Организация системы доступа для пользователей в распределенной вычислительной среде

Сегодня востребованность высокопроизводительного компьютерного ресурса определяется, в первую очередь, не столько возможностью получения доступа до отдельного суперкомпьютера или группы больших вычислительных кластеров, сколько удобством работы рядового пользователя с мощным компьютером и соответствующим программным обеспечением. Психологически, переход пользователя с персонального компьютера из удобного (хотя чаще всего не эффективного) окружения на мощный суперкомпьютер чаще всего является весьма болезненным. Такой переход является преимущественно вынужденным и обусловлен необходимостью решения какой-либо сложной задачи, требующей использования разнородного ресурса. Последнее связано с тем фактом, что тяжелые расчеты требуют тщательную подготовку данных, последовательное использование различных расчетных моделей (зачастую разных, применяемых в зависимости от выполнения тех или иных условий), сложную обработку результатов и их визуализацию. При этом традиционно на высокопроизводительном компьютере (суперкомпьютере или кластере) преимущественно отсутствует развитый пользовательский интерфейс, а соединение/использование разнородных ресурсов такого уровня должно проводиться либо пользователем вручную, либо при помощи СЖЮ-технологий.

Среди частных научных проблем в этой области можно выделить проблему организации пользовательского интерфейса при работе с комплексными научными и техническими приложениями, реализуемого на основе концепции «единого окна». Несмотря на кажущуюся простоту этой проблемы, именно ее решение существенным способом приближает пользователя к эффективному использованию высокопроизводительного компьютерного ресурса. 5.

Виртуализация привлекла к себе большое внимание организаций, преследующих цель решить эти проблемы, повысить эффективность ИТ-операций и увеличить скорость реагирования на меняющиеся условия. Изначально целью виртуализации была консолидация ресурсов в центрах обработки данных, но в настоящее время она имеет прямое отношение к приложениям во всех областях ИТ, поскольку позволяет снизить затраты и расширить функциональность.

Управление десктопами пользователей требует значительных затрат ресурсов от ГГ-службы на различных этапах: создание, настройка и обеспечение безопасности, мониторинг, обслуживание, создание резервных копий, утилизация. На каждом из этих этапов сотрудники 1Т-службы должны проводить различные виды работ на распределенных по всей компании персональных ПК. По мере увеличения числа настольных компьютеров, устройств и серверов усложняется ГГ-инфраструктура компании, и растут расходы на управление и обеспечение ее безопасности. Виртуализация настольных ПК позволяет снизить долгосрочные затраты на закупку техники и на поддержку информационной сети, позволяет повысить эффективность 1Т-инфраструктуры и добиться большей масштабируемости и гибкости системы. При виртуализации настольных ПК рабочая среда конечных пользователей больше не привязывается к определенному компьютеру, а предоставляется и администрируется централизованно в виде виртуализованных систем.

Целью диссертации является создание операционного окружения для доступа пользователей в распределенной вычислительной среде. Данное окружение является некоторым общим решением для относительно небольших сетей и может быть использовано и в научных институтах и в коммерческих предприятиях, в которых ресурсы могут располагаться как в одном здании, так и в географически удаленных.

Как часть создания данного окружения, в работе предложено 2 варианта. 6.

• Организация доступа для пользователей в GRID-среде.

• Организация доступа к ресурсам с использованием технологии Виртуализация декстопов.

Начальный вариант — интеграция системы доступа UN1CORE и системы управления распределенными ресурсами Sun Grid Engine на основе стандарта DRMAA. Данная реализация может развиваться в дальнейшем для более полной интеграции UNICORE не только с Sun Grid Engine, но и с другими подобными системами. Также в работе представлен вариант развертывания системы управления виртуальными организациями и центра сертификации для выдачи сертификатов.

Второй вариант — Организация доступа к ресурсам с использованием технологии Виртуализация декстопов с помощью VMware Workstation, позволяющий создавать виртуальные декстопы для решения те или иные задачи.

В результате работы выработана документация по развертыванию Грид среды с целью объединения высокопроизводительных ресурсов и организации доступа для пользователей так и использование виртуальных декстопов для организации безопасного удаленного доступа к персональной рабочей области.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Исследование состояния вопроса организации доступа к гетерогенным ресурсам;

2. Установка и настройка необходимого программного обеспечения (UNICORE, Sun Grid Engine и др.);

3. Интеграция UNICORE и Sun Grid Engine на основе стандарта DRMAA;

4. Развертывание PKI и интеграция с UNICORE;

5. Развертывание UVOS и интеграция с UNICORE.

6. Создание персональной рабочей области с помощью Vmware Workstation и VNC.

Методы исследований базируются на технологиях проектирования программного обеспечения, теории надежности информационных систем, теории случайных процессов и потоков.

Научной новизной обладают следующие результаты, полученные автором в процессе выполнения работы:

• Метод для организации удаленного безопасного доступа к гетерогенным распределенным вычислительным ресурсам.

• Программный продукт, реализующий принцип «одного окна» и обеспечивающий безопасный удаленный доступ.

• Модель безопасного доступа к персональной рабочей области.

Достоверность научных результатов и выводов подтверждена результатами тестирования алгоритмов и программного обеспечения, а также практическим использованием разработанных алгоритмических и программных методов и средств.

Основные научные результаты.

1. Разработана методология обеспечения удаленного доступа пользователей к гетерогенному распределенному вычислительному ресурсу.

