Ứng dụng công nghệ thông tin vào việc dạy học môn cơ sở văn hoá việt nam tại trường đại học ngoại ngữ đhqg hà nội

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • • • ********* TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẠNG LƯỚI TẠI VIỆT NAM DựÀTRÊN MÁY TÍNH CÁ NHÂN • * • MÃ SĨ: QT-08-69 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: ThS Trịnh Thị Thúy Giang HÀ NỘI - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T NHIấN ô ã ã ã TấN ẩ TI: NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẠNG LƯỚI TẠI VIỆT NAM DựÁTRÊN MÁY TÍNH CÁ NHÂN • • • MÃ SĨ: QT-08-69 CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: ThS Trịnh Thị Thúy Giang Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ r ọ i TRUNG TÂM t h ò n g tin TH J VIỆN HÀ NỘI - 2008 ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • * * 'k'k'k'k'k'k’kyc'k TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẠNG LƯỚI TẠI VIỆT NAM DựA TRÊN MÁY TÍNH CÁ NHÂN • • • MÃ SỐ: QT-08-69 CH Ủ TRÌ ĐÈ TÀI: T hS T rịn h T hị T h ú y G ian g CÁN B ộ THAM GIA: ThS Hồ Đầc Phương ThS Trần Văn Dũng ThS Lê Thị Thanh Hải HÀ NỘI - 2008 BÁO CÁO TÓM TẮT T ên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng tính tốn mạng lưới Việt Nam dựa máy tính cá nhân; m ã số: QT-08-69 C h ủ trì đề tài: ThS Trịnh Thị Thúy Giang Các cán tham gia: - ThS Hồ Đắc Phương, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN - ThS Trần Văn Dũng, Trường ĐHKHTN - ThS Lê Thị Thanh Hải, Trường ĐHKHTN M ục tiêu nội dung nghiên cứu Hiện nay, thực tế có nhiều tốn u cầu khối lượng tính tốn lớn mà khơng thể sử dụng máy tính thơng thường, xuất siêu máy tính để giải tốn đó, nhiên kèm theo chi phí vơ lớn Tính tốn mạng lưới cơng nghệ đưa để giải hai vấn đề: Tận dụng tài ngun dư thừa xử lý tính tốn lớn với chi phí rẻ Hiện nay, có nhiều mơ hình công nghệ tảng để xây dựng ứng dụng tính tốn lưới, nhiều cơng cụ phát triển framework để phục vụ việc thực thi phát triển ứng dụng chạy tính tốn lưới, ví dụ Globus, Boinc, Alchem i Trong Alchemi cơng cụ phát triển tảng NET, hỗ trợ ứng dụng chạy tảng khác hoạt động, hồ trợ tích hợp với ứng đụng chạy ưên công cụ phát triển lâu Globus [1] Các nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu vấn đề liên quan đến mơi trường tỉnh tốn mạng lưới công cụ Alchem i (công cụ phát triển tảng NET cung cấp mã nguồn Internet [1]) - Nghiên cứu đưa số giải pháp phát triển m ột số tính cho cơng cụ Alchemi - M ột số kết sau triển khai mơ hình với công cụ Alchemi Các kết đạt - Viết m ột tài liệu giới thiệu công cụ Alchemi - Đã nghiên cứu phát triển số tính cho công cụ Alchemi - Đã gửi đáng 01 báo tạp chí Bưu Viễn thơng Cơng nghệ thơng tin Bộ Bưu Viễn thơng Tình hình kỉnh phí đề tài (hoặc dự án) CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI (Ký ghi rỗ họ tên) ĐƠN VỊ QUẢN LÝ (Ký ghi rõ họ tên) P G S T S Đ ỗ Q u an g H uy T hS T rịn h T hị T húy G iang TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN *HĨ HIỆU IRbỏNG MỤC LỤC ■ • Phàn I GIỚI THIỆU C H U N G I Đặt vấn đề .6 II Bộ công cụ Alchemi .6 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Kiến trú c Phần II PHÁT TRIẺN A L C H E M I 19 I Xây dựng module tính tốn dư thừa Alchemi: 19 1.1 Giới thiệu tính tốn dư thừa: 19 1.2 Kỹ thuật Homogeneous Redundancy (HR): .20 1.3 Xây dựng modul