Основы параллельного программирования на кластере и разработка элективного курса «Администрирование в информационных системах и администрирование виртуальных машин»

1.6.1 Взаимодействие задач в PVM

В системе PVM каждая задача, запущенная на некотором процессоре, идентифицируется целым числом, которое называется идентификатором задачи (TID) и по смыслу похоже на идентификатор процесса в операционной системе Unix. Система PVM автоматически поддерживает уникальность таких идентификаторов: копии одного исполняемого файла, запущенные параллельно на N процессорах PVM, создают N задач с разными TID.

По стандарту принятому в PVM для взаимодействия задач считается, что в пределах одной PVM любая задача может передавать сообщения любой другой задаче, причем, размеры и число таких сообщений в принципе не ограничены. Это предположение существенно упрощает реализацию PVM на конкретных вычислительных комплексах, т.к. при этом контроль переполнения буферных устройств и массивов остается в ведении операционных систем и с программиста снимается одна лишняя забота.

Для повышения эффективности межзадачного обмена информацией предусмотрено использование нескольких алгоритмов. В частности, можно использовать алгоритм блокированной передачи, при котором функция "Послать сообщение" возвращает значение (т.е. завершает работу) только после того как получена положительная или отрицательная квитанция от получателя сообщения. Такой алгоритм передачи с ожиданием уведомления о доставке предпочтителен в тех случаях, когда длинное сообщение передается несколькими порциями, а также при обмене командами, последовательность выполнения которых во времени дорлжна быть строго фиксированной.

При использовании неблокированных алгоритмов передачи и приема сообщений уменьшаются простои процессоров, вызванные ожиданием реакции "собеседника". Особенно большой эффект это дает на приемной стороне при неизвестном времени прихода сообщения. Можно организовать работу приемного процессора так, чтобы он в ожидании сообщения выполнял текущую работу, лишь время от времени опрашивая приемный буфер.

Существенным является то обстоятельство, что при передаче последовательности сообщение от одной задачи к другой порядок приема сообщение всегда совпадает с порядком их передачи. Более того, если до обращения к функции "принять сообщение" в приемный буфер принимающей задачи записано несколько сообщений, то функция "принять сообщение" возвратит ссылку на первое принятое сообщение.

Память для буферных массивов на передающей и приемной стороне выделяется динамически, следовательно, максимальный объем сообщений ограничивается только объемом доступной памяти. Если одна из задач, запущенных в PVM, не может получить требуемую память для общения с другими задачами, то она выдает пользователю соответствующее сообщение об ошибке ("cannot get memory"), но другие задачи об этом событии не извещаются и могут, например, продолжать посылать ей сообщения.

1.6.2 Управление задачами

Управление задачами в PVM осуществляется на основе некоторого набора функций, о которых мы поговорим в этом разделе. Существует два варианта (два стиля) написания параллельных задач для PVM. В первом варианте весь исполняемый на всех процессорах код пишется как одна большая задача. Соответственно на каждом процессоре запускается на исполнение один и тот же файл. Обычно в самом начале своей работы программы вызывает функцию

call pvmfmytid( tid )

возвращающую значение идентификатора задачи tid >= 0, которым может определяться выбор для выполнения той или иной части программы. Эта функция может вызываться более одного раза.

После того , как задача определила, что она главная, выполняется запуск остальных частей задачи на других процессорах кластера. Запуск выполняется с помощью функции:

call pvmfspawn( task, flag, where, ntask, tids, numt )

task - имя исполняемого файла

INTEGER flag - опции запуска

where - указывает место запуска

INTEGER ntask - число запускаемых копий программы

INTEGER tids - массив значений tid для запущенных задач

Эта функция запускает в PVM ntask копий исполняемого файла с именем "task" с одинаковыми аргументами командной строки в массиве argv и возвращает число запущенных задач numt а также последовательность идентификаторов для запущенных задач. Причем, если numt Второй вариант написания параллельной задачи заключается в том, что для каждого процессора пишутся свои собственные задачи, выполняющие различные действия, и создается маленькая программа, которая, используя функцию pvm_spawn запускает все остальные задачи.

Исполняемый файл для функции pvm_spawn() должен находиться в строго определенном каталоге. Под Unix задача ищется в каталогах $PVM_ROOT/bin/$PVM_ARCH/ и $HOME/pvm3/bin/$PVM_ARCH. Задавать имя каталога в параметре "task" недопустимо.

Но это не единственный способ. В другом варианте исполняемый файл ищется (и запускается) не только на том компьютере, на котором работает вызвавшая pvm_spawn() задача, но в зависимости от параметров flag и where, на любом входящем в состав PVM. Например, если flag==0, то PVM сам выбирает, на какой из машин запускать новые задачи (главное, чтобы приложение было скомпилировано на этих машинах); а если flag & PvmMppFront > 0, то местом запуска будет выбран самый быстрый компьютер.

Значением параметра flag задается набор опций для запускаемых задач. Каждой опции сответствует целое неотрицательное число, и значение flag равно сумме выбранных опций. Ниже перечисляются опции запуска задач.

В FORTRANe flag может быть суммой следующих величин:

PVMDEFAULT=0 - PVM может выбрать любую машину для старта задачи

PVMHOST=1 - параметр where определяет машину для запуска

PVMARCH=2 - параметр where определяет тип архитектуры

PVMDEBUG=4 - процесс старует под отладчиком

PVMTRACE=8 - процесс генерирует PVM trace data.

Параметр where описывает на каких компьютерах кластера может быть запущена задача. Параметр является простой строковой переменной, в которую записано имя списка компьютеров. Списки компьютеров находятся в конфигурационных файлах системы PVM и формируются на этаме ее установки. Например в случае, когда в вашем кластере кроме консольной машины присутствует еще два компьютера: один класса P166 и другой класса P4, вы можете определить их в системе под именами "oldcomp" и "supercomp". И в зависимости от тех или иных условий, запускать свои задачи на какой-либо их этих машин кластера.

