ЛАБОРАТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВМК МГУ, кафедра АСВК Чл.-корр. РАН, д. ф.-м. н., профессор Смелянский Руслан Леонидович, smel@cs.msu.su 1 ЛВК 2014. - презентация

1 ЛАБОРАТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВМК МГУ, кафедра АСВК Чл.-корр. РАН, д. ф.-м. н., профессор Смелянский Руслан Леонидович, 1 ЛВК 2014

2 План доклада Что такое ЛВК? Учебный процесс Семинары ЛВК: –Распределённые системы и сети ПКС –Синтез архитектур и планирование вычислений Требования к студентам 2ЛВК 2014

3 Положение на факультете Лаборатория в составе кафедры АСВК Основана в 1982 году 20 сотрудников, около 40 студентов Комнаты 247 а, 760, 761, место на факультете ВМК по объёму договоров (~ /год) 3ЛВК 2014

4 Направления исследований и партнёры ЛВК Распределённые системы и сети ПКС Синтез архитектур и планирование вычислений

5 Специфика ЛВК Тематика работы студент выбирает до распределения Темы курсовых работ не привязаны к коммерческим проектам –Участвовать в коммерческих НИР и ОКР можно лишь с согласия научного руководителя Обязательная исследовательская составляющая курсовых –Нет «технических» курсовых работ Работа над курсовой начинается с 15 сентября, прогресс постоянно отслеживается –Курсовая работа становится основным учебным предметом, которому надо уделять время Строгие требования к составу и оформлению курсовых работ ЛВК 20145

6 ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР Жизненный цикл студента ЛВК ЛВК Распределение Выбор направления Формулировка темы работы Работа над курсовой Зимний отчёт Проведение экспериментов и оформление текста работы Весенний отчёт Профессионал в своей области Отчисление или переход в другие подразделения

7 Порядок работы над курсовой Исследование предметной области Выбор математической модели Построение решения (напр., алгоритма) в рамках выбранной модели Исследование свойств построенного решения Практическая реализация Выполнение экспериментов и анализ результатов Оформление работы (текст курсовой, доклады на конференциях, научные статьи) ЛВК 20147

8 Инфраструктура 8ЛВК 2014 Тонкие клиенты SunRay Виртуальные машины Виртуальные сеансы ОС Debian Linux Необходимый набор сервисов (IMAP, SSH, хостинг) Система контроля версий Управление задачами Доступ к библиотекам

9 Вычислительные ресурсы ЛВК Сервера 2x 16Gb RAM, 4x2.8 GHz, 1Tb HDD SunFire SF440, 8Gb RAM, 4 х 1.28GHz, 1Tb HDD Система хранения данных CLARiiON AX150, 5Tb, подключение по оптоволокну

10 Чему мы учим? Искать информацию и её источники Анализировать информацию, составлять обзоры Вести исследования в области Computer Science Представлять свою работу, отстаивать точку зрения Разрабатывать ПО с применением современных технологий и инструментальных средств Работать в команде Оформлять результаты исследовательской работы ЛВК

11 Как происходит набор? Просеминар В апреле проходит собеседование, учитывающее –Оценки на экзаменах и по практикуму –Участие в олимпиадах По итогам собеседования выдаются рекомендации в ЛВК Набор ~ 12 студентов в год Студенты распределены по 2 семинарам 11ЛВК 2014

12 Студенческие семинары ЛВК Синтез архитектур и планирование вычислений Распределённые системы и сети ПКС

13 Семинар распределённые системы и сети ПКС Программно-конфигурируемые сети (ПКС) Имитационное моделирование Надежность РВС 13ЛВК 2014

14 Тенденции и требования рынка Ключевые тенденции Изменение модели вычислений (outsourcing & robosourcing); Быстрый рост траффика: к 2016 году объем трафика возрастет в 6 раз Изменение структуры траффика: к 2016 г. 90 % - видео трафик; Взрывной рост мобильности; Несоответствие темпов роста трафика и темпов роста доходов операторов Необходимо сокращать стоимость передачи трафика! Эрик Шмит, Google К 2003 г. в Интернет было сгенерировано 5 экзабайт. Сегодня такой объем – за 2-3 дня Смелянский Р.Л. ЦПИКС14

15 Что такое ПКС Реальное управление качеством передачи данных, инжинирингом трафика и маршрутизацией Удобный механизм абстракции и виртуализации сетевых ресурсов и сервисов Повышение эффективности распределения ресурсов и размещения сервисов в сети Упрощение data plane Сетевая операционная система Аппаратный коммутатор/ маршрутизатор Управление Данные Открытый интерфейс для приложений Мониторинг и построение топологии/карты сети Расчет маршрута по запросу Смелянский Р.Л. ЦПИКС15 логическая централизация и отделение управления от собственно передачи

