Mašinski fakultet Univerziteta u Nišu, kao jedini mašinski fakultet na području jugoistoka Srbije, više od pet decenija uspešno ostvaruje trojaku misiju koju čine obrazovanje, naučni rad i učešće u razvoju i transformaciji društva. Od samog osnivanja, on je preuzeo ulogu jednog od pokretača obrazovnog, naučnog, privrednog i društvenog razvoja Niša i regiona. U procesu zasnivanja modernog evropskog obrazovanja u Srbiji, Mašinski fakultet u Nišu neprestano poboljšava svoje studijske programe i uvodi nova nastavna sredstva i nove metode nastave, kako bi studenti stekli savremena znanja i osposobili se za praktični rad u preduzećima.

Nastava na Mašinskom fakultetu Univerziteta u Nišu podignuta je na značajno viši nivo implementacijom nove opreme i kreiranjem virtuelnog okruženja…

Počev od 2012. godine, fakultet je sproveo trogodišnju reformu obrazovanja u oblasti industrijskog razvoja proizvoda na Katedri za mašinske konstrukcije, razvoj i inženjering preko projekta Improvement of Product Development Studies in Serbia and Bosnia and Herzegovina – IPROD (http://iprod.masfak.ni.ac.rs) koji je finansirala Evropska Unija u okviru TEMPUS programa. U okviru procesa reforme obrazovanja implementirana je i nova računarska infrastruktura, koja je omogućila znatno poboljšanje kvaliteta obrazovnog procesa i dostupnost računarskih resursa studentima.

Stanje pre implementacije

Stanje informacionog sistema na Katedri za mašinske konstrukcije, razvoj i inženjering bilo je veoma loše jer je katedra raspolagala zastarelom računarskom opremom, nabavljenom u periodu 2004‑2008. godine. Kako je katedra raspolagala sa svega 10 radnih mesta, nastava je morala biti organizovana u podgrupama, a često je i više studenata koristilo jedan računar tokom vežbanja.

Pored zastarelih računara, katedra je posedovala i jednu Dell Precision T5600 radnu stanicu, sa 12 jezgara i 32 GB RAM‑a, nabavljenu preko HETIP IPA projekta 2013. godine, a čiji su resursi deljeni sa drugom katedrom (više od 20 korisnika, prosečno 3 online) i 5 licenci softverskog paketa za simulaciju u procesu razvoja proizvoda ANSYS sa HPC (High Performance Computing) dodatkom za 36 procesorskih jezgara.

Zbog intenzivnog korišćenja od strane studenata i slabog poštovanja pravila korišćenja učionice, gotovo polovina radnih stanica bila je neoperativna od sredine semestra. Na kraju svakog semestra bila je potrebna reinstalacija operativnog sistema i sveg softvera koji je korišćen u obrazovnom procesu. Veoma često dolazilo je i do blokiranja IP adresa računara zbog prevelikog mrežnog protoka i povrede autorskih prava od strane administratora Akademske mreže Srbije. Pored toga, radna stanica Dell Precision T5600 imala je preveliko zauzeće resursa, pri čemu je korišćen samo deo mogućnosti raspoložive ANSYS licence, jer navedena radna stanica omogućava korišćenje samo 12 od postojećih 36 jezgara.

Nova infrastruktura

Osnovna zamisao pri implementaciji nove računarske infrastrukture bila je da se uvede virtuelna desktop infrastruktura i da se na virtuelizovanim serverima podigne računarski mini‑klaster visokih performansi (HPC klaster). Kako je hardverska oprema definisana još pri prijavi IPROD projekta u okviru TEMPUS programa EU, nakon javne nabavke računarske opreme bilo je potrebno sprovesti navedenu zamisao u praksi.

S obzirom na to da je COMING pobedio na tenderu za nabavku računarskog hardvera, njegovi inženjeri definisali su rešenje hibridne virtuelizovane infrastrukture koja u sebi objedinjuje funkcije virtuelne desktop infrastrukture, HPC klastera i virtuelizacije osnovnih servisa Mašinskog fakulteta Univerziteta u Nišu. Definisano rešenje jedinstveno je na prostoru jugoistočne Evrope, jer je po prvi put implementirana infiniband mreža visokih performansi između članova hibridne infrastrukture.

Inženjeri kompanije COMING izvršili su instalaciju i podešavanje storidž‑sistema i servera, virtuelizaciju servera i definisanje virtuelne desktop infrastrukture i obrazaca virtuelnih mašina, kao i instalaciju i podešavanje infiniband mreže između servera i subnet menadžera neophodnog za njeno funkcionisanje.

Hibridna infrastruktura trenutno pokreće 102 virtuelne mašine, koje obavljaju različite funkcije:

• 80 virtuelnih radnih stanica na Windows 7 operativnom sistemu;
• 3 virtuelna noda HPC klastera (24 jezgra, 128 GB RAM, resursi se povećavaju u slučaju potrebe);
• infrastrukturni servisi (web server za novi i stari sajt Mašinskog fakulteta, DHCP server, vCenter, View server, tri licencna servera, pomoćne virtuelne mašine i obrasci virtuelnih mašina).

Pored hardvera nabavljenog preko IPROD projekta, kompanija COMING donirala je Mašinskom fakultetu Univerziteta u Nišu i 20 zero klijenata sa monitorima i pratećom opremom, što je omogućilo fakultetu da formira još jednu računarsku učionicu.

