Alt Linux как среда решения образовательных, инженерных и научных задач (OSEDUCONF-2024)

Короткая ссылка: 20240630I

Докладчик

Одной из острых проблем, которые мешают широкому распространению СПО в образовании, является нехватка методической литературы.
Эта проблема решается на базе курсов ряда университетов, в том числе на базе дисциплины «Операционные системы» и индивидуальных практик курса по ОП ИВТ МИЭМ НИУ ВШЭ. Дополнительно создаётся общеуниверситетский факультатив для более широкого распространения прикладных практик по дисциплине. С точки зрения «Базальт СПО», проблема и задачи могут быть решены на базе ресурса «Библиотека Alt Linux» — здесь имеется общеобразовательная и общенаучная литература, содержащая элементы методик обучения с использованием свободных программных сред Maxima, Octave, Scilab, языкам программирования Free Pascal, Python, C++ и др. Среди других проблем, которые предстоит преодолеть — предубеждение и скепсис привыкших пользоваться зарубежным проприетарным ПО, и нехватка заинтересованных в развитии СПО.
В условиях реализации стратегии импортозамещения показать обучающимся возможности и преимущества отечественных операционных систем на примере ОС «Альт» (ранее Alt Linux) в решении актуальных прикладных инженерных, статистических и исследовательских задач: запуск процессов в рамках базового функционала, разграничения прав, работы с репозиториями, установки библиотек и пакетов, функционирования образовательных, программных, статистических, графических, сетевых, ГИС и специализированных управленческих приложений. Актуальные тематические направления. Основы администрирования линукс-подобных ОС. Основы работа с геопространственными данными и моделями. Основы программирования и работы с кодом в управлении процессами.

Видео

on youtube

Презентация

Thesis

Введение

Программные продукты класса Enterprise нередко вырастают из образовательных проектов. Ранее студенты в предшествующих проектах разработали систему анализа геопространственных данных и построения карты рельефа. В своей работе они использовали свободную геоинформационную систему QGIS, включённую в дистрибутив ОС «Альт Образование». За предшествующие три года был разработан базовый пул практик по курсу ОС с учётом особенностей 9 версии «Альт Образование» (требуется полное обновление с учётом особенностей 10 версии, а также дифференциации дистрибутивов), создана пробная программа тренажёр на базе «Альт» для курса ВСиКС, создано несколько обучающих видеороликов. Требуется привлечение студентов к развитию инструментов для профессионального обучения, аналитики и исследований на базе платформ «Альт». Работа в проектах СПО отлично помогает реализовать идеи, навыки и опыт студентов.

СПО активно используется и в научных проектах НИУ ВШЭ помимо области работы с геопространственными данными, в частности проводят классификацию опухолевых клеток с использованием моделей машинного обучения в среде ОС «Альт». В Брестском государственном техническом университете СПО используют для ЭЭГ-мониторинга психического состояния пользователя. Поэтому на базе мощностей МИЭМ НИУ ВШЭ и Базальт СПО можно продолжить развитие потенциала профессиональной учебно-методической деятельности и академической работы, разработать инструменты к эффективной реализации. Также есть потенциал для сотрудничества с другими университетами и НИИ.

Примеры решений

Один из примеров. На базе СПО были построены актуальные цифровые модели рельефа местности с использованием модулей QGIS.

На базе собранных открытых пространственных данных местности была произведена обработка. В программе QGIS доступно наложение этих данных на карту в виде теневого рельефа, что позволяет создать эффект объёмной карты. Далее был наложен на карту цветовой градиент по высоте рельефа. Была использована возможность добавить изолинии на готовую карту рельефа.