16 ПКС на базе OF Classic router VLAN RIP OSP OSPF F IIS-IS ACL MPLS … Смелянский Р.Л. ЦПИКС16

17 Classic router VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС17

18 Classic router VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС18

19 VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … TCAM Controller Switch Flow Table ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС19

20 VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … TCAM Controller Switch Flow Table MAC src MAC src MAC dst IP Src IP Dst IP Dst TCP sport TCP sport TCP dport TCP dport Action ** ***port 1 Rule examples ****00:1f:..*port 5 22*****drop :1f:..00:20..port 7 Switching Firewall Flow Switching Routing Смелянский Р.Л. ЦПИКС20 ПКС на базе OF

21 VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … TCAM Controller Switch Flow Table MAC src MAC src MAC dst IP Src IP Dst IP Dst TCP sport TCP sport TCP dport TCP dport Action ** ***port 1 Rule examples ****00:1f:..*port 5 22*****drop :1f:..00:20..port 7 Switching Firewall Flow Switching Routing ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС21

22 VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … TCAM Switch Flow Table APP Controller Network operating system ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС22

23 VLAN RIP OSPF IS-IS ACL MPLS … Switch APP Controller Network operating system Switch ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС23

24 ПКС устройство коммутации пакетов Слой виртуализации Контроллер App ПКС устройство коммутации пакетов Простое устройство коммутации пакетов ПКС устройство коммутации пакетов Slice1 Slice2 Slice3 ПКС на базе OF Смелянский Р.Л. ЦПИКС24

25 Сеть оператора с ВСС © ON.LAB Edge Core DSLAM OLT DSLAM Access BRAS Firewall Carrier Grade NAT DPI CDN Monitor WAN Accelerator CPE Смелянский Р.Л. ЦПИКС25 IMS, VoLTE, CSCF

26 Виртуальные Сетевые Сервисы (NFV) Смелянский Р.Л. ЦПИКС26

27 Смелянский Р.Л. ЦПИКС27

28 Intel DPDK Intel DPDK – это набор библиотек и драйверов для быстрой обработки пакетов на платформах Intel. Использование больших виртуальных страниц (huge pages 2mb/1gb). Размещение объектов равномерно по всем каналам оперативной памяти. Адресное пространство карточки доступно из user_space. Неблокирующие очереди для передачи пакетов. Нет прерываний в драйверах DPDK – активный цикл. Активное использование SSE инструкций для обработки пакетов. Выделение целых ядер процессоров под задачи. DPDK = Data Plane Development Kit Смелянский Р.Л. ЦПИКС28

29 Open vSwitch ускоренный с DPDK Open vSwitch - это виртуальный программный коммутатор, который обеспечивает соединение между виртуальными машинами и физическими интерфейсами. –VLAN, SPAN, RSPAN, GRE, sFlow, Netflow, OpenFlow 1.1. Open vSwitchOpen vSwitch + DPDK PHY-to-PHY1.1 Mpps10 Mpps VM-to-PHY0.3 Mpps4 Mpps VM-to-VM0.3 Mpps2 Mpps * на 10 Gb канале ** на udp пакетах, 64 байта (самый сложный сценарий) *** теоретический максимум 15 Mpps Смелянский Р.Л. ЦПИКС29

30 Сеть оператора с ВСС © ON.LAB Edge Core DSLAM OLT DSLAM Access BRAS Firewall Carrier Grade NAT DPI CDN Monitor WAN Accelerator CPE DC ( Standard High Volume Servers/Storage/Switches ) BRAS DPI CG-NAT BRAS CPE-Func BRAS DPI CG-NAT BRAS CPE-Func BRAS DPI CG-NAT BRAS CPE-Func CDN Monitor WAN-Accl CDN Monitor WAN-Accl Network Function-VMs Смелянский Р.Л. ЦПИКС30

31 ВСС с плоскостью управления ПКС Edge Core Access NF-VM VM Mgmt SDN Controller Load Balancer Firewall CG-NAT VM + Network Orchestration BRAS WAN-Accel CPD © ON.LAB Смелянский Р.Л. ЦПИКС31

32 Consumer S1 Controller Data origin CDN как NFV Consumers S1 Consumers NFV regional farm Region CDN Statistics Смелянский Р.Л. ЦПИКС32

