Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕЩЕНИЕ 5
Глава I. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ И СОХРАН
НОСТИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТЯХ ЭВМ 12
1.1. Надежность сетей ЭВМ и резервирование
информационных массивов и программных
модулей ..... 12
1.2. Влияние параметров сети ЭВМ на распределение резервных модулей и массивов ... 18
1.3. Методы резервирования информационных
массивов и программных модулей 24
1.4. Особенности и задачи оптимального резер
вирования модулей и массивов в сетях ЭВМ 28
Краткие выводы 32
Глава 2. ОПЕРАТИВНОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ
МОДУЛЕЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ МАССИВОВ
В СЕТЯХ ЭВМ 34
2.1. Анализ эффективности стратегий резервирования массивов и модулей в сетях ЭВМ 35
2.2. Анализ эффективности дисциплин обработки
запросов в сетях ЭВМ 59
2.3. Задачи оптимального оперативного резервирования массивов и модулей в сетях ЭВМ 66
2.4. Задачи оптимального резервирования взаимо
связанных информационных массивов и про
граммных модулей 73
2.5. Анализ зависимости распределения резервных модулей и массивов в сети ЭВМ
от трафика поступающих запросов 78
Краткие выводы 82
Стр.
Глава 3. ВОССТАНОВИТЕЛШОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ПРО
ГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ И ИНФОРМАЦИОННЫХ МАССИВОВ
В СЕТЯХ ЭВМ 85
3.1. Определение характеристик и анализ эффек
тивности стратегий восстановления массивов
и модулей в сетях ЭВМ 86
3.2. Задачи оптимального восстановительного
резервирования модулей и массивов в сетях
ЭВМ 108
3.3. Задачи оптимизации схемы восстановления
разрушенного оперативного резерва в сети
ЭВМ 118
3.4. Целесообразность использования архивов
магнитных носителей в сетях ЭВМ в качестве
восстановительного резерва 125
Краткие выводы 128
Глава 4. ПОВЫПШЖЕ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
СЕТЕЙ ЭВМ МЕТОДАМИ ОПЕРАТИВНОГО И ВОССТА
НОВИТЕЛЬНОГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ПРОГРАММ
И ДАННЫХ 131
4.1. Функционирование сети ЭВМ, не использующей
восстановительное резервирование массивов
и модулей 132
4.2. Функционирование сети ЭВМ, использующей
архивы магнитных носителей, при возможности
их отказов 143
4.3. Функционирование сети ЭВМ, содержащей
безотказные архивы магнитных носителей . . . 149
4.4. Функционирование сети ЭВМ, использующей
в качестве восстановительного резерва
неразрушенный оперативный резерв 161
4.5. Оптимизация резервирования модулей
и массивов в системах реального времени 166
Краткие выводы 176
Стр.
ЗАМЮЧЕНИЕ 178
ЛИТЕРАТУРА 181
ПРИЛОЖЕНИЕ А .... 190
ПРИЛОЖЕНИЕ В 202
ПРИЛОЖЕНИЕ С 207
Введение к работе
Сети ЭВМ являются важным фактором выполнения задач в области развития науки, ускорения научно-технического прогресса, совершенствования управления и повышения эффективности во всех сферах народного хозяйства, определенных ХШ съездом КПСС в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I981-1985 годы и на период до 1990 года". Именно поэтому в решениях съезда была отмечена необходимость дальнейшего повышения эффективности и развития "... сети автоматизированных систем управления и вычислительных центров коллективного пользования...", что обусловливает особую актуальность вопросов проектирования и создания сетей ЭВМ в нашей стране.
Актуальность. Широкое использование средств вычислительной техники в различных отраслях народного хозяйства страны и интенсивное развитие работ по проектированию и практической реализации сетей ЭВМ обусловливает повышенные требования к надежности сетей ЭВМ, определяющей качество и эффективность функционирования созданных на их основе АСУ и систем обработки данных различного класса и назначения. Особую значимость поэтому приобретает задача обеспечения высокой надежности сетей ЭВМ как путем построения надежных сетей передачи данных, объединяющих отдельные ЭВМ в единую систему, так и повышением надежности информационного и программного обеспечения сетей ЭВМ. Эффективным методом решения данной задачи является обеспечение высокого уровня сохранности информации путем резервирования программных модулей (ПМ) и информационных массивов (ИМ), что подтверждает актуальность выполненных в работе исследований.
