ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС СРЕДЫ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ  LINUX

В.В. Курейчик, Е.В. Нужнов

(Таганрогский государственный радиотехнический университет)

Данная тема заслуживает всестороннего обсуждения, поскольку:

·         операционная система (ОС) Linux является сегодня главным действующим представителем популярного семейства ОС UNIX, имеющего непререкаемый авторитет пользователей, благодаря своей надежности и устойчивости, защищенности, функциональности, открытости, доступности,  выраженной сетевой направленности и многим другим свойствам;

·         в то же время Linux, как и UNIX в целом, не имеет той распространенности и в том числе в высших учебных заведениях, которой заслуживает ОС с подобными свойствами. Более того, в таких областях и учебных специальностях как «Системы автоматизированного проектирования» и «Информационные технологии в образовании» необходимость использования именно таких ОС доказывать не нужно.

Сдерживающими факторами широкого внедрения Linux являются, на наш взгляд, следующие принципиальные свойства этой ОС:

·         необходимость для качественного использования системы достаточно высокого уровня общей, компьютерной и сетевой, а также программистской (C/C++) подготовки пользователей. Организацию и особенности системы надо знать, ресурсами ее среды надо уметь управлять;

·         должное внимание средствам графического интерфейса и возможности постоянной работы в более удобной и естественной графической среде для всех и каждого, в том числе – неквалифицированного пользователя разработчики ОС Linux стали уделять лишь в последнее время, что было долгое время традиционно для семейств ОС UNIX и Novell NetWare, зачастую отталкивая многих потенциальных пользователей;

·         армия компаний-разработчиков приложений для среды Linux, и в первую очередь, офисных и мультимедиа, вследствие экспансии корпорации Microsoft явно уступает последней;

·         среда Linux по тем же причинам слабее освещается в печатных и даже электронных публикациях, несмотря на то, что Internet является традиционной средой «обитания» UNIX-сообщества.  

На кафедре систем автоматизированного проектирования (САПР) ТРТУ ОС Linux используется в учебном процессе уже несколько лет, в результате чего накоплен определенный опыт использования различных версий системы, графических сред и оконных менеджеров, командного языка и утилит, а также обслуживания кафедрального Linux-сервера.

Кафедра САПР осуществляет подготовку специалистов по трем специальностям высшего профессионального образования:

·         220300 – «Системы автоматизированного проектирования» (направление 552800/654600 – «Информатика и вычислительная техника»);

·         073700 – «Информационные технологии в образовании» (направление 654700 – «Информационные системы»);

·         030100 – «Информатика» (направление 030000 – «Педагогические специальности»).

Архитектура аппаратного комплекса кафедры представлена на рис.1. Кафедральный сервер функционирует под управлением ОС Red Hat Linux. Число компьютеров в классе n_i = 8÷16. Ежегодно приобретается до 8 компьютеров.

 

 

 

 

 

Рис.1

Активными сетевыми устройствами локальной подсети кафедры являются коммутаторы и концентраторы с числом портов 16÷24, технология Ethernet 10/100 Мбит/c, кабель – витая пара. Кафедральная подсеть входит в состав общеуниверситетской локальной сети ТРТУ.

В результате анализа возможностей современных ОС и протяженности их жизненного цикла был выбран вариант использования в учебном процессе сред двух популярных ОС – Microsoft Windows XP и Linux (с последующими версиями). Кроме выбранных, заслуживают внимания еще две ОС:

·         MacOS для платформы Apple Macintosh c признанным лучшим графическим интерфейсом пользователя, так и не получившая распространения в вузах страны, хотя и идеально подходящая для использования в учебном процессе;

·         OS/2 4.* Merlin корпорации IBM – незаслуженно прекращенная прекрасная разработка, имеющая удобные средства для изучения свойств многозадачной и многопоточной среды пользователем, поддерживавшая перспективные информационные и сетевые технологии, средства речевого ввода, распознавания рукописного ввода и т.п.

Среда ОС Linux для отмеченных учебных специальностей используется при изучении операционных систем, сетей ЭВМ и телекоммуникаций, перспективных информационных технологий и сред и других, для которых можно найти программное обеспечение поддержки учебного процесса. Для использования среды Linux применяются две возможности:

·         запуск программ-клиентов Linux-сервера на рабочих станциях;

·         создание среды двойной загрузки ОС Windows XP или Linux ASP Linux 3.5?.

Рассмотрим применение среды ОС Linux в федеральной учебной дисциплине учебных планов отмеченных специальностей «Операционные системы» (для специальности 030100 данная дисциплина является частью 1 дисциплины «Программное обеспечение ЭВМ»).

В дисциплине «Операционные системы» изучаются:

·         режимы работы, функции, классификация, принципы построения, требования и тенденции развития ОС на современном этапе;

·         концептуальные основы ОС: ресурс, процесс, поток,  подсистемы, средства, интерфейсы, концепции прерывания и виртуализации;

·         дисциплины распределения ресурсов, используемые в ОС, а также средства взаимодействия пользователя с компьютером;

·         классическая архитектура ОС и архитектура на основе микроядра;

·         планирование процессов и потоков, диспетчеризация потоков, прерываний и системных вызовов;

·         синхронизация процессов и потоков;

·         различные алгоритмы распределения памяти (страничное, сегментное, сегментно-страничное);

·         проблемы аппаратной зависимости и переносимости ОС, а также совместимости различных ОС и реализации множественных прикладных программных сред.