tính toán dư thừa 20 1.4 Xây dựng module xác nhận tính đắn kết 24 II Thực thi chương trình sau khỉ thêm module phát triển thêm: 26 Phàn III XÂY D ự N G ỨNG DỤNG RAYTRACING DƯA t r ê n ALCHEMI27 I Giói thiệu Raytracing .27 1.1 Lịch s : 27 1.2 Tổng quan khái niệm : 27 1.3 Ưu nhược điểm phương pháp Raytracing: 28 1.4 ứ ng dụng Raytracing: 29 1.5 Các dự án phát triển: 31 1.6 Xu phát triển Raytracing: 32 II Thuật toán: 33 III.Song song hóa q trình tính tốn thuật toán ray tracing 34 3.1 Mơ hình tính tốn: 34 3.2 Cân bàng tả i 35 Phần IV T H ự C N G H IỆ M 37 I Mơ hình triển khai 37 II Kết thu 37 Phần V KÉT L U Ậ N 44 TÀI LIỆU THAM K H Ả O 45 Phần I GIỚI THIỆU CHUNG I Đặt vấn đề Con người sổng giai đoạn bùng nổ công nghệ thông tin Các thiết bị phần cứng máy tính ngày trờ nên hồn thiện có sức mạnh lớn nhiều so với thiết bị trước Mặt khác giá thành giảm điều giúp cho máy tính có m ặt nơi giới, có mặt cơng việc người, từ công kinh doanh đến sản xuất, nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, ứng dụng thông thường sử dụng phần nhỏ lực xử lý tính, dẫn đến lãng phí lớn Những tốn có khối lượng tính tốn khổng lồ mà dùng máy tính thơng thường phải m ất đến vài năm để hồn thành (ví dụ tạo phim 100 phút, với 24 frame/s bàng thuật tốn Raytracing, đến 6000 ngày tính tốn máy tính, tương ứng với 16 năm chạy CPU thông thường [2]) Những siêu máy tính phát triển để giải tốn đó, giá thành chúng q đắt nên đơi khơng phù hợp Tính tốn lưới công nghệ đưa để giải hai vấn đề trên: o Tận dụng tài nguyên dư thừa o Xử lý tính tốn lớn với chi phí rẻ Với phát triển cơng nghệ tính tốn lưới nay, nhiều công cụ phát triển m ột framework để phục vụ việc thực thi phát triển ứng dụng chạy tính tốn lưới, ví dụ Globus, Boinc, Alchemi Trong Alchemi m ột công cụ phát triển trẽn tảng NET, hỗ trợ ứng dụng chạy tảng khác hoạt động, hỗ trợ tích hợp với ứng dụng chạy công cụ phát triển lâu Globus [1] II Bộ công cụ Alchem i 2.1 Giới thiệu chung Trong bối cảnh thư viện framework dành cho tính tốn mạng lưới chủ yểu nằm Linux, Alchemi xuất trở thành framework hoi hoạt động NET Bản thân framework mã nguồn mở, Alchem i cung cấp khả linh hoạt cho người sử dụng thiết kế xử lý ứng dụng desktop hệ thống máy tính kết qua mạng để trơ thành m áy ảo siêu mạnh (virtual supercomputer) Đề tài trình bày tổng quan Alchem i m ột ứng dụng xây dựng công cụ Alchemi Trong khái niệm tính tốn lưới đơn giản thực tế việc triển khai tính tốn mạng lưới phải đương đầu với số thách thức Những yểu tố kể tính bảo mật, tính hỗn tạp, tính tin cậy, tảng phần mềm, lập lịch (scheduling) quản lý tài nguyên M icrosoft NET Framework cung cấp công cụ mạnh để giải tất vấn đề trên, đặc biệt hỗ trợ cho thực thi từ xa (qua NET Rem oting web service), đa luồng (multithreading), bảo mật, lập trình khơng đồng bộ, thực thi có quản lý (managed execution) phát triển đa ngơn ngữ (cross-language development) khiến trở thành tảng (platform) lý tưởng cho phần mềm tàng lưới Được xây dựng NET, Alchemi bao gồm thành phần sau: - Chương trình (file chạy window) để xây dựng tính tốn mạng lưới - Các hàm NET API công cụ cho phép phát triển ứng dụng tích hợp ứng dụng phát triển tảng khác Alchem i xây dựng dựa theo mơ hình master-vvorker, thành phần trung tâm đứng phân phát đơn vị xử lý song song quản lý chúng Đơn vị xử lý