Oprema i softver

Server

• HP ProLiant DL380p Gen8

Storidž

• NetApp FAS2220a

Mrežna oprema

• Cisco WS‑C2960S‑24TS‑S
• Voltaire Grid Director 4036

Zero client

• LG 23CAV42K

Softver

• VMware Essentials Plus Kit
• VMware Horizon View

Rezultati implementacije

Primena virtuelne desktop infrastrukture značajno je unapredila raspoložive kapacitete i dostupnost računarskih resursa studentima, jer je jedini preduslov da studenti pristupe svojim računarima postojanje internet veze. Svi studenti na Katedri za mašinske konstrukcije, razvoj i inženjering imaju neprestani pristup svojim personalizovanim virtuelnim mašinama, čak i od kuće ili u pokretu (tableti, pametni telefoni), sa licenciranim softverom koji se koristi u procesu obrazovanja u oblasti razvoja proizvoda.

Reinstalacija operativnog sistema sa svim softverom dešava se gotovo trenutno, tako da su prevaziđeni problemi sa nefunkcionisanjem infrastrukture usled nepravilnog korišćenja računara od strane studenata. Uz to, uvođenje domenskih naloga za potrebe virtuelne infrastrukture omogućilo je administratorima pun uvid u moguća kršenja pravila prilikom preuzimanja sadržaja sa interneta i eventualnu povredu autorskih prava. Ogroman napredak učinjen je i skraćivanjem vremena potrebnog za održavanje računara i instalaciju novih verzija softvera. Tako je, na primer, za instalaciju nove verzije softvera Autodesk Inventor Professional potrebno svega 30 minuta, u odnosu na više od jednog dana, koliko bi bilo potrebno za instalaciju softvera na ekvivalentnom broju „nevirtuelizovanih“ radnih stanica (80 radnih stanica) od strane jednog administratora. Formiranje nove računarske učionice podiglo je i kvalitet obrazovnog procesa jer je sada svakom studentu obezbeđeno njegovo radno mesto na vežbama.

HPC klaster koriste studenti na master i doktorskim studijama za potrebe rada na projektima ili za potrebe istraživanja u okviru master radova i doktorskih disertacija. Uvođenje HPC klastera omogućilo je studentima da rešavaju daleko veće i kompleksnije probleme, uz značajnu uštedu vremena. U odnosu na Dell Precision T5600 radnu stanicu, koja ima sasvim solidne performanse, ostvareno je ubrzanje od prosečno 30%, što za višednevne analize i te kako ima značaja. Takođe, studenti su uspeli da izvrše određene analize koje nisu mogle biti izvršene na staroj opremi, zbog nedostatka memorijskih resursa.

Primena infiniband mreže visokih performansi omogućila je i do 10 puta veći mrežni protok i do 2 puta manje latence pri mrežnoj komunikaciji u odnosu na gigabitnu mrežnu infrastrukturu, što ima značajan uticaj na funkcionisanje virtuelizovanog HPC klastera. Implementacija HPC klastera omogućila je i da veći broj studenata vrši analize istovremeno, uz minimalan uticaj na trajanje analiza.

Na osnovu analize prosečnog opterećenja hibridnog klastera, ustanovljeno je da sistem može da opsluži i gotovo 30% veći broj korisnika od trenutnih potreba. Takođe, uz minimalne investicije moguće je značajno povećati performanse sistema, čime se čuva postojeća investicija i obezbeđuje njena dugotrajnost.

Ukoliko bi napred opisano rešenje bilo ostvareno klasičnim radnim stanicama i formiranjem zasebnog HPC klastera, inicijalni troškovi za formiranje infrastrukture bili bi gotovo dvostruko veći. Pored investicionih troškova, značajne uštede ostvaruju se i u potrošnji energije – kod klasične infrastrukture potrošnja energije može biti i do 5 puta veća.

Ključno o implementaciji

Izazovi

• Ograničen budžet i projektno finansiranje unapređenja informacione infrastrukture.
• Zastarela računarska infrastruktura.
• Niska raspoloživost resursa usled čestih kvarova radnih stanica.
• Blokada IP adresa zbog prevelikog mrežnog protoka i povrede autorskih prava.
• Nemogućnost iskorišćenja raspoloživih softverskih resursa.

Prednosti

• Unapređenje raspoloživih kapaciteta i raspoloživosti računarskih resursa studentima.
• Značajno skraćenje vremena potrebnog za održavanje računara i instalaciju novih verzija softvera.
• Uvid u preuzimanje sadržaja sa interneta i moguće povrede autorskih prava.
• Prevazilaženje problema sa nefunkcionisanjem infrastrukture usled nepravilnog korišćenja računara od strane. studenata.
• Uvođenje računarskog klastera visokih performansi (HPC) omogućilo je studentima da rešavaju daleko veće i kompleksnije probleme, uz značajnu uštedu vremena.
• Primena infiniband mreže značajno utiče na povećanje efikasnosti HPC klastera.
• Nadogradnja sistema iziskuje minimalne troškove, uz značajno povećanje kapaciteta i performansi.
• Značajno snižavanje investicionih i eksploatacionih troškova.

Zaključak

Implementiran je verovatno prvi infiniband virtuelizovani hibridni klaster u regionu koji obavlja funkcije HPC klastera, pruža virtuelnu desktop infrastrukturu i delimično konsoliduje data‑centar Mašinskog fakulteta Univerziteta u Nišu, čime je postavljena osnova potpune unifikacije IT infrastrukture fakulteta. Navedeno rešenje podrazumeva daleko niže troškove implementacije i eksploatacije u odnosu na klasična „nevirtuelizovana“ rešenja i predstavlja daleko bolje rešenje za pružanje informatičkih usluga u obrazovanju, zbog veće fleksibilnosti i raspoloživosti resursa.

Milan Banić