Raspberry Piクラスタを使用したこの学術的な実験では、遠隔教育の学生に並列および分散コンピューティングの概念を紹介します。
Raspberry Piの登場以来、クリエイターはこの地味なポケットサイズのシステム・オン・チップで、数え切れないほどのコンピュータサイエンス教育プロジェクトに取り組んできました。その中には、コンセプトを紹介するために低コストのRaspberry Piクラスタを探求するプロジェクトも数多く含まれています。
英国 年齢、経験、背景の異なる学生に対する遠隔教育の提供は、より伝統的な大学では直面しない多くの問題を提起します。遠隔教育の学生にPDCの概念を紹介するためにラズベリー・パイ・クラスタを使用するオープンユニバーシティの試みは2019年に始まり、 記載されていますが、もっと広く知られるべきです。
このプロジェクトでは、GCHQがクリエイティブ・コモンズ・ライセンスの下で配布して いるOctaPiチュートリアルに 基づいたRaspberry Piのクラスタを使用します。8台のRaspberry Piがルータとスイッチを使ってプライベートネットワークに接続されています。Raspberry Piの1つがマスターとして機能し、他のRaspberry Piはマスターデバイスに結果をフィードバックするサーバーです。Pythonで書かれたプログラムはマスターのRaspberry Pi上で実行され、dispyパッケージはクラスタの処理コアに活動を分散させます。
OctaPi チュートリアル ダウンロードできます。
そのうちの2つはテキストベースで、巡回セールスマンとパスワードハッシュという検索問題に関連しています。これらは完全な探索問題なので、PDCの概念を教えるのに理想的です。3つ目のプログラムはグラフィカルです。イメージ結合器は、重ならない障害物を持つ3つのイメージを入力とします。これは、3つのイメージのRGBA値をピクセルごとに比較し、中央値を選択することによって、障害物のないイメージを構築します。
クラスターの使用
放送大学は遠隔教育機関であるため、学生はウェブインターフェースを介してクラスターにアクセスします。クラスターへのリモートアクセスには、大学のOpenSTEMラボのインフラを使用しています10。
学生は実行するプログラム、使用するコア数、選択したプログラムのパラメータを選択します。出力として、選択したコア数を使用したクラスタでの実行時間と、1台のRaspberry Piでの実行時間を比較することができます。また、暗号化ハッシュの結果、巡回セールスマンの最小・最大経路、遮蔽物のないイメージなど、プログラムの出力を確認することもできます。
ウェブカメラはクラスタのライブストリームを表示します。マスターのRaspberry PiにはLEDディスプレイがあり、プログラムの実行状況を表示します。ウェブカメラを使うことで、シミュレーションや録画された結果を得るのではなく、本物の専用ハードウェアを使って実験していることが学生に明確に伝わります。
各プログラムには2つのアクティビティがあり、プログラム設計とPDC操作の異なる側面を説明しています。主な学習点の1つは、PDCの計算は性能面で大きな利点をもたらしますが、その代償として問題の分割と分散、そして結果の再結合に時間と資源が費やされるということです。2つ目の学習点は、効率はプログラム設計に強く影響されるということです。
生徒にも好評です。
現在、Raspberry Piクラスタの使用は任意です。しかし、今回の調査結果によると、学生たちはRaspberry Piを楽しんでおり、物理的なハードウェアにリモートアクセスできることがモチベーションになっているようです。
「仮想化されたクラスタではなく、本物のクラスタを使うことができたのは本当に面白かったです。
クラスタが実際に動いているのを見たり、マルチコアの実際の効果を見たりできたのは、本当にエキサイティングでした。理論を読むだけでなく、実際に試すことができるのは素晴らしいことです。"
学生は、自分でプログラムを書いて実行するのではなく、PDCの原理を教えるために設計された学習活動にクラスタを使用しています。通信制大学の学生が使用する低価格のRaspberry Piクラスターを開発した経験から、PDCの概念を教え、学生の興味を引くための実践的な遠隔活動の利点が明らかになりました。
このプロジェクトのチームメンバーの一人であるダニエル・グーチに尋ねると、彼はこう言いました。"私にとっての違いは、既存のラズベリー・パイのチュートリアルセットを利用し、操作の距離と規模に対応できるように、より多くの周辺資料を統合する作業を行ったことです"
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