nhỏ mơ hình xử lý song song Alchemi thread, bao gồm hàm xử lý liệu M ột ứng dụng lưới định nghĩa đơn giản ứng dụng chạy hệ thống lưới bao gồm tập hợp thread, ứ n g dụng hay thread trừu tượng hóa mơ hình hướng đối tượng Alchemi Fram ework Alchemi cho grid xây dựng với mục tiêu làm cho cấu trúc grid phát triển phàn mềm grid đơn giản tốt, đảm bảo tính mềm dẻo, linh hoạt, tin cậy khả mở rộng Những tính chủ đạo hỗ trợ Alchem i là: - Các cluster Internet tạo thành từ máy tính cá nhân không cần hệ thống chia sẻ file - Hệ thống cluster để tạo hệ thống grid có tính cấp bậc cộng tác cao - Lập trình luồng grid hướng đối tượng - Giao diện web service hỗ trợ môi trường grid thông qua thành phần môi giới tài nguyên (resource broker component) Thiết kế cho m ột môi trường grid nhiều tầng sử dụng Alchemi số công nghệ grid khác Globus Toolkit thể hình vẽ Gridbus Grid Service Broker (GSB) thiết kế để triển khai với tài nguyên grid sử dụng Globus mở rộng để làm việc tài nguyên grid sử dụng Alchemi thông qua giao diện web service đa Alchemi Trong mơi trường này, ứng dụng grid tạo cách sử dụng mơ hình luồng grid Alchemi mơ hình lập trình param eter-sw eep Gridbus broker, ứ n g dụng thiết kế sử dụng mô hỉnh hướng luồng grid Alchemi (viết NET) chạy nút Alchemi ứng dụng khác ứng dụng parameter-sweep chạy nút Alchem i Globus e-Business Application e -S d e n c e Applicalion e-Commerce Application e-Engineering Application ~ -r"~ — A lc h e m i N ET API {Object-Oriented Grid Thread Programming L llr liu u m e illj i Environment) N E T language, e g c # , M anaged C + + , VB NET Precompiled executables Anv lanauaae •• - - -—= -— ; -srr:—— ■ Parametric Modeling Environment G r i d b u s G ri d S e r v i c e B r o k e r ( G S B ) A iơ ie m i A ctua tor G rid T h re a d s Globus A ctuator A lc h e m ì Jobs Afclu.’I— - -r t.£fm lY—’il A lc h e m i jm m B E aa rằ mp *7ô w+t'y y.T ã - HSjjflwmww ■ "■M ■* - JL H r :lass OS-based machines Windows-based machines with ,NET Framework Hình I 2.2 Kiến trúc 2.2.1 Thành phần Alchem i đưa bốn thành phần phân tán hình 2, thiết kế để hoạt động cách sử dụng Hình Manager M anager quản lý thực thi ứng dụng grid cung cấp dịch vụ liên kết với quản lý thực thi luồng Các Executor đăng kí với M anager qua để giúp Manager kiểm tra tính sẵn sàng chúng Luồng gửi tót Owner đặt vào khối chung (pool) lên kế hoạch để thực thi Executor rỗi Một mức độ ưu tiên dành cho luồng thiết lập tạo Owner, luồng đánh mức ưu tiên cao không thiết lập mức ưu tiên Executor trả luồng thực thi cho M anager chuyển tới Owner tương ứng Executor Executor chấp nhận luồng từ Manager thực thi chúng Một Executor chỉnh sửa để chuyên biệt (delicated), có nghĩa tài nguyên quản lý tập trung M anager, khơng chun biệt (none-delicated) có nghĩa tài nguyên quản lý tự nguyện chế độ screen save đặt chế độ người sử dụng Đối với thực thi không sẵn sàng có giao tiếp đường (one-w ay communication) Executor M anager Trong trường hợp SCIENTIFIC PROJECT Branch: Inform atics Technology Project category: National level ■Title: Applied Grid Computing in Viet Nam base on PC Code: QT-08-69 M anaging Institution: Vietnam National University o f Hanoi Im plem enting Institution: Hanoi University o f Science Collaborating Institutions Coordinator Key implem entors: - M Sc Trinh