Модели и процедуры управления распределенными вычислительными процессами тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Модели и процедуры управления распределенными вычислительными процессами"

'государственный комитет по народному образованию московский ордена трудового красного ЗНАМЕШ институт управления тени серго орддоншщзе

На правах рукописи

каргш лариса андреевна

модели и процедуры управления распределенными вычислителышш процесса:®

08.00,13 - экономико-математические методы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре экономической кибернетики Uооновского ордена Трудового Красного Знамени института управления имени С.Орджоникидзе

Научный руководитель - к.т.н., допоят Р.И.Петров

Официальные оппоненты - д.т.н., профессор Черкасов D.U.;

к.э.н. Дворецкий A.A.

Ведущая организация - 1Щ Коллективного пользования НПО "АСУ - Иосква"

Защита состоится " " jUU<if>^ 1991 года В' 14 часов на заседании специализированного совета К 053.21.07 в Uockosc-ком ордене Трудового Красного Знамени институте управления им.С.Орджоникидзе по адресу: 109542, г.Мосипа, Рязанский проспект, 99.

С диссертагмей модно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ",/У" IS90 г.

Ученый секретарь „ ^

специализированного совета . /¡ii.>is.<( jJ Л.Д.Абрамова

/

процедуры первоначальной комплектации ЦОС,каналов и процедур! первоначальной привязка прикладных функций и по -токой я ЦОС и возможным цепям передачи данных.

2. Позволяет выполнить в рамках глобальной ВС не только рутинные функция управления (распределение памяти,взаимодействие программ а внешними утсройствами и т. д.), которые pea -лизоваш в ОС- cera, но и функции анализа состояния ИЛП ВС в . различных ситуациях, генерации управлявди: воздействий.

3, Спознает ситуацию, возникшую в БС на основе значе -нпй локальных критериев управления - реального и оптимального уроки загрузки аппаратных ресурсов БС.

В диссертационной работе бшш использованы такие методы исследования,, как сиотешшй подход, декомпозиция и компози -ГГ-Л процзссов,нвдугц»я п дедукция.

В процессе пополнения исследований был обобщен п систе-мгазлровая опыт по рассматриваем® вопросам, научные иссле-. довагая я пряшдалв разработки, периодические издания , как соватокао1 , тая я оарубеяше.

Прзтгеячссиая ичпиость 'диссертационного исследования за-глотается п'создашг модели спстеш управления ИШ БС.кото -роя , з процесса ей использования, дает возможность автома -етчссет. прсачадгглрсвать возникнув в ВС ситуацию и выдать прз пзсблда-'оста партии управлявшего воздействия на элементу ílül ЕС. 2?о облегчает го шогсм п делает более »1$ентив-гоЗ рпйоту гги , прпетащого репише , то есть диспетчера ССГЗ. ■

Пттугттурч.п сбт'.eti. гпбот, Диссертация состоит из введения, гроз глаз,сшкэтеягя,списка литература (70 наименований) н двуя прплотэигД (тсяст прогргшмк на PA5CAL 5.5, itpn.vepu реа-лазкцгга процедур управления 11ЛГ» БС>. Обед?. объём работы -182. стршоя?!, в тем числе Т27 страниц основного -текста(3

литература,введение и заключение, 43 рисунка, 8 таблиц.

СОДЕРГШ&Ж РЛБОШ.

Во введении показана необходимость,возможность и ак -гуальность исследования данной проблемы всвязи с физическим и ¿(ункниональннм расширением распределенных вычислительных систем.

В первой гладе - "Проблемы развития управления распределенными процессами" проанализированы необходимость и возможности развития распределенных вичислительшх систем,как в нпте11 стране,так и за рубежом.