И, наконец, еще две функции, относящиеся к управлению задачами.

call pvmfkill( tid, info )

call pvmfexit( info )

Первая из них завершает выполнение задачи с идентификатором tid, возвращая при ошибке код ошибки info < 0. Отметим, что задача не может таким образом завершить свое выполнение. Вторая функция завершает работу PVM, запущенной пользователем, но при этом сама задача продолжает выполняться уже как обычная локальная задача и завершает работу обычным образом.

1.6.3 Передача сообщений

Посылка сообщений в PVM предназначена для передачи данных между различными процессам и состоит из трех шагов. Во-первых, буфер данных перед посылкой должен быть проинициализирован с использованием функций pvm_initsend() или pvm_mkbuf(). Во-вторых, пересылаемые данные должны быть "упакованы" в этот буфер. Для упаковки используется некоторе количество комбинаций вызовов функции pvm_pk*(). В FORTRANе упаковка данных производится подпрограмой pvmfpack(). Третий шаг заключается в пересылке данных адресатам. Для этой цели в зависимости от списка адресатов используется вызов функции pvm_send(), в параметрах которой указывается конкретный процесс-приемник, или функции pvm_mcast(), используемой для всенаправленной передачи (то есть всем процессам сразу).

Сообщение принимается процессом-адресатом с помощью соответствующей функции, после чего происходит распаковка принятого блока, извлечение хранящихся в нем даных и заполнение ими соотвествующих локальных переменных или массивов. Процедура приема сообщений может быть сконфигурирована в нескольких вариантах:

для приема любых сообщений

для приема любых сообщений от определенного источника

для приема любых сообщений с определенным message tag

для приема любых сообщений с определенным message tag от определенного источника

Кроме того, существует функция для проверки факта доставки сообщения адресату. Буфер сообщения

call pvmfinitsend( encoding, bufid )

Если пользователь использует только один буфер сообщения (обычно так и делается), то единственная необходимая для работы с буфером функция - это pvm_initsend(). Эта функция вызывается непосредственно перед упаковкой новой порции пересылаемых данных в буфер сообщения. Функция pvm_initsend освобождает буфер и создает новый для упаковки в него данных. Схема кодировки упаковываемых в буфер данных указывается заданием переменной encoding. Возвращаемое в переменную bufid значение является идентификатором буфера. Переменная encoding может принимать следующие значения:

PvmDataDefault - XDR кодировка, используемая в PVM по умолчанию. Эта кодировка используется обычно в гетерогенных кластерах, когда PVM не может знать понимает ли принимающая сторона передаваемый формат данных. Например, когда данные передаются с Linux-машины на Windows-машину. В случае, когда в кластере используется только один тип операционной машины или когда пользователь уверен, что принимающая сторона поймет все правильно, следует использовать тип кодировки PvmDataRaw. PvmDataRaw - без кодировки. Даные передаются без каких либо изменений. Если принимающая сторона не сможет правильно прочитать этот формат, это вызовет возврат кода ошибки в процессе распаковки. PvmDataInPlace - данные остаются на месте, не перемещаясь в буфер посылки. Этот тип кодировки можно использовать для снижения накладных расходов, связанных с перемещением данных в буфер. В этом случае буфер содержит только длины и указатели на передаваемые данные. Когда вызвана pvm_send(), данные копируются непосредственно с того места, где они расположены. Использование этой кодировки накладывает одно ограничение. Передаваемые данные не должны быть изменены между моментом, когда началась их упаковка и моментом окончания передачи буфера сообщения адресату. Однако, при использовании данного типа упаковки, имеется одно заметное преимущество. Функция упаковки pvm_initsend может быть вызвана только один раз в начале прогарммы. Например в начале работы программы мы можем упаковать данные из области перекрытия (см. главу "Декомпозиция данных") и передавать их множество раз по мере необходимости.

1.6.4 Упаковка данных

Для FORTRANа существует только одна функция, которая управялет упаковкой данных всех типов.

call pvmfpack( what, xp, nitem, stride, info )

В пареметре what указывается тип упаковываемых данных. Параметр xp является первым элементом массива данных. Пареметры nitem и stride описаны выше. Параметр info - возвращаемое значение. Значения параметра what представлены в следующей таблице:

STRING 0 REAL4 4

BYTE1 1 COMPLEX8 5

INTEGER2 2 REAL8 6

INTEGER4 3 COMPLEX16 7

Константы, соответствующие значениям параметра what определены в файле pvm3/include/fpvm3.h. Некоторые производители могут расширять этот список дополнительными данными, например INTEGER8, REAL16 и др.

Приведем пример использования всех этих функций:

CALL PVMFINITSEND(PVMRAW, INFO)

CALL PVMFPACK( INTEGER4, NSIZE, 1, 1, INFO )

CALL PVMFPACK( STRING, `row 5 of NXN matrix', 19, 1, INFO )

CALL PVMFPACK( REAL8, A(5,1), NSIZE, NSIZE , INFO )

CALL PVMFSEND( TID, MSGTAG, INFO )

Прием и посылка данных

call pvmfsend( tid, msgtag, info )

call pvmfmcast( ntask, tids, msgtag, info )

Функция pvm_send() помечает сообщение тагом msgtag и выполняет немедленную пересылку данных процессу с соответствющим идентификатором tid.

Функция pvm_mcast() помечает сообщение тагом msgtag и выполняет немедленную пересылку данных все процессам, имеющим идентификаторы, совпадающими со значениями, хранящимися в массиве tids. Длина массива tids равна ntask.

Следующие функции предназначены для совмещения работы по упаковке данных и их пересылке:

call pvmfpsend( tid, msgtag, xp, cnt, type, info )

Эти функции упаковывают массив определенного параметром type типа в буфер и передают его процессу, идентифицированному параметром tid. В FORTRANе типы данных определены так же, как и для процедуры pvmfpack().

Система PVM содержит несколько методов для организации приема сообщений. Причем отсутствует соотыктствие функций. То есть нет такого ограничения, когда сообщение, посланное процедурой pvm_psend должно быть обязательно принято процедурой с именем тип pvm_precv. Вне зависимости от того, как было послано сообщение, принято оно может быть либым из возможных вариантов. То же замечание касается адресной и мультикастной (multicast) передачи.