33 Смелянский Р.Л. ЦПИКС33

34 Направления исследований по теме ПКС Моделирование работы ПКС Обеспечение качества и живучести ПКС Формальная верификация ПКС Исследование контроллеров ПКС и приложений для них Виртуализация сетей и сетевых функций Обнаружение вредоносного исполнимого кода 34ЛВК 2014

35 Моделирование Модель объекта – более простой объект, сохраняющий интересующие нас свойства исходного объекта Моделирование – исследование или применение модели объекта вместо самого объекта 35ЛВК 2014

36 Задачи при разработке встроенных систем Отладка программ без использования аппаратуры встроенной системы Выбор архитектуры встроенного вычислителя Интеграция многокомпонентной встроенной системы 36ЛВК 2014

37 Практическое применение Моделирование аппаратуры встроенной системы для отладки программ «на модели» –Работы с НТЦ «Модуль» –Задачи: Отладка программ для встроенных систем без использования «железа» Низкоуровневая отладка, невозможная на реальном «железе» Получение временных характеристик программ –Инструмент: «Модель NM» 37ЛВК 2014

38 Практическое применение Выбор архитектуры встроенного вычислителя –Работы с ОКБ Сухого –Задачи: Расчёт загрузки процессора центральной вычислительной системы самолёта Расчёт загрузки бортовых каналов Обоснование выбора архитектуры –Инструмент: среда моделирования «Диана» 38ЛВК 2014

39 Практическое применение Интеграция много- компонентной встроенной системы –Работы с ОКБ Сухого и ЦНИИ Электроприбор –Задачи: Имитация «окружения» для интегрируемых устройств в реальном времени Регистрация обменов устройств по каналам Анализ правильности взаимодействия устройств Отладка программ для встроенных систем без использования «железа» –Инструмент: стенд полунатурного моделирования ЛВК

40 Структура стенда ПНМ Устройства КБО Стенд моделирования ИУП ЛВК 2014

41 Высокоуровневая архитектура Модель поведения одного объекта Модель поведения другого объекта Федерат 1 Федерат 2 HLA 1516 Среда выполнения моделей ЛВК 2014

42 Анализ свойств моделей РВС РВ ЛВК 2014

43 Инструментальные средства 43ЛВК 2014

44 Примеры направлений курсовых работ Развитие методов и средств визуализации результатов моделирования Анализ надёжности вычислительных систем Интеллектуальный автоматический анализ результатов моделирования 44ЛВК 2014

45 Семинар «Cинтез архитектур и планирование вычислений» планирование вычислений в РВС реального времени структурный синтез ВС построение оптимальных конфигураций для сетей передачи данных в РВС распознавание аномального поведения технических систем нейросетевые технологии 45 ЛВК 2014

46 Разработка и применение передовых алгоритмов Эволюционные и генетические алгоритмы Алгоритмы имитации отжига Муравьиные алгоритмы Нейронные сети Гибридные алгоритмы 46ЛВК 2014

47 Примеры проектов Инструментальная система планирования информационного обмена в бортовой ВС –применение: ОКБ Сухого, ЦНИИ Электроприбор –комплекс средств: алгоритмы планирования, работа с БД, пользовательский интерфейс –интеграция со стендом полунатурного моделирования Конструктор алгоритмов оптимизации –программная библиотека, позволяющая составлять специализированные алгоритмы из настраиваемых компонентов Средства распознавания предаварийных ситуаций –применение: автоматическое распознавание состояний микросна у водителей автомобилей 47 ЛВК 2014

48 Примеры направлений для курсовых работ Алгоритмы планирования информационного обмена в среде Fibre Channel Применение алгоритмов кластеризации для распознавания аварийных режимов работы технических систем Применение муравьиных алгоритмов для планирования вычислительных задач и обменов данными Автоматическое формирование рекомендаций по настройке алгоритмов планирования информационного обмена 48ЛВК 2014

49 Что даём вам МЫ? Интересные и актуальные темы исследований в рамках курсовых и дипломных работ Публикации и участие в конференциях и научных школах Совмещение работы с учёбой в рамках высокотехнологичных промышленных проектов, проводимых ЛВК Уникальная техническая база для проведения исследований Научные и технические консультации специалистов высокого класса 49ЛВК 2014

50 Что требуется от ВАС? Готовность много и активно работать самостоятельно Желание получить максимум знаний и опыта за время учебы Не бояться жёстких требований к выполнению курсовых и дипломных работ ЛВК

51 Лаборатория Вычислительных Комплексов Аудитории 764, 761, 760, 247 а Страница лаборатории Собеседование (четверг), 16:00 ауд. 247(а) Почта 51ЛВК 2014