Далее, проведена классификация существующих ВС по различным аспектам и рассмотрена декомпозиция глобальной ЕС по уровням. При иерархическом представлении,ВС рассматривается как взаимосвязанные между собой ЦОС,базы Данных и т.д.посредством различных видов каналов связи.Выделяют следующие тиш ЦОС :

1. С Л С

2. Л V С

3. Персон, ип.ние ко;шьютери(Г1К) и суперкомпьютеры(СК)

4. Узли.

В настоящее врегя в результате усиления тенденции развития глобалышх ВС предполагается создание нового программного обеспеченгл к,очень часто, - новых аппаратных средств. Kpo.ro того, в рс.з»:кта>: I»' (клдотп роль стали играть арендато-рц средств съязя , » всьяик с эти-; появились так назышеше, шу.строеинкс сети, ь гаорнх при необходимости добавляется оберудог.чкке так:;.: образом предлагаются ноше услуги по дост'::::е :■<■'>'1-а-.': средотнсд голлеяткряого доступа к копаю-

- g-

Эги и другие йакторы,а также приведенный анализ существующих.систем управления процессами в сетях,приводят к выводу о необходимости совершенствования существующих систем управления ЮШ ВС.

Суть проблемы в том, что до настоящего времени существовали такие системы, которые либо охватывали подсистемы сети (например,система управления передата данных 15!»/, система управления подсетью ACS и т.д.) , либо реализошвали в рам -ках всей сети весьма ограниченный спектр функций управления, являвшихся,как правило, рутаншши(т.е, такими для которых в явном виде существуют как исходные данные ,так и цепочки рассуждений, алгоритмы реализации этих фунх~гй).

Что же касается управления ИЛИ глобальной BG в целом, го здесь в основном все. функции были возложены на человека-диспетчера саги,к которому поступали заявки и который пригашал управлеячеакие решения в различим ситуациях.

Таким образом .анализ, показал, что существующие' систеш рассматривают проблему автоматизации управления в определенных, как правило,локальных аспектах, И это приводит к существовании значительных потерь в целом в глобальных ВС :

1. из-за пустых операций,

2. из-за увеличения времени, задергай сообщений в ситуации перегрузки ресурсов ВС,

3. из-за простоев ресурсов в ситуации недогрузки сети.

Начиная о середины ВО-х годов , стали появляйся системы управления процессами тяга Jb tut»; , &сле$, дающие

возможность контроля за состоянием сети в целом. Так, йсле.5 содержит поведенческие модели работы сети и жест г.озмонность оказания при необходимости оперативной помог,и польяоттелп.

-Н> -

При анализе возможностей этих систем, однако,можно выделить следующие недостатки:

а) многие из разработанных систем имеют возможном» работать только с устройствами определенных сетей,имеющих оригинальные протоколы;

б) система автоматически контролируют состояние процессов в сети , но не могут провести.анализ возникшей в ВС ситуации. ;

Всё это даёт возможность сделать вывод о необходимости дальнейшего развития систем управления распределенными пронес-" сами в ВС и ещё раз подчёркивает актуальность и практическую значимость вопросов,рассматриваемых в диссертационной работе.

ЗЗо второй главе "Модели и процедуры развития систем управления распределенными вычислительными процессами" рассмотрена постановив задачи управления ИЛИ ВС .которая включает в себя описание объектов исследования,целей .которых необходимо достичь в результате решения задачи.Далее, представляется формализация процессов управления на основе моделей в процедур.

Шк1'ормзщюнно-логическая структура рещешя задачи управления ШШ ВС определяется графом отношений моделей и проце - •• дур (рис.П.В неги предполагается построение,моделей Ф2АР, неукомплектованных ЦОС, каналов, и прш-л.эдннх. (ууикций на основе проиедч1пм проце;г/р анализа сушствущих систеш. Исходной ш<юрм1*г5иеа для проводонтя процедур анализа является :

- состав и количество

- првдтежтурр реальной сети (ЦОС^каналы связи); •

- спектр приклрданх $.уигци5,реглиза15И. которых предполагается 'в.длиной БС {рвс.2«}. ' ■ ' , .