Для построения цифровой модели был использован модуль qgis2threejs, позволяющий перевести полученную карту рельефа в 3D-модель с различными настройками сжатия/растяжения по высоте и ширине. Разработанный алгоритм был использован для построения карты рельефа территории Вольского карьера в Саратовской области с использованием операционной системы «Альт» и предустановленной программы QGIS. Результаты:

Карта и Цифровая модель Вольского карьер

Ещё одним примером работы с данными на базе ОС «Альт» выступает широкое использование программных модулей и приложений для вывода разноформатных данных и решений. В частности, геолокаций на базе модулей Python, построение рекреационных зон^[1]

Один из примеров такого решения для обучающихся представлен во фрагменте кода разметки объектов и на рисунках.

Фрагмент кода разметки объектов локаций:

# Сохранение карты в html
m1.save('map1.html')

m2 = folium.Map(# создание маркеров и меток рекреационных зон с пояснительным контекстом
    location=[55.63,37.33],
    titles='openstreetmap',
    zoom_start=14}

folium.Marker(
    location=[55.63,37.31],
    popup='<i>парк Рсссказовка</i>'
    tooltip='Место прогулок и парковая зона').add_to(m2) # Добавляем метку первой ближайшей 
                                           культурно-рекреационной зоны с пояснительным контекстом

folium.Marker(
    location=[55.65,37.33],
    popup='<i>Переделкино</i>'
    tooltip='Место прогулок и культурный объект',
    icon=follium.Icon(color="red")).add_to(m2) # Добавляем метку второй ближайшей культурно-
                                                     рекреационной зоны с пояснительным контекстом

folium.CircleMarker(
    location=[55.63,37.33],
    radius=300,
    popup="Рекреационные зоны метро Рассказовка",
    color="#3185cc",
    ...)

Разметка и нанесение пути между объектов локаций

На базе работы с терминалом обучающимся демонстрируется структура поточных процессов и работы с нитями как элементы и инструменты базового администрирования операционной системы. Пример написания скрипта для запуска нитей представлен в листинге ниже.

Фрагмент кода для запуска нитей и поточных процеесов:

int main (int argc, char *argv[]<ref name="d"></ref>)
{
    pthread_t threads[NUM_THREADS];
    init rc;
    long t;
    for(t = 0; t < NUM_THREADS; t++){
       printf("In main: creating thread %ld\n", t);
       rc = pthread_create(&threads[t], NULL, PrintHello, (void *)t);
       pthread_join(threads[t], 0);
       if (rc)
	{
	 printf("ERROR: return code from pthread_create() is %d\n", rc);
	 exit(-1);
	}
     }
     pthread_exit(NULL);
}

Также для запуска нитей можно использовать установку пакетов из репозитория, например, libcthreads-20130723-alt1.x86_64.rpm.

Нанесение радиуса локационной зоны и меток

Процессы добавления пользователей в ОС Альт отображены в листинге ниже.

# If env_reset is disabled, sudo will NOT reset the environment
# to only contain the fixed list of variables.
# See sudoers(5) for details.
#Defaults:WHEEL_USERS !env_reset
 
# Preserve DISPLAY and XAUTHORITY environment variables
# for "xgrp" group members.
Defaults:XGRP_USERS env_keep += "DISPLAY XAUTHORITY"
 
##
## Runas alias specification
##
 
##
## User privilege specification
##
# root ALL=(ALL:ALL) ALL
mentor ALL=('<m>\blacksquare</m>'
## Uncomment to allow members of group wheel to execute any command

В рамках администрирования, управления и автоматизации процессов студентами было разработано приложение для автоматического добавления больших групп пользователей.

А также успешно реализованы запуски пакетов по экономико-финансовому анализу фондового рынка, созданы приложения в рамках технико-экономического аудита и использовано СПО по разнофункциональной направленности. В частности, для решения задач инженерно-технического, экомониторингового и социального характера, например, для анализа и совершенствования работы с данными в рамках комплексных отчётов по устойчивому развитию предприятий ресурсного сектора и нефтехимической отрасли.

Заключение

Таким образом, на основе СПО и цифровых платформ «Базальт СПО», в МИЭМ НИУ ВШЭ разрабатываются материалы для интерактивных курсов, учебно-методические материалы для последующей публикации пособия и дополнительные учебные программные приложения по факультативу.

