Введение к работе
Актуатыюсть темы В области хранения данных резервное копирование всего лишь п\ть к главной цели - быстрому восстановлению информации То же можно сказать об архивировании хранение является необходимым злом, быстрое нахождение в случае необходимости - собственно целью Минимальное окно резервного копирования, оперативное восстановление и возможность доступа к архивным данным - таковы сегодняшние требования к ИТ Все они объединяются понятием «непрерывность бизнеса», означающим бесперебойную работу предприятия и заслуживающим самого высокого приоритета
Эти новые вызовы в области резервирования побуждают разработчиков ПО для резервирования на поиск новых, эффективных алгоритмов, моделей и методов для оптимизации организации потоков данных, поиска сохраненной информации для обеспечения минимальных временных затрат в условиях роста объема и минимального времени резервирования/восстановления
В области резервного копирования наблюдается множество тенденций, часть из которых имеет сзопь огромное значение, что их едва ли можно игнорировать К примеру, продолжающийся рост объема данных можно назвать настоящим взрывом Сегодня стапо привычным обращение с гигабайтами информации, а в профессиональной области - с терабайтами, в известной мере и до петабайт уже недалеко В результате сегодня при резервном копировании данные записываются далеко не только на ленту Например, так называемое резервное копирование на диск просто и недорого реализуется при помощи стандартных дисков SATA Общедоступным рыночным стандартом стали сетевые компоненты емкостью в несколько десятков гигабайт Системы iSCSI также могут бьиь легко приспособлены для резервного копирования и архивирования в существующих сетях
Тем не менее, если данная технология дополняется уже испытанным хранением на лентах, то предприятие получает большой выигрыш в гибкости и достаточную защищенность данных Это следует из того, что важные для жизнедеятельности предприятия данные профессионалы предпочитают хранить на надежной ленте в сейфе, где ей не страшны ни вирусы, ни отказ диска, ни потеря питания, пока лента хранится автономно Ни один вращающийся носитель данных не предлагает этих важных преимуществ при столь низкой цене Стоимость в расчете на 1 Гбайт в случае VXA-3 равна приблизительно 0,25 евро при общей емкости 240 Гбайт сжатых данных Для LTO 3 (Ultnum 3) цена снижается до 0,10 евро за 1 Гбайт при емкости в 800 Гбайт сжатых данных
При правильном хранении ленты исправно служат гораздо дольше десяти лет По данным производителя, ленточные носители VXA-2 и VXA-3, к примеру, выдерживают 20 тыс «проходов», что соответствует примерно 1000 полных резервных копирований Таким образом, можно удобно хранить и управлять многими поколениями данных Кроме того, дта некоторых пользователей подобный образ действий обеспечивает своего рода «эффект бумаги» лент или картриджей можно касаться и делать на них пометки к тому же они сравнительно не чувствительны к грубым воздействиям
Любое из вышеперечисленных устройств хранения данных структурно включает динамические системы записи-чтения и механической развертки носителя информации Последняя представляет из себя механизм транспортирования ленты (МТЛ), идентифицирующийся сложной многомерной колебательной системой, функционирующей в условиях воздействия на нее случайных возмущений
Главной задачей при конструировании стримеров является обеспечение высокой динамической точности МТЛ, поскольку именно он в большей мере, чем система записи-чтения информации, влияет на точность и качество ою-бражения информации
Объектом исследования являются сети хранения данных, устройства резервного копирования и хранения информации, инфокоммупикационные системы, информационно-графовые модели данных, механизм транспортирования ленты (МТЛ), магнитная лента (МЛ)
Предметом исследования является разработка модели алгоритма организации потоков данных при операциях резервирования и восстановления, оптимизация поиска и хранения информации в базе данных резервної о копирования, математическая модель работы МТЛ со случайными помехами
Цель работы - работка и научное обоснование технических и методических решений, направленных на оптимизацию поиска и хранения информации в системах резервного копирования путем построения математических моделей и алгоритмов организации потоков данных, а также исследований динамической точности функционирования устройств хранения информации на магнитной ленте, что будет способствовать увеличению эффективности функционирования сетей резервирования и повышению достоверности записи-чтения в устройствах хранения данных инфокоммуникационных систем
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи
провести анализ сетей хранения данных, которые представляют собой комбинацию аппаратных и программных продуктов, позволяющих не только обеспечить взаимодействие вычисшттельных подсистем с подсистемами хранения данных, но и предоставить удобные средства для управления всеми компонентами,
провести анализ перспективных конструкций ленточных устройств копирования и хранения информации различного типа, выявить особенности конструирования динамических систем этих устройств,
