최근 졸업작품 DEVROOM의 중간보고서를 작성하면서, 여러 선행 연구 논문들을 리서치했습니다.
여러 논문중에서도, 비교적 최신이면서 저희 프로젝트와 방향성이 유사한 논문을 리뷰해 봅니다.
0. 논문 정보
1. 논문 개요
- 벨기에 Brussel 대학에서 기존에 운영하던 ETROpy PaaS 서비스는 프로그래밍 숙제 연습에만 초점을 맞춰 강의 실습용으로는 부적절. 이 외에도 다양한 한계점 존재.
- 위의 문제를 해결하기 위해, Jupyter Hub 기반의 SaaS 교육용 서비스 제안.
- Jupyter Notebook을 기반으로 개인별 온라인 웹 프로그래밍 환경 제공.
- K8s를 통해 Jupyter Hub를 배포 및 운영. 개인마다 파드와 볼륨 제공.
- 과제 생성과 채점의 편의성을 위해 nbgrader을 활용.
- 퍼블릭 클라우드, 온프레미스 둘 다 사용 가능.
- Brussel 공학부 수업에서 실제로 2년간 SaaS 솔루션을 운용, 교사와 학생의 피드백이 긍정적.
Tip!
Jupyter Notebook이란?
오픈 소스 웹 애플리케이션으로, 파이썬이나 R, Julia, Ruby 코드를 웹 화면에서 실행하고 그 결과를 확인할 수 있다.
nbgrader란?
Jupyter Notebook 기반의 교육 도구로, 과제 관리 및 자동 채점이 가능하다.
2. 환경 설계 및 실험
온프레미스 구축
16-core AMD EPYC 7302 + 128GB RAM 서버 4대를 K8s로 연결 및 관리.
2TB SSD 3대를 Ceph 분산 솔루션으로 구성.
K8s 자원 생성
Jupyter Hub의 배포판 중 Z2J (Zero to JupyterHub)를 K8s에 배포. 사용자 마다 모두 자신의 볼륨과 포드를 할당받게 된다. 각 사용자의 성능은 4GB RAM과 1 CPU로 제한하였다. FailOver 발생 시 파드는 자동으로 재시작된다.
교수와 학생 인증 방식
Jupyter Hub에서 외부 OAuth 서비스를 사용 가능.
본 논문에서는 Azure Active Directory 서비스를 활용하였다.
교수와 학생 정보 관리
기존에 사용하던 Canvas 시스템의 API를 활용해 JupyterHub DB와의 동기화를 진행.
교수 Jupyter Notebook nbgrader 문제 출제 예시 화면
학생 Jupyter Notebook nbgrader 문제 풀이 예시 화면
Brussel 대학 SaaS 솔루션 실험 대상 과목
- Engineering: The engineering track (알고리즘적 사고에 중점)
- Engineering: Architecture: The architecture engineering track (시각화에 중점)
- Engineering Technology: The engineering technology track (실제 구현과 실습에 중점)
3. 최종 평가 및 결론
학생들이 IDE와 같은 툴 설치나 환경 설정에 신경 쓰지 않고, 실습 자체에 집중할 수 있었다. 기존의 ETROpy나 PyCharm에 비해 훨씬더 개선된 접근성을 보였다. 또한 nbgrader를 적용하면서 과제의 채점도 훨씬 간단해졌으며, 교수자의 성적 입력 또한 편리해졌다. 현재는 nbgrader와 JupyterLab의 통합까지 진행 중이며, 이는 추후 더 많은 교육기관에서의 활용도 기대할 수 있다.
4. DevRoom 프로젝트에서의 활용
비록 이 논문을 보기 전에 DevRoom 프로젝트를 실행하기는 했지만,
여러 부분에서 다음과 같이 굉장히 유사한 모습을 보입니다.
- K8s로 개인별 파드와 볼륨을 연결해 준 점
- 웹 기반의 프로그래밍 환경을 제공한 점
- 외부 OAuth를 사용한 점.
- 교육에 도움이 되는 교수, 학생을 위한 여러 부가기능을 고민한 점
- 온프레미스와 퍼블릭 클라우드 요소 두 개 다 사용 가능한 점
다만, 몇 가지 부분에서는 차이점도 다음과 같이 존재합니다.
- 웹 기반 프로그래밍에서 Jupyter NoteBook 대신 Web SSH와 VScode를 사용한 점
- OAuth 서비스 제공 업자의 차이
- 과제 제출, 채점 등의 부가기능
우선 1번의 경우, 자유도의 측면에서는 우리가 사용한 Web SSH와 VScode가 더 우세하다고 생각합니다다. 하지만, 간단한 Python 프로그래밍의 경우 Jupyter NoteBook이 더 가벼울 것으로 추정되며, nbgrader까지 활용할 수 있다는 장점이 있습니다. 이는 추후 DevRoom 구현 부분에서 Jupyter NoteBook 옵션을 추가해 주는 것으로 보충이 가능할 것입니다.
2번의 경우, 논문은 Azure Active Directory, DevRoom은 AWS Congito를 사용하였습니다. 둘 다 유명한 CSP 기업이기 때문에 크게 차이점은 없을 것으로 생각되며, 단순히 선호의 차이라 생각합니다. 다만, 특정 서비스에 귀속된다는 점은 주의할 필요가 있습니다.
3번은 1번과 이어지는 부분입니다. 논문에서는 nbgrader와 같은 오픈소스를 통해 교육과 관련된 부가기능을 제공합니다. 하지만 아직 DevRoom은 이러한 서비스가 구현되어 있지 않다. 추후 이를 참고하여 부족한 기능들을 구현하면 될 것으로 예상됩니다.
Source
- Educational software-as-a-service based on JupyterHub and nbgrader running on Kubernetes
https://ieeexplore.ieee.org/document/9969419