3 этих исходных.подедгос- должна Скксироваться. воя ии'ор- '

маюя, которая йеобходима для расчета значений критериев управления и реализации возможных управлнпцих воздействий.

Под прикладными ;фу1ткциями (ПФ) понимается гот спектр задач, который решаетсягв ВС. ПФ разделяют на :

компактные,т.е. наполняемые в одной географической точке,а именно,в пределах одного ЦОС;

- распределение, т.6. такие, которые требуют передачу информационных потоков иездг ЦОС. >

После построения исходных моделей следующей является процедура первоначальной комплектации ЦОС и каналов.Данине для её проведения берутся из моделей ФЗ&Р, ЦОС и каналов, а результата* является построение моделей укомплектованных ЦОС,каналов или модель ВС. На основе модели ВС и моделей ПФ проводится процедура первоначальной привязки ГО и потопов к ЦОС к каналам передачи данных. Процедда первоначальной комплектации и привязки |явяяюгся оригинальными. <

Компактные ПФ закрепляются;за определенными ЦОС. Гри о том необходимо проверить .удовлетворяют ли аппаратные'.;' , ресурсы' данного ЦОС требованиям реализуемой Ш.то есть; существуют ли в достаточном количестве необходимые тшш н ввды реоурсов ЦОС,находятся ли все эти ресурсы в актмшом состоявши. Если все Эти условия выпатеяютсЯ ,то моделируется выполнение ПФ данным ЦОС, и рассчитываются значения критериев управления. Когда не все из этих условий выполняются, то могут возникнуть следугацие . ситуация, требувдае упраклтда ¿оздействий на аппарвтнне ресурсы :

1) топы ресурсов не удовлетворяют требованиям 13;

2) виды ресурсов не удовлетворяет требованиям Ш;

' 3) количество ресурсов■данного типа (вид?:.) не. удлв-

V- .'.летгоряет требогажшм П4;

-4) необходеме ресурск в ремонте;

Б) необходгилге рссурс:; в резерве .

X

Опозкованке ситуации, генерация и реализация управляющие воздействий

Расчет значений локал, критериев управления

Реконфи-.гурация аппарат, ресурсов

С модель !

Процедурц первоначальной привязки П Ф

I модели \ ЦОС. ВЦПД )

т-

Процедура первоначгшьной комплектации ДОС , ганалов

т

\

11роцедуры

построения

моделей

модели модели

каналов П Ф

_.* ¡{¡ашо1 II Ф

е существующие системы и«? ормационно-логической деятельности

Рис.1 Граф отношений моделей и процедур управления 1!ЛП ВС.

- г> -

В том случае, когда II<i> распределенная .необходимо, во-першх .привызать её к ЦОС, а , во-вторых, распределить её потоки по каналам С1ТД.

Для нахоздения ЦОС , к которому будет привязана данная ПО,рассчитывается медиана графа,то есть находится тог ЦОС в БС, который расположен на минимальном расстоянии от всех остальных ЦОС. Если количество,типы,виды и состояние ррсур-сог выбранного в результате расчета медианы графа ЦОС соответствует требованиям ПФ, то функция за ним закрепляется.

После закрепления распределенных ПФ за ЦОС выполняется привязка потоков этих функций к возможным цепям передачи дзшшх. Находятся все альтернативные мариругк мевду^'-м и к-м ЦОС на основе метода отметки ЦОС и каналов.Из всех альтернативных выбирается маршрут, содержаний минимальное тцсло звеньев.

Тагам образом, результатом процедуры первоначалъней привязки служат модель КПП ВС ( рис. 2£).