предложить модель протокола резервирования информации и рассмотреть различные конфигурации его реализации в зависимости от поставленных задач,
рассмотреть процессы протекания потоков контроля соединения и данных во время операции резервного копирования и восстановления информации,
обосновать, что для оптимизации поиска объектов базы данных резервного копирования можно использовать графовые модели включающего поиска, интервального поиска, учитывать результаты решения задач о доминировании в одно- и и-мерных пространствах,
получить нижние оценки, показывающие, что рассматриваемые ашо-
риїмьі не могут быть существенно улучшены при поиске над множеством объектов базы данных резервного копирования,
рассмотреть алгоритм поиска информационных объектов в фоновом режиме, который можно использовать для оптимизации использования времени, отпускаемого на восстановление информации в случае сбойной ситуации,
исследовать продольные стохастические котебания участка ленточного носителя, находящегося под воздействием возмущений, которые рассматриваются как стационарный случайный процесс,
определи гь степень влияния параметров движения ленточного носителя на динамические характеристики МТЛ, провести исследования вынужденных продольных и планарных колебаний участка ленты под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметров, вывести аналитические выражения для напряженно-деформированного состояния ленты
Степень обоснованности и достоверности научных результатов. Методы, применяемые в диссертационном исследовании, обусловливаюі необходимый уровень его достоверности
Для изучения принципов обмена информации использовались различные схемы построения сетей резервного копирования, основанные на технологиях SAN и NAS Также учитывались дополнительные требования, предъявляемые к организации потоков данных при резервном копировании, описанные в приложении к протоколу NDMP
В работе использована методология системного подхода, структурного анализа, квалифицированное втадение инструментарием моделирования информационных процессов При решении задачи оптимизации поиска объектов файловой истории использоватись теория информационного поиска и теория баз данных Предложенные алгоритмы основаны на информационно-графовой модели данных
Для изучения свойств записи-воспроизведения информации применялись методы теории вероятностей, математической статистики и теории случайных функций Установление реологических моделей участков ленточных носителей осуществлено на основе методов теории упругости и пластичности Теоретические исследования базируются на основах теории колебаний, математического моделирования систем с распределенными параметрами, корреляционной теории стационарных случайных процессов
Теоретические положения, выведенные в работе, обосновываются строгостью исходных посылок и корректным применением использованного математического аппарата при выводах аналитических выражений
Математические модели точности работы устройств отображения информации, предложенные в диссертации, основаны на фундаментальных положениях функционального анализа, теории вероятностей и случайных функций
На защиту выносятся разработанные автором диссертации математические И алтори шические модели организации потоков данных для оптимизации поиска и хранения информации в системах резервного копирования, в том числе
- результаты анализа сетей резервирования информации, которые пред-
ставляют собой комбинацию аппаратных и проіраммньтх продуктов, из которого следует, что правильная организация потоков данных, их поиск и хранение может существенно оптимизировать процесс резервирования и восстановления,
модель протокола резервирования информации, основанная на модели типа клиент-север, а также возможность его применения в свете различных конфигураций построения сетей хранения данных, зависящих о і классов поставленных перед ними задач,
алгоритм поиска объектов базы данных резервного копирования, учитывающий задание каждого из них некоторым множеством свойств (название, время резервирования, тип файла, необходимый уровень доступа и тд), основанного на информационно-графовой модели данных,
алгоритм для поиска информационных массивов в базе данных резервного копирования, ограниченных по времени резервирования некоторым произвольным интервалом, для решения задачи оптимизации восстановления при условии того, что необходимо восстановить некоторый образ зарезервированной файловой системы,
ряд нижних оценок, показывающих, что рассматриваемые алгоритмы не могут быть существенно улучшены при поиске над множеством объектов файловой системы резервного копирования,
алгоритм поиска информационных объектов в фоновом режиме, который можно использовать для оптимизации использования времени, отпускаемого на восстановление информации в случае сбойной сиіуации,