2. Предложен программный продукт для такого доступа, обеспечивающий безопасность и реализующий принцип «одного окна» .

3. Предложен безопасный метод удаленного доступа к персональной рабочей области.

Научные положения, выносимые на защиту: — Программный продукт, объединяющий возможности БвЕ и иМССЖЕ для организации доступа к распределённым гетерогенным вычислительным ресурсам;

— Метод авторизации пользователей по принципу одного окна.

— Информационная модель и архитектура пользовательского интерфейса для удалённого доступа к персональной рабочей области.

Практическая значимость составляют:

1. Программный комплекс безопасного удаленного доступа к гетерогенным распределенным вычислительным ресурсам.

2. Программный комплекс безопасного доступа к персональной рабочей области.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены для организации доступа пользователей в вычислительном комплексе ПМ-ПУ СПбГУ и использованы в учебном процессе кафедр ВТ и ИТ СПбГМТУ и ВТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на национальных и международных научно-технических конференциях:

1. Международная конференция МОРИНТЕХ 2009, Санкт-Петербург, 2009 г.

2. Международная конференция «Computer Science & Information Technologies», Yerevan, Armenia, 2009 г.

3. 4-ая Международная конференция «Distributed Computing and Grid-Technologies in Science and Education». Dubna, 2010 r.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 5 статьях и докладах, из них по теме диссертации 5, среди которых 1 публикация в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном в действующем перечне ВАК. Доклады доложены и получили одобрение на 4 международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав с выводами, заключения, трех приложения и списка литературы, включающего 95 наименований. Основная часть работы изложена на 147 страницах машинописного текста. Работа содержит 74 рисунка.

6.4. Выводы.

В данной главе описывается виртуализация декстопов. Содается такая персональная рабочая среда используя один из методов виртуализации декстопов с помощью VMware Workstation и VNC технологией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В данной работе показана необходимость удобного, безопасного и эффективного операционного окружения для решения сложных научных задач, рассмотрены различные подходы создания окружения. Предложена идея построения окружения на основе двух логических компонент: системы доступа и системы управления распределенными ресурсами. Произведено развертывание демонстрационного прототипа Грид среды.

При этом было показано, что:

•Для решения комплексных задач необходим комплексный подход с применением различных технологий, таких как, виртуализация, БОА и Грид.

• Доступ к гетерогенным вычислительным ресурсам при решении комплексных задач необходим реализововать по принципу единого окна.

•Появление Грид технологий позволило в полной мере решить одни из двух главных задач: виртуализация ресурсов и интероперабельность.

•Появление технологии 80А и быстрый прогресс в технологии веб-сервисов и разработке соответствующих стандартов обеспечили эволюционный путь от жесткой и узко-направленной архитектуры Гридсистем первого поколения к стандартизированным, сервис-ориентированным Гридам, гарантирующим стабильно-высокое качество обслуживания пользователей (Грид промышленного уровня).

•Все ресурсы представляются в виде служб, и таким образом, обеспечивается унификация работы с ресурсами.

• Появление стандарта СЮ8А на основе концепции 80А стала ключевым моментом в развитии программного обеспечения Грид.

•Задача интероперабельности решается за счет того, что в СЮ8А используются стандартные протоколы, понимаемые и поддерживаемые всеми аппаратно-программными платформами.

•Применение инфраструктуры открытых ключей в качестве инфраструктуры безопасности Грид, позволяет решить многие проблемы безопасности, которые естественным образом встают в распределенной среде.

•Реализация принципа единого входа на основе стандарта SAML позволяет существенным образом оптимизировать расходы на аутентификацию пользователей Грид.

В процессе выполнения работы было произведено:

• Развертывание программных средств UNTCORE и Sun Grid Engine.

•Интеграция UNICORE и Sun Grid Engine на основе стандарта.

DRMAA, что позволяет UNICORE работать не только с Sun Grid Engine, но и с другими DRMS.

•Развертывание инфраструктуры открытых ключей в виде простой архитектуры из одного УЦ и интеграция данной PKI с UNICORE.

• Развертывание системы управления виртуальными организациями UVOS и интеграция с UNICORE.

•Виртуализация декстопов идеально является процессом, который гарантирует полные, упрощенные и интегральные решения управления декстопов без любых отрицательных воздействий на стоимость или безопасность. Данная среда представляет собой персинальный рабочий область, в которой позволяет создать нужные пользователем ресурсы по требованию для решения какой-то задачи.

Таким образом, в настоящей диссертации была разработана методика создания универсальной системы входа пользователей в распределенные вычислительные системы. Она состоит из трех взаимосвязанных компонент.

Первая компонента позволяет осуществить доступ ко всем доступным пользователю ресурсам по принципу одного окна. Вторая компонента создает удобное для пользователя привычное операционное окружение, вне зависимости от архитектуры или операционной системы, используемой в вычислительном комплексе. И, наконец, третья компонента осуществляет безопасный и защищенный доступ к личным материалам пользователя. При этом все данные и прикладные программы выстраиваются на рабочем столе в привычном пользователю виде, вне зависимости от того, с какого компьютера осуществляется вход в систему.

Все это позволяет приблизить осуществление мечты о том, чтобы сделать супервычисления столь же простыми и удобными для пользователя, как обычный персональный компьютер.

Поскольку предлагаемые методики и продукты были опробованы на разных платформах и операционных системах, можно надеяться, что они найдут широкое применение не только в распределенных вычислительных комплексах, но и для кластерных вычислений.