Thi Thuy Giang - M Sc Ho Dac Phuong - M Sc Tran Van D ung - MSc Le Thi Thanh Hai Duration: (from 3/2008 to 03/2009) Budget: 20.000.000 VND 10 M ain results: - Had a docum ent about Grid computing and Alchemi - Researched and proposed model grid computing in Vietnam - Sent a paper to Posts, Telecommunications and Information Technology Journal, M inistry of Posts and Telematics of Socialist Republic o f Vietnam 11 Evaluation grade (if the project has been evaluated by the the evaluation committee: excellent, good, fair) 47 PHIẾU ĐĂNG KÝ KÉT QUẢ NGHIÊN cứu KH-CN Tên đê tài (hoặc dự án): Nghiên cứu ứng dụng tính tốn mạng lưới Việt Nam dựa máy tính cá nhân số: OT-08-69 ỌT-08-69 Mã sơ: Cơ quan chủ trì đề tài (hoặc dự án): Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội Tel: 04 8581419 Cơ quan quản lý đề tài (hoặc dự án): Đại học Quốc Gia Hà Nội Địa chỉ: 144 Xuân Thủy, cầ u Giấy, Hà Nội Tel: Tơng kỉnh phí thực chi: Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: 20.000.000đ - Kinh phí trường: - Vay tín dụng: - Vốn tự có: - Thu hồi: Thòi gian nghiên cứu: năm Thời gian bắt đầu: tháng 03/2008 Thời gian kết thúc: 03/2009 Tên cán phoThợp nghiên cửu: ThS Hồ Đắc Phương, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQGHN Sô đăng ký đê tài Bảo mật: Sô chứng nhận đăng ký kết nghiên cứu: a Phổ biển rộng rãi: b Phổ biến hạn chế: Ngày: c Bao mât: Tóm tắt kết nghiên cứu: - Nghiên cứu tìm hiểu tính tốn mạng lưới triển khai ứng dụng tính tốn mạng lưới dựa máy tính cá nhân Nghiên cứu tìm hiểu cơng cụ mã nguồn mở Alchem i xây dựng M icrosoft.Net thiết kế cho ứng dụng tính tốn mạng lưới dựa máy tính cá nhân - Đã nghiên cứu cài đặt ứng dụng tính tốn mạng lưới dựa má> tính cá nhân Kiến nghị ve quy mô đối tượng áp dụng nghiên cứu: ■ Đề tài nghiên cứu m ột hướng the giới, đặc biệt Việt 48 Nam, nên gặp nhiêu khó khăn Xây dựng nhóm nghiên cứu TTM L từ Trường Viện nghiên cứu để phối hợp triển khai Vì TTML địi hỏi phải có liên kết, phối hợp ê lưa tô chức cá nhân Việc triên khai thực có ý nghĩa triên khai hệ thống phân tán - Hiện Trung tâm tính tốn hiệu cao Trường Đại học Khoa học Tự nhiên triên khai m ột dự án VNGrid, thấy ràng nội dung thực đề tài bước đầu phần góp phần nhỏ vào trình thực hiện, triển khai VNGrid - Đe tiến hành xây dựng hệ thống TTML thử nghiệm Trường ĐHKHTN ĐHQGHN nên tạo điều kiện để cán đăng ký đề tài nghiên cứu TTML Trường Đ H K H TN cần thành lập nhóm dự án nghiên cứu vấn đề này, việc cài đặt hệ thống TTM L phức tạp phái can thiệp sâu phần cứng C h ủ n h iệ m đ ề tài T hủ tr n g c q u a n chủ trì đ ề tài Trịnh Thị Thúy C h ủ tịch H ộ i đ ồn g đ n h giá ch ín h th c Hồng Chí Thành Họ tên Học hàm học vị Kí tên Đóng dấu 49 T hủ tr n g c qu an q u ản lý đề tài ...n Thanh Thủy3, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội Email: tgiang@ vnu.edu-vn Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Email: hdDhuonft@vnu.edu-vn Đại học Bách khoa Hà nội Email... U Ố C G IA HÀ r ọ i TRUNG TÂM t h ò n g tin TH J VIỆN HÀ NỘI - 2008 ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN • • * * ''k''k''k''k''k''k’kyc''k TÊN ĐÈ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HC T NHIấN ô ã ã ã TấN ẩ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TÍNH TỐN MẠNG LƯỚI TẠI VIỆT NAM DựÁTRÊN MÁY TÍNH CÁ NHÂN • • •