Лоеле привязки Ш и потоков анализируется ситуация, которая возникла в сети. Для этого рассчитываются значения критериев управления - фактическое отклонение реального уровня загрузки аппаратных ресурсов сети (j>) от их оптггпльпок величины (p7t ) :

После чего ¿р ср'-л нигготся с допустим:» отклонпп-ем фактического от оптимального уровня загрузки (лр<,„ ) , определяемого экспортно. Бри сравнении этих иплпчпч nwx? оказаться , что ресурсы БС :

- загружены кпргтльчо. Ь огом случае укреплял .ко дсйсгкм не регукаух/тся.

- недогрузе ш или ::сгетру-гонт; в дспусгяплс п.и.-ос, что гп;~е не- трс\'уот ^трг.^ляя zx го w*

- недогружены более допустимого. — перегружены вше допустимой величины,

Две последние ситуации предполагают генерация и реализа- • дар управлящих воздействий, которые могут бить 'направлены на

очереди 1Н> и потоки, - аппаратные ресурсы ВС.

Имеется в виду,что,например, в ситуации негрузки ресурсов ЦОС за ним могут бить закреплены дополнительные Ш с "целью снижения потерь из-за простоев ресурсов. А если Пф добавить в ЦОС . невозможно и потери из-за простоев ресурсов очень велика,го оти ресурсы могут быть переведены в оостояние резерва.

Глобальным критерием реализации процедур управления 1Ш1 ВС является дополнительная прибшь, пату'чаемая за счет управляющие воздействий (¿Ш.Значение »того критерия рассчитывается поело выполнения процедур и дсыш/о быть проанализировано пользователем модели систеиы управления для прлнягия окончательного радения. .

Таким образам,во второй главе диссертационной .работа изложена постановка задачи управления 1Ш1 ВС и шв^ормацпопно-яогц -ческая структура ей решения на основа графа .моделей ц процедур, результатам выполнения которого яйЛíIeтcя оптимальный о.точки зрения критериев управления .1Ш1 ВС.

В третьей главе "Реализация, процедур управления распрадо -ленными вычислительными процессами* показаны Еоз^оаюста реализации моделей и процедур в среде программирования ИШЕО-Р^С1М. 5.5 да персональном кодяьютере в различшх вариантах постанови задачи:

Г.варьируеше алеыеита - к потоки,а. фиксирршщцат количество,состав и сосгоядае аппаратных ресурсов;

2, н.рьируеше ол.-манти - количество,состав и состояние с.л:г и.тшх -ресурсо»,: пкен] оьм:«:*- и потоки;

Рис. 2а Графическое представление Рпо.2в Графическое преде трстсч ш <з моделей ЦОС,каналов, ПФ модели ИЛИ -ВС,

Условные обозначения :

Д - узел связи ,

Д _ ц О С ' (компьютер), — К - - какал с&чзи,

О» - компактная И,

- распределенная ¡10.

-16 -

3. варьируемыми элементами процесса наряду о количеством, составом и состоянием аппаратных ресурсов являются

' Ж> н потоки.

В первом варианте постановки возмохш управлявшие воздействия только на очереди ПФ и потоки, во втором - только на аппаратные ресурсы 'сета, а в третьем - реконфигурация как очередей ПО'и потоков, так и аппаратных ресурсов ВС.

В этой главе диссертационной работа предлагается вариант реализации моделей к процедур улравлешм ИЛИ ВС в среде ТУЕВО- ■ РМСЛ1 5.5 под управлением ОС РМ . Структура 8того варианта программной реализации показана на рис. 3.

В нем сохранена информационно-логическая структура решения задачи управления, отраженная в графе отношений моделей и про- ■ цедур управления ИЛП ВС (рис.1). Она представлена з "Главном меню".

Первый режим "Главного меда" - * Построение моделей* позволяет построить модели СЗАР , ЦОС , каналов и ПФ. Причем, имеется возможность модификации моделей(изменения.добавления записей). Это необходимо в силу открытости архитектуры ИЛП ВС.

Последующие режимы "Главного меню" также соответствуют \ вершинам гра^а моделей и процедур.

