Uvod

U znanstvenim istraživanjima i nastavi ponekad su neophodni veliki i složeni programski paketi čija je nabavka skupa i koji često imaju posebne zahtjeve na operacijski sustav(OS) i hardver računala. Tu se posebno ističu programi za numeričku analizu i projektiranje(CAD) u prirodnoznanstvenim i tehničkim područjima. Zahtjevi koje ovakvi paketi postavljaju na instalaciju i administriranje računala mogu biti kontradiktorni posebno ako je raspoloživi hardver ograničen te ako jedno računalo i sistem inženjer poslužuje više takvih programa. To je čest slučaj na obrazovnim i znanstvenim ustanovama sa ograničenim resursima. U interesu ustanove, sistem inženjera ali i krajnjih korisnika je da računalni sustav bude funkcionalan, jeftin, skalabilan te po mogućnosti proširiv i jednostavan za održavanje.

Autori su se susreli sa sličnim problemom kod instalacije programskog paketa Synopsis TCAD rel. 2003.12 [1] koji je sa akademskom licencom [2] bio raspoloživ samo za OS Red Hat Linux 7.2 (RH7.2 [3]) na novi programski poslužitelj sa dual Intel Xeon(EMT64) procesorima i RAID 1 poljem diskova. Instalacija Linux OS-a starije generacije na postojeći hardver nije bila moguća, a verzija programskog paketa podržava samo navedeni OS. Uspješno rješenje primjenom virtualnih računala opisano je u ovome radu.


2.Planiranje

Prvo su odabrane verzije OS-a koje su kompatibilne sa programskim paketom - RH7.2 te hardverom i ostalim programskim paketima – RH Enterprise Linux 3.0 (RHEL3.0 [4]). Razmotrena je upotreba različitih virtualnih računala, a odabran je User mode Linux (UML) zbog dostupnosti (GPL) i kompatibilnosti sa odabranim verzijama OS-a. UML omogućuje da se kernel virtualnog računala pokreće kao aplikacija matičnog računala i sastavni je dio Linux kernela 2.4 i novijih. Odvojeno se koristi kernel virtualnog računala i preslika datotečnog sustava (image) virtualnog računala i koji se može koristiti iz matičnog računala preko loopback sučelja [5],[6].

Planira se instalacija programskog paketa, zajedničkih datoteka (pomoć, baze podataka) te korisnika na matično računalo te višestruke instance virtualnih računala u kojima će biti instalirane samo osnovne komponente OS-a potrebne za pokretanje programskog paketa. Ovo rješenje podrazumijeva da virtualna računala imaju vezu sa matičnim računalom (zajednički diskovni prostor-NFS) koja se kod UML-a najbolje ostvaruje preko računalne mreže sa virtualnim sučeljem [7]. Budući se poslužitelj licenci nalazi na trećem računalu, ova mreža je neophodna. Međusobna veza virtualnih računala nije potrebna. Baza korisnika treba biti instalirana na matičnom računalu i dijeljena sa virtualnim računalima pri čemu se treba ograničiti prava nekih korisnika (studenata). Najjednostavnije rješenje koje zadovoljava ove zahtjeve, a podržano je od svih OS-a je NIS [8]. Logička shema je prikazana na Sl 1.

Slika 1: Logička shema implementiranog računalnog sustava.


3.Implementacija i testiranje rješenja

Kod instalacije matičnog računala bilo je neophodno prevođenje kernela zbog specijalnih drivera za RAID diskove i TUN/TAP mrežna sučelja. Preslika RH7.2 datotečnog sustava dobavljena je sa [6]. Testiranje virtualnog računala isto uzrokuje novo prevođenje UML kernela zbog mrežnog sučelja. Instalacija programskog paketa na matično računalo. Stvara se predložak virtualnog računala koji će se umnožiti nakon podešavanja svakog dijela planiranog sustava. Tijekom implementacije ispostavlja se da je za upravljanje virtualnim računalima korisno napraviti sistemsku skriptu. Ona omogućuje pokretanje, kontrolirano zaustavljanje i provjeru rada virtualnih računala. Virtualna računala se umnažaju ručno pri čemu je samo potrebno kopirati presliku datotečnog sustava te promijeniti ime i mrežne postavke. Rade se sigurnosne kopije virtualnih računala i postavki matičnog računala. Instalira se i podešava vatrozid (shorewall [9]) na matično računalo koji štiti cijeli sustav od neautoriziranog upada izvana (pristup samo preko ssh) i omogućuje virtualnim računalima samo vanjsku vezu sa poslužiteljem licenci. Za korištenje X aplikacija u programskom paketu može se koristiti Xnest što poboljšava kompatibilnost sa nekim implementacijama X servera. Na Sl. 2 prikazan je X ekran virtualnog računala sa aktivnim TCAD programima.


4.Eksploatacija

Sustav sa dva virtualna računala nalazi se u normalnoj upotrebi već šest mjeseci. Dogodio se samo jedan ispad virtualnog računala zbog nestanka opskrbe električnom energijom. Sustav koristi 17 korisnika od kojih većina radi udaljeno spajajući se preko ssh. Ograničen je pristup studentima iako se računalo još ne koristi u redovitoj nastavi (samo znanstveni i stručni rad studenata). Brzina rada programa u virtualnim računalima je, prema izjavama korisnika, zadovoljavajuća. Izolacija virtualnih računala je potpuna tako da eventualni pad programa ili OS-a u jednom virtualnom računalu nema utjecaja na drugo virtualno računalo ili na matično računalo.



5.Zaključci

Primjenom virtualnih računala riješen je problem upotrebe skupog ali neophodnog programskog paketa na računalu koje ne podržava OS za koji je programski paket isključivo namijenjen. Ovo rješenje je uvijek primjenjivo u sličnim situacijama s time da se po potrebi mogu koristiti različite metode i programi za virtualizaciju. Korištenjem većeg broja virtualnih računala i mrežnim povezivanjem sa matičnim računalom postiže se skalabilnost, izolacija instanci programa te lakše održavanje i osiguravanje sustava. Brzina rada je zadovoljavajuća čak i za zahtjevne numeričke proračune i CAD.


Slika 2: Programi iz programskog paketa unutar Xnest na virtualnom računalu tcad2.


6.Reference

[1] Synopsys TCAD, fund. V, 2003.12: http://www.synopsys.com/products/tcad/tcad.html
[2] Europractice Software Service, Europractice, 2006: http://www.te.rl.ac.uk/europractice/
[3] Red Hat Linux 7.2 Reference Guide & Customization Guide, Red Hat Inc., 2001
[4] Red Hat Enterprise Linux 3.0 System Administration Guide, Red Hat Inc., 2003
[5] Introduction to User-Mode Linux, IBM developerWorks, 2005: http://www-128.ibm.com/developerworks
[6] User Model Linux, User Mode Linux Core Team, 2006: http://user-mode-linux.sourceforge.net/
[7] Kuthonuzo Luruo, Virtual Networking with User-Mode Linux, Linux for You, January 2005, 22-27
[8] The Linux NIS(YP)/NYS/NIS+ HOWTO, Thorsten Kukuk, 2003: http://www.linux-nis.org/nis-howto/HOWTO/
[9] Shoreline firewall, Shorewall, 2006: http://www.shorewall.net