Следующие процедуры осуществляют блокирующий прием сообщений:

call pvmfrecv( tid, msgtag, bufid )

Эти процедуры инициируют процесс ожидания поступления сообщения, помеченного тагом msgtag от процеса с идентификатором tid (если сообщение еще не пришло). В случае, когда значения параметров tid и/или msgtag равны -1, осуществляется ожидание сообщения от любого процесса и/или сообщения с любым тагом.

После того, как сообщение получено, эти процедуры возвращают управление вызвавшей их программе, передав в bufid идентификатор буфера, в который помещено полученное сообщение. Значение bufid<0 сигнализирует о возникшей ошибке. Аналогом блокирующей функции являются функция

call pvmfnrecv( tid, msgtag, bufid )

Параметры и возвращаемое значение этой функции аналогичны используемым в блокирующей функции. Отличие заключается в том, что вызов pvm_nrecv не инициирует процесс ожидания сообщения. В случае, если ожидаемое сообщение еще не поступило, в bufid возвращается 0. Функция pvm_nrecv может быть вызвана в процессе счета неоднократно.

В случае, когда ожидание сообщения не должно прерывать выполнение программы, для проверки факта получения сообщения можно использовать слудующую функцию:

call pvmfprobe( tid, msgtag, bufid )

Если ожидаемое сообщение еще не пришло, эта функция возвращает bufid=0. По пришествии сообщения в bufid возвращается значение отличное от нуля. Функцию можно вызывать неоднократно, заполняя время между вызовами какой-либо другой продуктивной работой. Функция pvm_probe не получает сообщение, для его получение необходимо воспользоваться одной из соответствующих функций.

Вместо последовательного вызова процедур блокирующего приема сообщения и распаковки буфера с извлечением данных в локальные переменные можно использовать функцию

call pvmfprecv( tid, msgtag, xp, cnt, type, rtid, rtag, rcnt, info )

Эту функцию можно использовать для приема сообщений, в которых содержатся однотипные данные. Вызов этой функции инициирует процесс ожидания сообщения, помеченного тагом msgtag от процесса с идентификатором tid. По поступлении сообщения pvm_precv распаковывает данные общим объемом len * (size of data type) в буфер buf.

Типы данных в FORTRAN-программах такие же, как это дано в описании функции pvmfpack.

Описание параметров функций:

tid ID процесса откуда мы ждем сообщение. "-1" означает "любой процесс".

msgtag Ожидаемый таг сообщения. "-1" означает "любое сообщение".

vp Указатель на массив (переменную) куда будут помещены полученные данные.

xp Массив (переменная) куда будут помещены полученные данные. (FORTRAN)

cnt Количество ожидаемых элементов указанного типа.

type Тип получаемых данных (см. выше).

rtid Возвращаемый параметр. ID процесса, откуда пришло сообщение.

rtag Возвращаемый параметр. Таг (метка) полученного сообщения.

rcnt Возвращаемый параметр. Длина полученного сообщения (кол-во элементов).

info Содержит на выходе PvmOk если все нормально и отрицательное значение в случае ошибки.

1.6.5 Распаковка полученных данных

Функции распаковки данных, записанных в приемном буфере, применяются в той же последовательности, в какой применялись функции упаковки данных в посылаемое сообщение.

call pvmfunpack( what, xp, nitem, stride, info )

Параметр xp - массив, куда будут помещены распакованные данные.

Параметры nitem и stride имеют тот же смысл, что и в соответствующих функциях упаковки (см. выше).

Параметр what был так же описан выше.

1.6.6 Отладка в PVM

По умолчанию только текст, выводимый родительской задачей (то есть той, которую вы сами запустили с терминала) окажется на экране. Стандартный вывод задач, запускаемых функцией pvm_spawn(), по умолчанию перенаправляется в LOG-файл исполняющей системы PVM ($PVM_TMP/pvml.*). Функция

call pvmfcatchout( onoff, info )

позволяет перенаправить его в любой другой открытый для записи файл, например, фрагмент

call pvmfcatchout (1, info);

call pvmfspawn (...

в родительской задаче весь вывод от всех запускаемых под-задач перенаправит на экран. При этом PVM гарантирует, что строки от разных задач не будут "налезать" одна на другую, и каждая строка будет предваряться идентификатором той задачи, которая ее вывела. Использование pvm_catchout() имеет два недостатка: а) между посылкой строки в файл или на экран из под-задачи и ее фактическим там появлением может быть задержка неизвестной заранее длительности, и, б) если объем выводимой диагностики от разных задач очень велик, очень трудно разобраться в поведении какой-то одной конкретной задачи.

1.6.7 Установка PVM

Установка системы PVM на компьютере, работающем под управлением операционной системы Linux достаточно проста и не требует каких либо длительных настроек. Cистема PVM распространяется бесплатно и в исходных кодах. Исходники PVM вы можете найти на этом сайте или непосредственно на сайте разработчиков по адресу http://www.netlib.org/pvm3/index.html.

Для установки PVM в вашей системе необходимо создать каталог, где будет располагаться система PVM. Будем считать, что мы устанавливаем PVM в каталог /pvm3. В этот каталог вы должны распаковать архив с исходниками системы.

tar zxvf pvm3.3.4.tgz

Перед сборкой и запуском PVM вы должны установить переменную окружения $PVM_ROOT, указав в ней полный путь к каталогу, в котором хранится система. Если вы используете в качестве командной оболочки csh, вам необходимо добавить следующую строку в файл .cshrc:

setenv PVM_ROOT=/pvm3

Если же вы используете оболочки, которые используют .profile, наприемр sh или ksh, или bash, которая использует .bashrc, тогда добавьте в соответствующий файл такую команду:

export PVM_ROOT=/pvm3

Так же вы должны определить другие переменные окружения, необходимые для функционирования PVM, добавив после команды определения PVM_ROOT содержимое соответствующих командной оболочке файлов: pvm3/lib/cshrc.stub, pvm3/lib/kshrc.stub или pvm3/lib/bashrc.stub.