получение аналитических зависимостей вероятностных характеристик смещения ленты, реологические свойства которой идентифицируются моделью Кельвина-Фойгта, на которую воздействуют случайные возмущения, рассматриваемые как стационарный случайный процесс, путем применения метода Бубнова-Галеркина для нестационарных задач с предварительным сведением краевой задачи к виду, в котором краевые условия становятся нулевыми, решения системы дифференциальных уравнений второго порядка относительно «обобщенных координат», являющихся случайными функциями, вероятностные характеристики которых определяются по известной корреляционной функции натяжения ленты
Научная новизна полученных результатов определяется разработкой эффективных технических и методических решений, направленных на оптимизацию поиска и хранения информации в системах резервного копирования, а также исследований динамической точности функционирования устройств хранения информации на магнитной ленте, в ходе которых
- предложена модель протокола резервирования информации, основанная
на модели тина клиент-север, для нее рассмотрены процессы протекания пото
ков контроля соединения и данных во время операции резервирования и вос
становления, а также выявлена возможность применения для различных конфи
гурации построения сетей хранения данных, зависящих от классов поставлен
ных задач,
- обосновано, что для оптимизации поиска объектов базы данных резерв-
ного копирования можно испочьзовать алгоритмы, основанные на информационно-графовой модели данных Рассмотрены графовые модели включающею поиска, интервального поиска, учитываются результаты решения задач о доминировании в одно- и и-мерных пространствах,
применение в предлагаемой модели протокола резервирования данных различных механизмов поиска информационных объектов позволило уменьшить временные затраты на соответствующие операции при операции восстановления,
использование алгоритмов поиска информационных объектов, основанных на информационно-графовой модели данных, позволило получить ряд нижних оценок, показывающих, чго рассматриваемые алгоритмы не могу і быть существенно улучшены при поиске над множеством объектов базы данных резервного копирования,
использование аналогии между упругостью и вязко-упругостью, применение к уравнениям движения, реологического состояния и краевым условиям для вязкоупруг ого тела преобразования Лапласа, сведения краевой задачи с помощью обобщения метода Бубнова-Галеркина к системе линейных алгебраических уравнений относительно переменных, к которым впоследствии применяется мегод обращения Лапласа с помощью полипомов Лежандра, позволил получать расчетные зависимости для вынужденных продольных и планарных колебаний ленточного носителя под воздействием продольной нагрузки с учетом распределенности параметров для трехзвенной реологической модели,
в результате применения корреляционной теории случайных процессов и обобщения метода Бубнова-Галеркина получены расчетные формулы для нахождения корреляционной функции натяжения ленты, что позволяет определить степень влияния параметров внешнего воздействия на колебания ленты и прогнозировать динамические свойства МТЛ при случайном воздействии
Реализация работы в производственных условиях Полученные результаты использованы и апробированы для опытно-производственной эксплуатации системы организации потоков данных в Тульском филиале ОАО «ЦентрТелеком»
Созданные модели и алгоритмы позволили повысить эффективность организации системы резервирования информации и уменьшить временные затраты на поиска информационных объектах в базах данных
Апробация работы. Результаты работы докладывались на российских и международных научно-технических конференциях и конгрессах VII Всероссийской НТК «Повышение эффективности среде і в обработки информации на базе математического моделирования» (Тамбов, 2004), XXXI Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникациях и бизнесе» (Украина, Крым, Ял га - Гурзуф, 2004), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2004-2005), VI Международном конгрессе по математическому моделированию (Нижний Новюрод, 2004), V Международной ШК «Проблемы техники и технологии телекоммуникации» (Самара, 2004), VII Молодежной ШК «Наукоемкие технологии и интеллекту-
альные системы» (Москва, 2005), Всероссийской НТК «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении» (Таганрог, 2005), Международной НТК «Искусственный интепект-2005» (п Дивноморское, 2005), Международной НТК «Интетлектуальные и многопроцессорные систе-мы-2005» (Таганрог, 2005), XXXIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, социолоши, экономике и бизнесе» (Украина, Крым, Ялта - Гурзуф, 2006), VII Международной НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2006)
Публикации. Результаты работы отражены в 17 научных трудах 7 статей в центральной печати, 9 публикаций в сборниках материалов всероссийских и международных научно-технических конференции, 1 депонированная рукопись (объемом 21 страницу) Автор имеет 9 научных трудов в изданиях, рекомендуемых ВАКом для публикации основных результатов диссертаций
Структура диссертационной работы определяется общими замыслом и логикой проведения исследований
Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, изложенные на 186 с машинописного текста В работу включены 48 рис , 6 табл , список литературы из 135 наименований и приложение, в котором представлен акг об использовании результатов работы
