и технологии построения динамических вебприложений PHP, Perl, LRN, Zope, Python, использование свободной технологии построения сайтов LRN.

Поквартальный план работ:

Квартал 1

Создание проекта информационной системы и концепции системы безопасности.

Квартал 2

Настройка сервера. Централизованная система авторизации пользователей на LDAP-сервере. Установка и настройка файл-сервера Математического Факультета, включающая настройку NFS, FTP и Samba.

Квартал 3

Организация вычислительного кластера с миграцией процессов на базе OpenMosix в компьютерном классе 3-07А. Организация X-терминалов из компьютеров класса 3-05А и вычислительной мощности кластера 3-07А. Организация внутреннего почтового сервера факультета с возможностью маршрутизации почты в интернет и обратно. Организация локального Web-сервер с возможностью публикации в Internet.

Квартал 4

Интеграция в университетскую сеть тех составляющих сети факультета, которые выдержали апробацию временем

Применение централизованной системы авторизации пользователей дает возможность пользователям, используя свои логин и пароль, получить доступ к любому общему ресурсу локальной сети, а также к своим персональным ресурсам, с любого компьютера, подключенного к этой сети, а также предоставлять свои данные другим пользователям. Наличие почтового сервера в локальной сети дает возможность профессорско-преподавательскому составу, студентам и сотрудникам обмениваться между собой электронными письмами независимо от возможности доступа в Интернет на данном компьютере, что при активном использовании пользователями должно способствовать внедрению электронного документооборота. Использование свободных разработок позволяет в короткое время с небольшими усилиями создать сайт с технологией динамического обновления содержания, позволяющий легко обновлять его содержимое людям, не имеющим специальных знаний. Использование сети графических терминалов позволяет использовать морально устаревшие компьютеры в компьютерных классах для использования современных программ, в том числе с графическим интерфейсом пользователя (например, современных офисных пакетов), а также ресурсоемких вычислительных и мультимедийных программ, требуя при этом наличия лишь одного более мощного компьютера, выступающего в роли сервера терминалов, терминальные же компьютерные классы более надежны и долговечны.

У каждого запланированного участника гранта был следующий индивидуальный план работ:

Карпов Алексей Валерьевич	До 01.03.03 создание проекта информационной системы и концепции системы безопасности совместно с Абламским Т.Л.; До 01.05.03 установка и настройка системы Samba для предоставления доступа к файлам Windows-пользователям на файл-сервере Математического Факультета.
Абламский Тарас Леонидович	До 01.03.03 создание проекта информационной системы и концепции системы безопасности совместно с Карповы А.В.; До 01.03.03 настройка сервера Математического Факультета; До 01.04.03 настройка централизованной системы авторизации пользователей с помощью сервера протокола LDAP; До 01.05.03 установка и настройка NFS-службы файл-сервера Математического Факультета и NFS-клиентов на компьютерах, работающих под управлением ОС Linux; До 01.07.03 настройка локального Web-сервера с возможностью публикации информации в локальной сети и в Internet; До 30.11.03 интеграция в Универститскую сеть тех составляющих сети факультета, которые выдержали апробацию временем.
Цицер Денис Валерьевич	До 31.11.03 организация наполнения локального Web-сервера информацией;
Крохалев Максим Павлович	До 01.09.03 организация вычислительного кластера в компьютерном классе 3-07А, проверка его эффективности; До 01.09.03 организация системы миграции процессов на базе OpenMosix в компьютерном классе 3-07А, проверка ее эффективности; До 01.09.03 организация сети X-терминалов, проверка эффективности.
Миллер Максим Вячеславович	До 01.06.03 установка и настройка пакета Samba в роли PDC для предоставления возможности управления использованием сетевых возможностей компьютеров Математического Факультета, работающих под управлением OC Windows.

В настоящее время основной упор крупных информационно-технологических корпораций сосредоточен на разработке интегрированных систем, причем именно на основе свободного программного обеспечения с применением таких-же компонент и служб. Реализация гранта позволила участникам гранта получить опыт построения таких интегрированных систем.

При реализации проекта была опубликована 1 работа:
Абламский Т.Л. / Использование сервера каталогов LDAP для хранения общей информации в локальной вычислительной сети. // Волгоград: Вестник ВолГУ. Серия 9. Вып. 2. 2002. Ч. 2 С. 6-10.

Реализация проекта заключается в построении информационной системы на математическом факультете.

В рамках рекламной деятельности прошел доклад Абламского Т.Л. на международной научно-технической конференции ВолгаЛинукс в г. Самара, а также Математический Факультет ВолГУ продолжил свое членство в академической программе ООО “Альт Линукс”, результаты гранта доведены до сведения всех участников академической программы.

Руководитель проекта	________________

Финансовый отчёт по исследовательскому проекту

Номер проекта 10-2003а/ВолГУ.

Исполнение сметы расходов за 2003 г.

Объём финансирования, полученный в 2003 г. - всего	25 000
Фактические расходы за 2003 г. – всего, в том числе:	21 243
Приобретение программного обеспечения ALT Linux Master 2.2	832
Приобретение предметов снабжения и расходных материалов	15 948
Командировочные расходы	4 463
Абламский Тарас Леонидович, Самара, ООО “Таволга” доклад на конференции ВолгаЛинукс.	2 195
Абламский Тарас Леонидович, Москва, ООО “Альт Линукс”, Изучение использования Х-терминалов и бездисковых рабочих станций в учебно-методическом процессе среди деловых партнеров фирмы ООО “Альт Линукс”.	2 268

Руководитель проекта	_______________

Главный бухгалтер	_______________

Приложение №1
к отчету по гранту ВолГУ для молодых ученых
“Построение единого информационно-вычислительного пространства
Математического Факультета и интеграция с системой “Университет”
на базе ОС Linux и свободного программного обеспечения”.

Проект информационной системы на базе файл-сервера.

Карпов Валерьевич

2003-11-25T22:46:21