По умолчанию PVM использует протокол rsh для общения с другими компьютерами кластера. Если вы хотите rsh заменить на ssh, вы должны изменить файл /pvm3/conf/LINUX.def, прописав в переменной ARCHCFLAGS параметр RSHCOMMAND, определив для него полный путь к команде ssh (например /usr/bin/ssh). Например на моем кластере файл /pvm3/conf/LINUX.def выглядит так:

#

ARCHCFLAGS = -DSYSVSIGNAL -DNOWAIT3 -DRSHCOMMAND=\"/usr/bin/ssh\" \

-DNEEDENDIAN -DFDSETNOTSTRUCT -DHASERRORVARS \

-DCTIMEISTIMET -DSYSERRISCONST -DNOTMPNAM

ARCHDLIB =

ARCHDOBJ =

ARCHLIB =

HASRANLIB =t

AR =ar

PVM_ARCH =LINUX

MAKE =make

В дальнейшем будем считать, что виртуальная машина была собрана именно с такими изменениями, то есть с заменой rsh на ssh.

После изменения всего того перелогинтесь в систему, чтобы изменения, сделанные вами в профайлах вступили в силу.

Для сборки и установки PVM, находясь в каталге /pvm3, выполните команду make. По окончании ее работы система PVM готова к запуску. Следует отметить, что для уменьшения проблем, связаных с настройкой PVM на узлах кластера, на всех машинах кластера PVM следует устанавливать в один и тот же каталог.

Глава 2. Обучение будущих учителей сетевому администрированию

2.1. Анализ целесообразности обучения будущих учителей сетевому администрированию

В настоящее время использование локальных и глобальных сетей компьютеров является повсеместной. Локальные сети, в настоящее время, стали практически единственным способом организации работы персональных компьютеров. Но знания об их организации, о технических особенностях их функционирования и управление ими остаются до сих пор в основном уделом профессионалов.

Школьный учитель информатики проводит занятия в учебном компьютерном классе, в котором компьютеры объединены в локальную сеть, в подавляющем большинстве случаев, находящуюся под управлением операционной системы Windows. Такая ситуация требует, чтобы школьный учитель хотя бы на базовом уровне разбирался в администрировании таких сетей. Тем более, что и любознательность современных школьников, сталкивающихся с сетями разного уровня повсеместно, должна быть удовлетворена.

Поэтому представляется полезным обеспечить будущим школьным учителям информатики возможность познакомиться с основами построения, функционирования и управления компьютерными сетями во время специальной подготовке в период прохождения базового обучения своей профессии.

Существующие курсы подготовки студентов различных специальностей в этой области достаточно сложны и для получения первоначального представления нет необходимости их копировать. К тому же, курс для будущих школьных учителей информатики должен иметь более практическую направленность - чтобы будущие учителя могли попробовать управлять сетью и почувствовать, что это не является чрезмерно сложно, таинственно и непостижимо. Поэтому в таком курсе необходимо большое внимание уделить обеспечению возможности каждому учащемуся в достаточной степени попробовать себя в создании, настройке и администрировании компьютерной сетью.

Единственной реальной возможностью в достаточной степени получить практические навыки такого сорта является организация для каждого учащегося на отдельном компьютере виртуальной сети из нескольких виртуальных компьютеров. Современное программное обеспечение позволяет применить виртуальные машины, что дает различным категориям пользователей - от начинающих до IT-специалистов - множество преимуществ. Это и повышенная безопасность работы, и простота развертывания новых платформ, и снижение стоимости владения. И потому не случайно сегодня виртуальные машины переживают второе рождение. На сегодняшний день существуют три наиболее популярных инструмента, предназначенных для создания виртуальных машин и управления ими: Virtual PC 2004 компании Microsoft, VMware Workstation от компании VMware и относительно "свежий" продукт - Parallels Workstation, созданный в компании Parallels.

Поэтому в данной работе предлагается использовать одну из этих виртуальных машин для создания на отдельном компьютере виртуальной сети такой, чтобы учащийся мог персонально поработать со своей собственной сетью во время занятия в компьютерном классе. При этом в работе так же предлагается адаптировать существующие курсы обучения системному администрированию будущих "реальных" специалистов для нужд базового обучения будущих учителей информатики с учётом ограниченности возможностей виртуальных сетей реализуемых на виртуальной машине.

2.2. Виртуальная машина для обучения

2.2.1. Анализ и выбор виртуальной машины для обучения

Можно сравнить наиболее популярные виртуальные машины с целью выбора наиболее перспективной для целей обучения.

Название	Создатель	Процессор хост-машины	ОС хост-машины	Официально поддерживаемые гостевые ОС	Поддержка SMP в гостевых ОС	Поддержка драйверов в гостевой ОС	Принцип действия	Лицензия	Скорость работы гостевой ОС в сравнении с ОС хоста
Parallels Workstation	Parallels, Inc.	Intel x86, Intel VT-x	Windows, Linux, Mac OS X (Intel version)	Windows, Linux, FreeBSD, OS/2, eComStation, MS-DOS, Solaris	Нет	Есть	Виртуализация, легковесный гипервизор	Проприетарная	Близка к производительности хост-системы
Virtual PC 2007	Microsoft	Intel x86, x64	Windows Vista (Business, Enterprise, Ultimate), XP Pro, XP Tablet PC Edition	DOS, Windows, OS/2	Нет	Есть	Virtualization (перехват гостевых вызовов)	Проприетарная (бесплатная с июля 2006 года)	Практически без потерь, если используются расширения Virtual Machine additions
VirtualBox 2004	Innotek	Intel x86	32-bit Windows, Linux, MacOS X	DOS, Windows, Linux, OpenBSD	Нет	Есть	Динамическая рекомпиляция (основана на QEMU)	Свободная и проприетарная версии (GPL, PUEL)	Практически без потерь, если используются расширения

Продолжение таблицы

VMware Workstation 5.5	VMware	Intel x86, AMD64	Windows, Linux	DOS, Windows, Linux, FreeBSD, Netware, Solaris, Virtual Appliances[10]	Есть	Есть	Виртуализация x86	Проприетарная	При использовании VMware Tools практически без потерь

Parallels Workstation - одно из самых мощных, доступных и простых в использовании решений для виртуализации, применяемое на рабочих станциях. Запустить на одном компьютере множество изолированных, стабильных и производительных виртуальных машин сможет с его помощью любой пользователь, независимо от квалификации.