Результатом моделирования процессов управления ИЛП ВС на I -м шаге служат значения локальных критериев - уропня загрузка ресурсов сети (фактического и оптимального) и величины прибили,получаемой в системе {/}■).'оти результат дшот возможность пользователю модели принять решение и необходимости дальнейшего проведения процесса управления. Если (I +1 ) илг необходим, то в результате его выполнения рлссчигившотся ноте Бели чины а^грузки ресурсов и прибили (П 1и ).

Об а'У.екташгости проведения процесса управления можно суда» пс> величине д П, значен»? кочч'р.'К дилчно стримитьмя к

DC M5 ' DOS

система ТШО - PASCAL 5.5

Главное меню

Запомнить

1.Построение -;—

моделей

2.Первоначальная л»-комплектация

ЗЛГервоначальная привязка.Расчет значений критериев' управления

4.Генерация и реализация управяякисих воздействий

Справка

Выход

Ннструклда по работе с системой моделей и процедур управления ИЛП ВС

- модели ФЗАР,

- модели ЦОС ,

- модели каналов

- модели Ш.

Рас. 3.' Структура программы'на TUSBQ - PASCAL S.5

максимум? •

дП = Uiti - Hi , :

i'

В заключении, результата работы могут быть представлены следувдими шводами )

1, В диссертационной работе было проанализировано развитие оистем управления вычислительными процессами,ИЛП, протекапцими в сетях, и выявлены некоторые недостатки втих систем. На основе втого анализа сделан вывод о шшравлениях возможного совершенствования и развития систем управления 1L2] ВС.

2, Основное ownrae созданной модели системы управления ИДП ВС по сравнению с традиционными заключается в том, что она охватывает более широкий спектр функций,позволяя управлять ИЛП, протсхашцш в глобальной ВС в целом, автоматически выполняет трудоемкие рутинные операции, предоставляя возможность пользователю-диспетчеру ВС выполнять творческую работу , выбирая управляющие воздействия в нестандартных ситуациях,

3, Разработанная модель системы управления позволяет работать С риЗЛИЧ1ШМИ 1фХИТеКТур!ШИ ВС И РАЗЛИЧНЫМИ

ПФ.что является также её преимуществом,Это было достигнуто включением в модель системы управления ШП ВС процедур первоначальной комплектации ЦОС и тислов и перьонач;шь)ю11 привязки lit и потоков к ЦОС и возмож- -нш цепям передачи д/иишх.

4. Дот решения Ьоотоачеипи в диссертации задач была разработана программа в скстеие ТС'КШ-РА^САИ й.б.рогигазую-щая процедуры управления ИЛГ1 ВС.

По теме диссертации опубликованы следущне работы :

I.Разработка, экспертной системы управления в ВС .// Соверячкс-твов.ише управления окономическими системам : Метода.модели, алгоритмыг И.:МИУ.., 1988 - с. 116-120.

2.Основные характеристики процесса управления вычислительными сетями .// Проблемы применения ЭШ и экономико-математических методов а управлении экономикой - М.,1989 - с. 40-46.Доп.: ИШОН ЛЯ СССР 16.10.89, № 39751.

3.Концепция построения системы управления информадаояно-логичес-кими процессам! вычислительной сети.//Проблемы управления производством в новых условиях хозяйствования. Те эксы кон$ере№:зт -М.: Ш , 1989 _ О, I п/}. . '

4. "Модели и процедуры управления распределенными процесса«"// Тезисы конференции молодых ученых "Визнес и государственное регулирование" - К.: ШУ , 1990 - 0,1 пл.

5."Цели и критерии реализации процедур управления 1Ш БС "// Проблемы применения математических методов и моделей я экономических исследованиях, - М,: , 1320 - О, Г пл.

Подписано в печать а в свет 49.12.90 Объем / п.л. Тирах /00вы. Заказ а 372 Ротапринт МЯТ пмепл Серго Ордаоялладза 109004. Москва,М.Коммунюттеская 4.