Ключевыми задачами выступают:

Разработка прикладных задач для отработки практических навыков
Разработка теоретических материалов для самостоятельного изучения
Изменение программного комплекса для изучения дисциплины
Изменение комплекта лабораторных работ для более углублённого изучения дисциплины
Разработка фактуры учебных материалов для общеуниверситетского факультатива и маголего

По результатам изучения формируются навыки: работа с дистрибутивами ОС «Альт», администрирование Linux-подобных систем, работа с пакетами и ядром, работа с Python, C, работа с wiki-гипертекстовой документацией, знание технических и образовательных стандартов, работа в научных и образовательных проектах. Умения: написание образовательных материалов для учебного и профессионального использования, проведение профессиональных практик и мастер-классов по администрированию и функциональной работе с ОС, обучение качественной работе с информационными платформами, в частности с отечественными, в условиях импортозамещения. А по итогу формируется и развивается интерактивная и программно-методическая база приложений, инструментов и актуальных решений.

Примечания и ссылки

↑
- Vostrikov A. V., Prokofeva E. N., Goncharenko S. N., Gribanov I. V. Analytical modeling for the modern mining industry// Eurasian Mining. 2019. No.2(32). P.30—35. DOI 10.17580/em.2019.02.07
- Goncharenko S. N., Duong L. B., Petrov M. V., Stoyanova I. A. Modeling of parame-ters of innovation water-protection measures on the basis of industrial-technological indices of coal mining at Vietnam enterprises (2014) Gornyi Zhurnal, (9) , pp.143—146.
- Prokofeva E. N., Vostrikov A. V., Shapovalenko G. N., Alvarez A. The development of effective geomonitoring for mining area with industrial review // Eurasian Mining. 2017. No.~2. P.~61—63.
- Temkin I., Deryabin S., Konov I.: Soft computing models in an intelligent open-pit mines transport control system. Procedia Computer Science, Vol. 120. 2017.

[1] 
Vostrikov A. V., Prokofeva E. N., Goncharenko S. N., Gribanov I. V. Analytical modeling for the modern mining industry// Eurasian Mining. 2019. No.2(32). P.30—35. DOI 10.17580/em.2019.02.07

Goncharenko S. N., Duong L. B., Petrov M. V., Stoyanova I. A. Modeling of parame-ters of innovation water-protection measures on the basis of industrial-technological indices of coal mining at Vietnam enterprises (2014) Gornyi Zhurnal, (9) , pp.143—146.

Prokofeva E. N., Vostrikov A. V., Shapovalenko G. N., Alvarez A. The development of effective geomonitoring for mining area with industrial review // Eurasian Mining. 2017. No.~2. P.~61—63.

Temkin I., Deryabin S., Konov I.: Soft computing models in an intelligent open-pit mines transport control system. Procedia Computer Science, Vol. 120. 2017.

[2] Vostrikov A. V., Prokofeva E. N., Goncharenko S. N., Gribanov I. V. Analytical modeling for the modern mining industry// Eurasian Mining. 2019. No.2(32). P.30—35. DOI 10.17580/em.2019.02.07

[3] Goncharenko S. N., Duong L. B., Petrov M. V., Stoyanova I. A. Modeling of parame-ters of innovation water-protection measures on the basis of industrial-technological indices of coal mining at Vietnam enterprises (2014) Gornyi Zhurnal, (9) , pp.143—146.

[4] Prokofeva E. N., Vostrikov A. V., Shapovalenko G. N., Alvarez A. The development of effective geomonitoring for mining area with industrial review // Eurasian Mining. 2017. No.~2. P.~61—63.

[5] Temkin I., Deryabin S., Konov I.: Soft computing models in an intelligent open-pit mines transport control system. Procedia Computer Science, Vol. 120. 2017.

[1]