Первая в индустрии технология “тонкого” гипервизора для рабочих станций, позволяет Parallels Workstation работать с каждой виртуальной машиной точно так же, как с реальным компьютером. Каждая виртуальная машина располагает своим процессором, своей оперативной памятью, дисководами CD или DVD, портами USB, устройствами ввода/вывода, то есть полным набором атрибутов реального компьютера. Кроме того, “тонкий” гипервизор Parallels Workstation позволяет пользователям уже сейчас воспользоваться всеми преимуществами аппаратных архитектур нового поколения, таких, как Intel Virtualization Technology® ("VT") и AMD "Pacifica".

Выбрав Parallels Workstation для развертывания виртуальной вычислительной инфраструктуры, предприятия и частные пользователи получают значительную экономию времени и денег.

Поскольку Parallels Workstation дает пользователям возможность работать со множеством операционных систем, развернутых на единственном реальном компьютере, отпадает необходимость в покупке дополнительных компьютеров для запуска специфических приложений под определенными операционными системами. Таким образом, число необходимых для полноценной работы компьютеров снижается, тем самым снижая расходы на приобретение и обслуживание вычислительной техники. Одновременно сокращается и потребность в дорогих офисных площадях.

Разработчики могут с помощью Parallels Workstation создавать виртуальные среды для разработки и тестирования нового программного обеспечения на единственном компьютере, получая возможность проверить работоспособность различных вариантов установки и использования ПО. Это упрощает и ускоряет процесс тестирования - тестеры выполняют больше работы за тот же срок, растет производительность и качество тестирования, что помогает выпускать более совершенные программные продукты.

Новое программное обеспечение, обновления, патчи могут быть протестированы в виртуальной среде перед установкой на реальные компьютеры. Это значит, что все возможные ошибки, сбои, конфликты могут быть распознаны и устранены до того, как они смогут нанести какой-либо ущерб серверам, рабочим станциям или корпоративным данным. С помощью Parallels Workstation на одном единственном компьютере можно тщательно протестировать и многоуровневые приложения - для этого их не надо устанавливать в сети предприятия.

Продемонстрировать и продать многоуровневое приложение с помощью одного ноутбука.

Разработчикам многоуровневых приложений непросто демонстрировать их возможности потенциальным клиентам, используя отдельный компьютер - применение Parallels Workstation делает возможной полнофункциональную демонстрацию взаимодействия сетевых компонентов, серверов и рабочих станций сети даже на ноутбуке.

Старые, но необходимые приложения работают рядом с современными.

Во многих организациях можно увидеть разработанные очень давно, но активно используемые приложения, от которых по разным причинам невозможно отказаться. Для удовлетворения специфических аппаратных требований таких приложений больше не нужно подбирать столь же старый компьютер. Достаточно установить приложение на виртуальной машине, запущенной на любом современном компьютере. Старые приложения будут спокойно работать рядом с современными, не оказывая друг на друга никакого влияния.

Персональная рабочая среда для обучения

Преподаватели с помощью Parallels Workstation могут создавать для каждого учащегося его собственную рабочую среду, даже если учащихся гораздо больше, чем компьютеров. Садясь за компьютер, студент знает, что сейчас он увидит перед собой привычную созданную им среду, в работу которой никто не вмешивался.

Основные возможности:

- Технология ”тонкого” гипервизора, позволяющая создавать стабильно работающие, высокопроизводительные виртуальные машины. * Полная совместимость с технологией Intel VT, оптимизация для технологии AMD "Pacifica".

- Устанавливается на любой компьютер, работающий под управлением Windows или Linux * Виртуальные машины работают практически со всеми гостевыми ОС, совместимыми с набором команд x86, включая Windows 3.1-XP/2003, Linux, FreeBSD, Solaris, OS/2, eComStation и DOS.

- Небольшой размер дистрибутива, установка одним нажатием на кнопку мыши.

- Система Мастеров (Wizards), позволяющая установить виртуальные машины любой сложности за несколько секунд.

- Простой и понятный интерфейс для управления и настройки виртуальных машин.

- Доступная цена.

Новые возможности, реализованные в Parallels Workstation 2.2:

- Улучшенная мощность, стабильность и изолированность виртуальных машин.

- Полностью переработанный пользовательский интерфейс.

- Возможность использования устройств подключаемых по шине USB - КПК, фотокамер и пр. непосредственно в виртуальных машинах, работа с WiFi, возможность подключения второго монитора при соотвествующем режиме работы.

- Улучшенный виртуальных процессор и расширенная поддержка технологии Intel VT® у виртуальных машин.

- Функциональность "Suspend and Resume" - возможность приостановить работу виртуальной машины не закрывая гостевую ОС, а позднее возобновить, не загружая.

- Поддержка PAE режима первичных ОС для размера памяти до 4GB of RAM.

- Использование пакета утилит Parallels Tools для персональной настройки гостевой среды.

- Поддержка SUSE Linux 10 в качестве, как первичной, так и гостевой ОС, а Sun Solaris - как гостевой.

2.2.2. Инструкции по работе с рекомендуемым программным обеспечением

Виртуальная машина Parallels Workstation работает на Windows, Linux и Mac OS. Размер дистрибутива для Windows 16,3 мегабайт.

Установка Parallels Workstation

Установка виртуальной машины выполняется мастером, который в ходе своей работы задаёт несколько стандартных вопросов: необходимо принять условия лицензионного соглашения; ввести своё имя и почтовый адрес для отправки на него ключа с ограниченным сроком действия для ознакомления с работой Parallels Workstation, либо, если программа уже была приобретена, ввести активационный ключ; выбрать папку для установки программы; выбрать имя новой группы ярлыков для запуска виртуальной машины в меню Пуск; включить создание ярлыков на рабочем столе или в панели быстрого запуска. После этого мастер скопирует файлы программы и установит необходимые драйверы. Для начала работы с виртуальной машиной перезагружать компьютер не требуется, если машина установлена на Windows XP и старше.

