Virtual Computer Laboratory D Graphics as Service (Graphics GRID). Methodological aspects of the use in research and education Evgenia Cheremisina, Mikhail Belov, Nadezhda Tokareva, Sergey Perliak Dubna State University

Виртуальная компьютерная лаборатория – это аппаратно- программный комплекс, созданный на основе новейших информационных технологий, позволяющий реализовать многоуровневую интеграцию и консолидацию научно- исследовательского и учебного информационного пространства с возможностью вовлечения учащихся в решение прикладных и исследовательских задач высокого уровня значимости, с целью повышения профессиональных компетенций учащихся, поиска нестандартных идей и решений, а также «выдающихся умов» среди молодёжи.

Виртуальная компьютерная лаборатория (ВКЛ) позволяет предоставить учащимся на безвозмездной основе возможность изучения современных многокомпонентных корпоративных систем, новейших инструментальных средств и технологий в области разработки программного обеспечения для серверов, рабочих станций, мобильных и носимых устройств IoT (internet of things), изучать современные средства САПР и притворять самые смелые технические решения в жизнь с применением технологий 3D печати, развёртывать сервера для решения различных задач, стоящих перед крупными компаниями - от развёртывания SCADA систем, до создания решений в области обработки данных в рамках парадигмы BigData.

Виртуальная компьютерная лаборатория позволяет формировать портфолио успешных решений перспективных научно- исследовательских задач и практических проектов, по сути являясь важнейшим технологическим связующим звеном нижнего уровня между университетом с внешними научными организациями и отраслевыми компаниями.

ВКЛ активно используется учащимися в учебном процессе Сегмент карты студенческих виртуальных машин в 2014/2015 учебном году

Аппаратная платформа ВКЛ построена на компактных модульных серверах, так называемой лезвийной архитектуры, что позволяет рационально использовать серверные помещения ВУЗа. Резервирование в рамках модульной компоновки компонентов позволяет повысить надёжность решения и выполнять замену устройств в горячем режиме. Современные энергосберегающие технологии серверов позволяют использовать имеющиеся электросети, без необходимости модернизации.

GPU-ускорение для приложений требующих 3D графику в облаке (дистанционно). Поддержка всех современных API: DirectX, OpenGL, PhysX, CUDA. Технология виртуализации NVIDIA GRID использует возможности GPU для 3D ускорения в VDI среде. VDI (виртуальный рабочий стол) – это практика использования настольной операционной системы в виртуальной машине, запущенной в ВКЛ, на базе графических процессоров NVIDIA GRID на архитектуре нового поколения NVIDIA Kepler, которая обеспечивает высокую, надежную и энергоэффективную производительность.

Существующая архитектура ВКЛ позволяет большому числу пользователей одновременно использовать общие ресурсы GPU без ущерба функциональности и производительности. Технология NVIDIA GRID содержит полный набор библиотек для виртуализации GPU, удаленного доступа и управления сеансом. К ставшими уже традиционными функциями виртуализации учащимся предоставляются следующие дополнительные возможности: -Интерактивная работа с мультимедийными приложениями и рабочими столами. -Доступ к необходимым для работы приложениям, включая самые требовательные к ресурсам 3D- приложения. -Доступ в любом месте с любого устройства: универсальный доступ - больше нет привязки к платформе(Windows, Mac, Linux), не важно какая операционная система установлена на ПК, ноутбуке, моноблоке, мобильном устройстве учащегося: установив приложение – клиент (Horizon View Client) и используя сеть получаете мгновенный доступ к рабочему месту. -Отсутствие необходимости выполнять резервное копирование на оконечном устройстве пользователя, т.к. вся пользовательская информация размещена в облачном хранилище ВКЛ. -Безопасный доступ – подключение к рабочему месту в облаке осуществляется через безопасный канал с шифрованием данных, а все наработки по проектам сохраняются на защищенном хранилище ВКЛ, а не на устройстве через которое осуществляется доступ. - Платформа параллельных вычислений СUDA обеспечивает набор расширений для языков C и С++, позволяющих выражать как параллелизм данных, так и параллелизм задач на уровне мелких и крупных структурных единиц. Учащийся может выбрать средства разработки: языки высокого уровня, такие как C, С++, Fortran или же открытые стандарты, такие как директивы OpenACC.

Базовые компоненты программной инфраструктуры виртуальной компьютерной лаборатории: Гипервизор Vmware ESXi. Сервер консолидации, сквозной авторизации и веб доступа Vmware vCenter Server. Среда поддержки VDI-3D Vmware Horizon Suite Advanced. Интеграционные модули, надстройки и средства методической поддержки, разработанные учащимися, аспирантами и ППС института САУ. Схематическое представление взаимодействия гипервизора ESXi и графического ускорителя, с разделением ресурсов GPU

Направление по разработке и актуализации виртуальной компьютерной лаборатории в институте САУ университета «Дубна» активно развивается с 2005 года, переход на гипервизоры нового поколения успешно осуществлён в 2008 году, активно совершенствуется и актуализируется в настоящее время. В рамках исследовательских проектов, магистерских работ и кандидатских диссертаций, сформирована методологическая, технологическая и методическая составляющие ВКЛ, которые признаны в рамках докладов на научных конференция и публикациях в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, активно используются и цитируются. Более того, имеются положительные отзывы об использовании ВКЛ, в том числе и в международных проектах в области атомной энергетики (получила одобрение для использования в отделе АСУ ТП Bushehr Nuclear Power Plant (Исламская Республика Иран).