Лабораторный практикум включает два комплекса лабораторных работ:

1.     Освоение среды ОС Microsoft Windows XP (интерфейс, средства и подсистемы; утилиты; командный язык; настройка и оптимизация среды; многозадачность и многопоточность в среде ОС Windows XP).

2.     Освоение среды ОС Linux (графические среды и оконные менеджеры; популярные команды Linux и системная оболочка BASH; утилиты и средства командного языка Linux).

Осваивая среду Linux, студенты учатся устанавливать, настраивать и сравнивать различные оконные менеджеры, выполняют общие и индивидуальные задания различной сложности с использованием многочисленных возможностей и конструкций командного языка

В дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации» (для специальности 073700 – «Информационные сети») студенты выполняют лабораторную работу «Cетевые средства ОС Windows XP и Linux, где учатся выполнять сетевую настройку станции в том числе и в среде ОС Linux, причем для внутренней сети – локальной и внешней – Internet.

Таким образом, после изучения двух последних дисциплин с учетом изучения на первом курсе  обучения основ программирования на языках C/C++ студенты становятся готовыми к восприятию среды ОС Linux в своей повседневной работе – при освоении различного прикладного программного обеспечения своей будущей специальности. Например, при изучении дисциплины «Эволюционное моделирование и генетические алгоритмы» может использоваться инструментальная система CLIPS для среды ОС Linux, а в дисциплине «Прикладные интеллектуальные системы» – оболочка экспертной системы G2.

Развивая направление, связанное с использованием среды ОС Linux и соответствующих программных продуктов в учебном процессе, кафедра САПР планирует выделить под эту среду два учебных класса.

В начале 2005 года кафедра получит программное обеспечение поддержки процессов автоматизированного проектирования от компании Cadence:

·         PCB Studio Package – для 30 компьютеров, среда ОС Windows XP. Пакет предназначен для поддержки цикла автоматизированного проектирования печатных плат на основе известной САПР ORCAD;

·         Combined IC Package (включает ASIC Front End – подсистему проектирования трактов данных) и Systems Package – для 30 компьютеров, среда ОС Linux. Интегрированный пакет предназначен для поддержки цикла автоматизированного схемотехнического и конструкторского проектирования больших и сверхбольших интегральных схем и их элементов на основе ряда известных САПР Cadence Design Systems.

Наличие и эксплуатация второго пакета потребует пересмотра многих вопросов поддержки технологии взаимодействия клиентов и сервера, организации хранения и сопровождения данных. При этом с учетом наличия на кафедре ряда компьютеров у преподавателей, учебно-вспомогательного персонала и в научной лаборатории ресурсов единственного кафедрального сервера (рис.1) становится недостаточно.

Новая архитектура аппаратного комплекса кафедры будет иметь вид (рис.2). Она допускает планомерное независимое развитие каждой операционной среды и наращивание числа компьютеров в классах.

 

 

 

 

 

 

Рис.2

Кроме упомянутых выше пакетов, кафедра САПР планирует приобретение ряда пакетов компаний Mentor Graphics (IC Block и другие) и Synopsis (Design Compiler  и другие), а также средств поддержки языков VHDL и Verilog для среды ОС Linux.

Кафедра САПР видит содействие Центра компетенции LINUX IBM в помощи в приобретении:

·         высокопроизводительного аппаратного Linux-сервера с активным сетевым оборудованием (коммутатором) для локальной сети Fast Ethernet 100 Мбит/c, способного обслуживать 30-40 клиентов (компьютеров);

·         программного обеспечения среды ОС Linux для поддержки учебного процесса:

·         компьютерных учебников по освоению среды ОС Linux, офисных и других прикладных программных продуктов для данной среды;

·         инструментальных систем программирования на различных современных и перспективных языках;

·         инструментальных систем разработки систем компьютерного обучения, компьютерных учебников и других электронных образовательных ресурсов;

·         инструментальных систем поддержки создания продуктов мультимедиа (редактирования и записи аудиовизуальной информации учебного назначения);

·         баз данных учебного назначения и систем управления ими.   

 

Кафедра САПР ТРТУ на основе накопленного опыта внедрения и освоения различных ОС имеет ряд предложений к УМО, направленных на повышение эффективности внедрения ОС Linux в учебный процесс, консолидацию усилий отдельных вузов и кафедр. В частности, УМО может взять на себя такие организационные функции как:

·         упорядочение, выработка рекомендаций и организация распространения удачных версий ОС Linux (и обновлений к ним) для использования в учебном процессе заинтересованных  вузов;

·         отбор и организация хранения в Internet документов с описаниями среды ОС Linux и ее составляющих для использования в учебном процессе (оригинальная документация и статьи, RFC и их переводы);

·         организация разработки инструкций по освоению среды ОС Linux в учебном процессе;

·         организация разработки (по своим заданиям или планам) учебно-методической литературы, связанной с использованием ОС Linux и программных продуктов для ее среды;

·         организация обмена опытом преподавателей, активно использующих ОС Linux в преподавании (лекции, лабораторные работы, практические занятия);

·         организация и проведение регулярных курсов повышения квалификации преподавателей и администраторов Linux-серверов.

 

Конечно, в реализации этих предложений могут и должны участвовать все заинтересованные вузы и кафедры.