При первом запуске на экран будет выведено диалоговое окно мастера, который предложит либо создать новую виртуальную машину, либо открыть существующую.

Для того чтобы просмотреть настройки виртуальной машины, которые могут быть заданы при её создании мастером, я выбрал второй пункт. Выбор первого пункта позволит быстро создать виртуальную машину в типичной конфигурации, а выбор третьего - создать пустую виртуальную машину.

На следующем шаге работы мастера нужно выбрать тип гостевой операционной системы, которая в последствии будет установлена на создаваемую виртуальную машину. Доступны следующие варианты: Windows (все версии от 3.11 до 2003), Linux (Red Hat, Debian, Fedora Core, SUSE, Mandriva, другие версии, в том числе ядра 2.4 и 2.6), FreeBSD (4, 5, другие), OS/2 (Warp 3, 4, 4.5, eComStation 1.1, 1.2, другие OS/2), Solaris (9, 10, другие), MS-DOS (6.22, другие). Последним идёт пункт Other.

На следующем этапе работы мастера необходимо выделить гостевой операционной системе определённый лимит оперативной памяти, который она сможет использовать.

Следующий шаг - создание виртуального жёсткого диска.

Здесь возможны два варианта: создать диск, под который сразу же будет отведён затребованный объём (Plain), или создать виртуальный жёсткий диск, который будет занимать в файловой системе основной операционной системы минимум места и будет увеличиваться по мере заполнения диска в виртуальной машине.

Выбор папки для хранения файла виртуального жёсткого диска.

Если в компьютере установлено несколько жёстких дисков, то имеет смысл хранить файлы виртуальных жёстких дисков не на системном диске. Далее нужно выбрать тип подключения виртуальной машины к сети.

Тип подключения к сети.

Доступны 3 варианта:

- Разделение подключения к физической сети (виртуальная машина будет доступна по локальной сети).

- Сеть только между гостевой и главной операционной системой.

- Без поддержки сети.

Если на компьютере установлено несколько сетевых адаптеров, то на следующем этапе настройки можно выбрать один из них.

Здесь же можно включить или отключить автоматическую привязку к сетевому адаптеру во время загрузки гостевой операционной системы. Если она выключена, то для начала работы гостевой машины в сети будет нужно вручную включить сеть.

Имя виртуальной машины.

Последний шаг настройки - выбор папки для хранения конфигурационного файла виртуальной машины и указание её имени.

После нажатия кнопки Готово будет открыто главное окно Parallels Workstation с перечислением всех настроек созданной виртуальной машины.

Главное окно Parallels Workstation.

Нажатие кнопки Edit откроет окно конфигуратора, при помощи которого можно изменить все настройки виртуальной машины, добавить или удалить оборудование.

Редактирование настроек виртуальной машины.

На рисунке выше показан весь перечень оборудования, которое можно установить в виртуальной машине.

Нет смысла описывать каждую настройку, приведу несколько скриншотов с наиболее значимых.

На этой вкладке можно переподключить к виртуальной машине другой жёсткий диск или пересоздать виртуальный жёсткий диск с потерей всех данных (кнопка Recreate). На вкладке Advanced можно изменить канал, к которому подключен виртуальный жёсткий диск и сжать файл виртуального жёсткого диска.

Настройки привода.

На этой вкладке можно указать виртуальной машине на необходимость использовать привод или указать путь к файлу с образом диска в формате ISO. Аналогичная настройка присутствует и у дисковода.

В настройках виртуальной сетевой карты есть возможность сменить MAC-адрес.

После того, как все настройки проверены и в виртуальную машину добавлено всё необходимое оборудование, можно приступать к установке операционной системы. Для этого в привод нужно установить компакт-диск, запустить виртуальную машину при помощи кнопки Power On (справа в главном окне) и дальше установить ОС так же, как и на обычный компьютер.

Основная и гостевая операционные системы.

В правом нижнем углу главного окна виртуальной машины выведены значки всего оборудования, установленного в виртуальной машине. Значки информируют о том, подключено ли устройство в данный момент и используется ли оно. При помощи контекстного меню, вызываемого щелчком правой кнопки мыши по значку, можно изменить настройки устройства (например, выбрать образ для эмуляции CD), включить или отключить его.

Панель инструментов, размещённая по умолчанию справа в главном окне, перетаскивается при помощи мыши и может быть вынесена за пределы окна программы. Кнопки на панели стандартны: выключить, пауза (основной операционной системе возвращаются все ресурсы, занятые ранее виртуальной машиной, а её работа приостанавливается), включить, перезагрузка (reset). Нижние три кнопки предоставляют возможность переключить гостевую ОС в полноэкранный режим, просмотреть конфигурацию гостевой машины и вернуться в консоль. Чтобы передать мышь и клавиатуру в гостевую систему, достаточно щёлкнуть мышью в окно с гостевой системой. Возврат происходит при нажатии комбинации клавиш Ctrl+Alt. Для максимального комфорта при работе с виртуальной машиной рекомендуется установить специальный пакет инструментов, содержащий драйверы видео, мыши, сетевой карты. Помимо драйверов в комплект входят инструменты для синхронизации времени на гостевой системе со временем основной системы и для автоматической синхронизации буфера обмена. Помимо этого, после установки пакета инструментов, больше не возникает необходимости для передачи мыши и клавиатуры гостевой системе щёлкать мышью в окно гостевой системы, а для их возврата - нажимать Ctrl+Alt. Теперь мышь автоматически передаётся гостевой системе при нахождении курсора мыши над главным окном программы, а клавиатура - при наличии фокуса на главном окне Parallels Workstation. Помимо перечисленного выше, устанавливается утилита, которая позволяет сжать файл виртуального жёсткого диска. Сжатие возможно только при условии, что под виртуальный диск не было сразу отведено место, равное объёму виртуального жёсткого диска. Если это условие выполняется, то утилита очистит неиспользуемое пространство на виртуальном жёстком диске и размер файла виртуального жёсткого диска сократиться.