Цель работы. Целью научных исследований, выполненных в диссертационной работе, является исследование с единых методологических позиций проблем и разработка методов резервирования ПМ и ИМ в сетях ЭВМ; разработка формализованных моделей анализа и определения характеристик существующих систем резервирования и выбора оптимальных методов резервирования модулей и массивов; выработка рекомендаций по практическому использованию предложенных моделей и методов на этапах технического и рабочего проектирования сетей ЭВМ, а также при их эксплуатации.
Научная новизна. В работе предложена единая методология решения задач повышения сохранности программного и информационного обеспечения сетей ЭВМ, основанная на формальном анализе возможных методов резервирования ИМ и ПМ в вычислительных сетях. Данная методология позволяет выполнить расчет и анализ основных характеристик стратегий резервирования ИМ и ПМ, а также возможных дисциплин обработки запросов к резервируемым модулям и массивам; выбрать оптимальную стратегию, объем и размещение по узлам сети оперативного резерва (ОР) ИМ и ПМ, предназначенного для обработки запросов пользователей, при использовании различных критериев оптимизации; определить оптимальную стратегию, объем и размещение по узлам сети восстановительного резерва модулей и массивов, предназначенного для восстановления разрушенного оперативного резерва ИМ и ПМ; выполнить анализ влияния размещения в узлах сети резерва ИМ и ПМ на показатели надежности сети ЭВМ.
Разработанные модели позволяют учитывать особенности использования методов резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ, заключающиеся в том, что в вычислительных сетях: можно использовать централизованное, децентрализованное и динамическое хранение резерва; возможно применение нескольких дисциплин обработки поступающих запросов к ИМ и ПМ; при анализе и выборе оптимальных стратегий и дисциплин необходимо учитывать надежностные, стоимостные и временные характеристики каналов связи и ЭВМ сети, топологию сети, задержку сообщений и т.д.; возможно использование различных вариантов восстановительного резервирования ИМ и ПМ.
Формализованные модели и методы расчета и анализа характеристик стратегий резервирования модулей и массивов, выбора методов резервирования и дисциплин обработки запросов в сетях ЭВМ, оптимальных по различным критериям, впервые разработаны и опубликованы автором либо являются развитием известных методов повышения сохранности информации, расширяющим область их использования и учитывающим особенности применения этих методов в сетях ЭВМ.
Практическая ценность. Разработанные модели и методы оптимального резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ позволяют повысить надежность функционирования АСУ и систем обработки данных различного класса и назначения, построенных на базе вычислительных сетей, за счет повышения сохранности их информационного и программного обеспечения, и получать значительный экономический эффект из-за снижения уровня потерь в системе от разрушения ИМ и ПМ.
Внедрение. Разработанные модели и методы оптимального резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ использовались при техни- ческом и рабочем проектировании вычислительной сети АСУ предприятиями территориально-промышленного комплекса электротехнической промышленности Молдавской ССР, при проведении НИР "Прометей-2" Министерства радиопромышленности СССР, создании первой очереди АСУ МТС "Метро" и позволили получить значительный технико-эксплуатационный эффект за счет повышения сохранности программного и информационного обеспечения и рационального использования ресурсов вычислительной техники и средств связи.
Содержание работы. В первой главе рассмотрены особенности и показана целесообразность использования в сетях ЭВМ методов резервирования ИМ и ПМ, как эффективного способа повышения сохранности и зашиты информационного и программного обеспечения от основных разрушающих модули и массивы факторов.
Выполнен анализ зависимости распределения резерва ИМ и ПМ по узлам сети ЭВМ от ее параметров.
Приведены основные характеристики используемых в настоящее время в различных системах обработки данных стратегий резервирования ИМ и ПМ. С учетом особенностей их использования в сетях ЭВМ сформулированы наиболее важные задачи оптимизации резервирования модулей и массивов, которые необходимо решить для сетей ЭВМ.