Настройки всех инструментов собраны в Центре управления, ярлык для вызова которого размещён в трее.

2.3 Разработка содержания курса

Предлагаемый элективный курс содержит основы курса обучения администрированию Windows с углубленным обучением работы с виртуальными машинами.

За основу разработки можно взять один из курсов обучения администрированию Windows, и доработать его до полноценного курса, добавив темы, направленные на изучение виртуальных машин.

Цели и задачи курса:

В современных условиях хозяйствования актуальным становится требование подготовки специалистов, обладающих необходимыми навыками использования современных информационных систем и технологий в сетевой среде. Необходимой составляющей такой подготовки являются как теоретические знания, так и практические навыки в области администрирования и управления информационными системами.
Цель курса - дать студентам необходимые знания, умения и навыки в области средств и методов администрирования в ИС, применяемых в настоящее время. При этом основными задачами предлагаемого курса являются:

- овладение теоретическими знаниями в области управления информационными ресурсами систем и сетей;

- приобретение прикладных знаний об объектах и методах администрирования в информационных системах;

- овладение навыками самостоятельного использования инструментальных программных систем, сетевых служб и оборудования для администрирования в ИС;

- овладение навыками самостоятельного использования виртуальных машин.

После изучения курса "Администрирование в информационных системах и администрирование виртуальных машин" студент должен знать:

- процедуры администрирования в ИС;

- объекты и методы администрирования.

- технологию инсталляции информационных систем;

- принципы управления, мониторинга и аудита информационных систем;

- основы работы с виртуальными машинами.

уметь:

- выполнять инсталляцию и настройку приложений и служб информационной системы;

- организовывать использование общих ресурсов в информационных сетях и системах;

- оценивать необходимость применения различных средств администрирования;

- организовывать защиту информации в информационной системе;

- организовывать безопасную работу в Интернет;

- организовывать работу с виртуальными машинами.

Предлагаемый курс должен изучается в соответствии с графиком учебного процесса.

Изучение предлагаемого курса должно производится в течение одного семестра.

Предлагаемое содержание курса обучения будущих учителей информатики приведено ниже.

Тема 1. Функции и процедуры администрирования.

Управление конфигурацией ИС, выявление и контроль сбойных и ошибочных ситуаций, управление системой безопасности, управление общим доступом. Необходимость процедур администрирования в ИС.

Тема 2. Объекты и методы администрирования.

Администрирование баз данных. Администрирование операционных систем. Администрирование ЛВС. Администрирование почтовых и Internet серверов.

Тема 3. Службы администрирования.

Службы управления конфигурацией. Службы контроля характеристик, ошибочных ситуаций.

Службы управления безопасностью. Службы управления общего пользования. Информационные службы. Интеллектуальные службы. Службы регистрации, сбора и обработки информации. Службы планирования и развития.

Тема 4 Эксплуатация и сопровождение информационных систем.
Ведение статистики использования ресурсов ИС. Выявление и устранение узких мест информационной системы. Управление пользователями ИС.

Тема 5 Инсталляция информационных систем.

Планирование инсталляционных работ. Выбор аппаратно-программных средств. Инсталляция информационной системы на примере Windows 2000. Настройка информационной системы.

Тема 6. Оперативное управление и регламентные работы.

Методы выявления неполадок в работе информационной системы. Оперативное управление и устранение неполадок в системе.

Тема 7. Управление и обслуживание технических средств.

Технические средства в информационных системах.
Методы тестирования технических средств. Обслуживание технических средств.

Тема 8. Информационные системы администрирования.

Принципы построения информационных систем администрирования. Консоль управления. Применение консоли управления и терминальных служб для удаленного администрирования. Организация баз данных администрирования.

Тема 9. Аппаратно-программные платформы администрирования операционных систем.

Средства администрирования ОС на примере Windows 2000. Администрирование учетных записей. Администрирование дисковых массивов.

Тема 10. Аппаратно-программные платформы администрирования баз данных.

Средства администрирования баз данных на примере SQL Server 2000.

Тема 11. Аппаратно-программные платформы администрирования локальных сетей.

Средства администрирования ЛВС на примере домена Windows 2000.

Тема 12. Аппаратно-программные платформы администрирования службы каталога. Средства администрирования службы каталога на примере домена Windows 2000.

Тема 13. Администрирование систем, средств и участников безопасности информационных систем. Разработка структуры подразделений и групповых политик безопасности. Применение политик безопасности на примере Windows 2000.

Тема 14. Аппаратно-программные платформы администрирования служб информационных систем в глобальных сетях.
Средства администрирования служб WWW, FTP, SMTP, NNTP в глобальных сетях на примере Microsoft IIS. Средства администрирования служб маршрутизации и удаленного доступа на примере Microsoft RRAS Windows 2000.

Тема 15. Администрирование и управление доступом в Internet. Развертывание набора средств для Интернет с использованием Microsoft IEAK.

Тема 16. Средства автоматизации администрирования.

Программирование в системах администрирования. Сценарии регистрации и скрипты администрирования. Примеры систем администрирования с использованием Windows Script Host. Сценарии ADSI для системного администрирования Windows 2000.

Тема 17. Сущность виртуальных машин и их использование.

Изучение сущности виртуальных машин, изучение основных современных виртуальных машин и их использование.

Тема 18. Эксплуатация и сопровождение виртуальных машин.
Ведение статистики использования ресурсов виртуальных машин. Выявление и устранение узких мест виртуальной машины.

Тема 19. Инсталляция виртуальных машин.

Планирование инсталляционных работ. Выбор аппаратно-программных средств. Инсталляция виртуальной машины на примере Parallels Workstation. Настройка виртуальной машины и настройка утилиты Parallels Image Tool.

Тема 20. Оперативное управление и регламентные работы.

Методы выявления неполадок в работе виртуальной машины. Оперативное управление и устранение неполадок в работе виртуальной машины.

2.4. Тематическое планирование и рабочая программа курса

Изучение курса предусматривает проведение следующих видов занятий:

- лекции по основным изучаемым темам;
Содержание лекционных занятий должно отвечать всем современным научно-методическим требованиям фундаментальности теоретических знаний в области информатики и вычислительной техники в академических учебных заведениях.

- практические занятия по основным изучаемым темам;
Содержание практических занятий должно способствовать освоению теоретического материала и приобретению практических навыков.

- выполнение лабораторных работ под руководством преподавателя на ПЭВМ;
Содержание лабораторных занятий должно формировать практические навыки работы пользователя в различной сетевой среде и обеспечивать студентов знаниями в области сетевых технологий.

- самостоятельная работа студентов с литературой и в компьютерных классах.

Программа курса "Администрирование в информационных системах и администрирование виртуальных машин" определяет подготовку студентов специальности "Информационные системы и технологии" в использовании сетевых технологий, средств проектирования, эксплуатации и управления информационными сетями и работы с виртуальными машинами.

Ниже приведено тематическое планирование предлагаемого курса.

№	Тема	Содержание	Часов
			Лекций	Лабораторных
1	Функции и процедуры администрирования.	Управление конфигурацией ИС, выявление и контроль сбойных и ошибочных ситуаций, управление системой безопасности, управление общим доступом. Необходимость процедур администрирования в ИС.	2	2
2	Объекты и методы администрирования.	Администрирование баз данных. Администрирование операционных систем. Администрирование ЛВС. Администрирование почтовых и Internet серверов.	2	2
3	Службы администрирования.	Службы управления конфигурацией. Службы контроля характеристик, ошибочных ситуаций. Службы управления безопасностью. Службы управления общего пользования. Информационные службы. Интеллектуальные службы. Службы регистрации, сбора и обработки информации. Службы планирования и развития.	2	2
4	Эксплуатация и сопровождение информационных систем.	Ведение статистики использования ресурсов ИС. Выявление и устранение узких мест информационной системы. Управление пользователями ИС.	2	2
5	Инсталляция информационных систем.	Планирование инсталляционных работ. Выбор аппаратно-программных средств. Инсталляция информационной системы на примере Windows 2000. Настройка информационной системы.	2	2
6	Оперативное управление и регламентные работы.	Методы выявления неполадок в работе информационной системы. Оперативное управление и устранение неполадок в системе.	2	2
7	Управление и обслуживание технических средств.	Технические средства в информационных системах. Методы тестирования технических средств. Обслуживание технических средств.	2	2
8	Информационные системы администрирования.	Принципы построения информационных систем администрирования. Консоль управления. Применение консоли управления и терминальных служб для удаленного администрирования. Организация баз данных администрирования.	2	2

Продолжение таблицы

9	Аппаратно-программные платформы администрирования операционных систем.	Средства администрирования ОС на примере Windows 2000. Администрирование учетных записей. Администрирование дисковых массивов.	2	2
10	Аппаратно-программные платформы администрирования баз данных.	Средства администрирования баз данных на примере SQL Server 2000.	2	2
11	Аппаратно-программные платформы администрирования локальных сетей.	Средства администрирования ЛВС на примере домена Windows 2000.	2	2
12	Аппаратно-программные платформы администрирования службы каталога.	Средства администрирования службы каталога на примере домена Windows 2000.	2	2
13	Администрирование систем, средств и участников безопасности информационных систем.	Разработка структуры подразделений и групповых политик безопасности. Применение политик безопасности на примере Windows 2000.	2	2
14	Аппаратно-программные платформы администрирования служб информационных систем в глобальных сетях.	Средства администрирования служб WWW, FTP, SMTP, NNTP в глобальных сетях на примере Microsoft IIS. Средства администрирования служб маршрутизации и удаленного доступа на примере Microsoft RRAS Windows 2000.	2	2
15	Администрирование и управление доступом в Internet.	Развертывание набора средств для Интернет с использованием Microsoft IEAK.	2	2
16	Средства автоматизации администрирования.	Программирование в системах администрирования. Сценарии регистрации и скрипты администрирования. Примеры систем администрирования с использованием Windows Script Host. Сценарии ADSI для системного администрирования Windows 2000.	2	2
17	Сущность виртуальных машин и их использование.	Изучение сущности виртуальных машин, изучение основных современных виртуальных машин и их использование.	2	2

Продолжение таблицы

18	Эксплуатация и сопровождение виртуальных машин.	Ведение статистики использования ресурсов виртуальных машин. Выявление и устранение узких мест виртуальной машины.	2	2
19	Инсталляция виртуальных машин.	Планирование инсталляционных работ. Выбор аппаратно-программных средств. Инсталляция виртуальной машины на примере Parallels Workstation. Настройка виртуальной машины и настройка утилиты Parallels Image Tool.	2	2
20	Оперативное управление и регламентные работы.	Методы выявления неполадок в работе виртуальной машины. Оперативное управление и устранение неполадок в работе виртуальной машины.	2	2
	Всего		40	40

Курс требует 40 часов лекций, и 40 часов лабораторных работ. Всего 80 часов. Также предусматривается 48 часов самостоятельной работы.

2.5. Дидактические материалы

2.5.1. Учебно-методические материалы

При проведения данного курса предлагается в качестве учебных пособий использовать следующие источники.

Во-первых, книга, посвящённая виртуальным машинам [1]:

Алексей Гультяев. Виртуальные машины. Несколько компьютеров в одном. Издательство: Питер, 2006 г. 224с. В книге рассмотрены три наиболее популярных на сегодняшний день инструмента, предназначенных для создания виртуальных машин и управления ими: Virtual PC 2004 компании Microsoft, VMware Workstation от компании VMware и относительно "свежий" продукт - Parallels Workstation, созданный в компании Parallels. Причем описание всех "конкурирующих" программ построено по одной и той же схеме, чтобы читателю проще было сравнить их между собой и сделать обоснованный выбор.