Во второй главе с учетом выявленных основных вариантов хранения резерва и возможных дисциплин обработки запросов получены аналитические выражения для расчета вероятностных, временных и стоимостных характеристик стратегий резервирования, на основе которых проведено сравнение их эффективности по данным характеристикам для различных режимов функционирования сети ЭВМ. Аналогичное сравнение проведено для дисциплин обработки запросов в случае однородной и полносвязной сети ЭВМ. Сформулирован ряд задач оптимального по различным критериям резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ. Показана зависимость распределения резерва по узлам сети ЭВМ от інтенсивностей запросов к ИМ и ПМ.
Рассмотрены задачи оптимального резервирования взаимосвязанных массивов и модулей.
В третьей главе рассмотрены методы восстановительного резервирования ПМ и ИМ в сетях ЭВМ, предназначенного для восстановления разрушенного ОР и уменьшающего вероятность полной потери информации в результате ее разрушения.
В сетях ЭВМ в качестве восстановительного резерва возможно использование как неразрушенного ОР, так и специального резерва из оригиналов и дубликатов ИМ и ПМ - архива магнитных носителей (АМН). С учетом этой особенности сетей получены аналитические выражения для расчета характеристик и выполнен анализ эффективности двух стратегий восстановления разрушенного ОР. Сформулированы задачи оптимального по различным критериям восстановительного резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ, поставлены и решены задачи оптимизации схемы восстановления ОР. Получены условия целесообразности использования АМН в сетях ЭВМ.
В четвертой главе анализируется влияние методов резервирования ИМ и ПМ на показатели надежности сетей ЭВМ. Рассмотрены случаи использования в сети ЭВМ только ОР; ОР и восстановительного резерва в виде АМН; ОР и безотказных АМН, а также использования неразрушенного ОР в качестве восстановительного резерва.
С учетом особенностей функционирования систем реального времени, построенных на базе сетей ЭВМ, рассматриваются задачи оптимизации резервирования ИМ и ПМ по критерию максимума коэффициента готовности таких систем.
В приложениях А и В сформулирован и доказан ряд теорем, позволяющих уменьшить вычислительную сложность задач оптимального оперативного резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ по критерию минимума стоимостных затрат на хранение резерва и обработку запросов (приложение А) и задач оптимального восстановительного резервирования в вычислительных сетях по критерию минимума стоимости хранения АМН и восстановления разрушенного ОР (приложение В). На конкретном примере показано, что в ряде случаев доказанные теоремы позволяют получить точное решение данных задач.
В приложении С описан алгоритм решения задач оптимального резервирования ИМ и ПМ в сетях ЭВМ. Приведены результаты работы предложенного алгоритма при решении конкретной задачи оптимизации резервирования ИМ в вычислительной сети.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на Всесоюзном совещании "Автоматизированные системы массового обслуживания" (Нальчик, 1982), Всесоюзном совещании "Автоматизация проектирования и конструирования" (Ленинград, 1983), семинаре-совещании "Моделирование, идентификация, синтез систем управления процессами и производством" (Донецк, 1982), семинаре "Архитектура распределенных систем" при комиссии "Архитектура локальных сетей и баз данных" Научного совета по комплексной проблеме "Кибернетика" при АН СССР (Москва, 1983), У школе-семинаре "Проблемы автоматизации проектирования и управления качеством продукции" (Звенигород, 1982), ХХУШ и ХПХ Конфе- - II - ренциях молодых ученых Института проблем управления (Москва, 1982, 1983), конференциях молодых ученых и специалистов ВИНИТИ, МФТИ (Москва, 1982).
Публикации. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных исследований по естественным и общественным наукам АН СССР на I981-1985 годы по проблеме I.I2 "Проблемы вычислительной техники, управления и кибернетики" и планом научных работ Института проблем управления по теме № 12-79 "Синтез оптимальных модульных и типовых модульных автоматизированных информационно-управляющих систем" (номер гос. регистрации 79062179). Результаты проведенных исследований опубликованы в 4 научных работах.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, трех приложений, заключения и содержит 140 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 28 таблиц.
