Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными 11
1.1. Обзор методов исследования и оценки качества распределенных вычислительных систем 12
1.2. Типовая архитектура Интернет-ориентированных систем управления данными 18
1.3. Классификация Интернет-ориентированных систем управления данными 27
1.4. Проблемы оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными 38
1.5. Постановка задач работы 46
2. Разработка методов оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными 47
2.1. Построение аналитической модели 48
2.2. Характеристики аналитической модели сети 55
2.3. Алгоритмизация полунатурного моделирования. Интернет-ориентированных систем управления данными 61
2.4. Выводы 73
3. Разработка полунатурной модели систем дистанционного обучения 74
3.1. Разработка сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения 75
3.2. Организация системы моделирования пользовательской нагрузки 96
3.3. Выводы 105
4. Реализация программного комплекса полунатурного моделирования 107
4.1. Реализация системы моделирования пользовательской нагрузки 108
4.2. Реализация сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения 129
4.3. Результаты работы программного комплекса полунатурного моделирования 134
4.4. Выводы 137
Заключение 139
Литература 141
Приложения 151
- Классификация Интернет-ориентированных систем управления данными
- Алгоритмизация полунатурного моделирования. Интернет-ориентированных систем управления данными
- Организация системы моделирования пользовательской нагрузки
- Реализация сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения
Введение к работе
Актуальность темы. Задача оценки качества вычислительных систем фактически существует с момента появления первых вычислительных машин. В то же время постоянное развитие аппаратных средств, программного обеспечения, средств телекоммуникаций приводит к постоянному появлению новых сложнейших вычислительных систем, для которых известные методы исследования зачастую становятся неприменимыми.
В последние годы стремительное развитие получили web-технологии, под которыми понимают группу форматов и технологий передачи мультимедийных документов, используемых в крупнейшей электронной информационной системе World Wide Web, входящей в глобальную сеть Интернет. WWW является распределенной средой существования разнородных информационных ресурсов, обмен информацией между которыми возможен только благодаря web-технологиям. В последние годы бурное развитие Web привело к тому, что web-технологии все больше ассоциируются с Интернет. Web-технологии нашли применение в локальных сетях и интегрированных многопользовательских информационных системах, где выполняют роль универсального посредника между различными типами информационных ресурсов.
В результате синтеза информационных систем и web-технологий возник новый класс систем - Интернет-ориентированные системы управления данными (ИОСУД). Оказалось, что для систем данного класса в силу архитектуры, отличной от обычных информационных систем, и появления новых форматов хранения данных и способов передачтг информации, старые методы и средства исследования и оценки качества функционирования оказались недостаточно эффективными.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы продиктована необходимостью повышения качества функционирования Интернет-ориентированных систем управления данными за счет усовершенствования технологий и инструментов их разработки.
5 Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению Воронежского государственного технического университета "Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы".
Целью работы является разработка инструментальных средств оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными, представляющих собой сложную комбинацию web-серверов, клиентских приложений и систем управления данными на примере систем дистанционного обучения. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести системный анализ Интернет-ориентированных систем управления данными;
Сформулировать требования к инструментальным средствам исследования ИОСУД;
Разработать модели обобщенной Интернет-ориентированной системы управления данными, обеспечивающие расчет основных технических показателей качества исследуемых систем;
Разработать программно-алгоритмические методы оценки качественных характеристик реальных программно-аппаратных средств, на которых предполагается использование исследуемых ИОСУД;
Создать специальное программное обеспечение комплексного исследования и оценки качества подкласса Интернет-ориентированных систем управления данными - систем дистанционного обучения (СДО).
Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории сетей массового обслуживания, имитационного моделирования, реляционной алгебры, теории графов, объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна исследования. К основным результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся: аналитическая модель обобщенной Интернет-ориентированной системы управления данными как замкнутая смешанная стохастическая сеть массового обслуживания с экспоненциальным распределением времен поступления заявок и обслуживания, отличающаяся возможностью изменения класса сообщений и учетом множества web-серверов и сервера баз данных; алгоритмические средства оценки качества обобщенной Интернет-ориентированной системы управления данными на основе имитационного моделирования, отличающиеся учетом параллельной обработки очередной заявки Web-приложением и сервером СУБД; алгоритмические и программные средства исследования Интернет-ориентированных систем управления данными на примере систем дистанционного обучения, отличающиеся возможностью идентификации параметров программно-аппаратных ресурсов, являющихся конструктивными элементами реальных серверов и обеспечивающие оценку качества функционирования систем в случае произвольных законов распределения времен поступления и обслуживания заявок; программная система генерации пользовательской нагрузки, отличающаяся инвариантностью к исследуемому объекту, программно-аппаратным платформам и режимам нагрузки.
Практическая значимость работы. Практическая значимость результатов диссертации заключается в создании специального программного комплекса исследования и оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными, внедренного в практическую деятельность научно-производственного предприятия РЕЛЭКС и в учебный процесс Воронежского государственного технического университета в области систем дистанционного обучения.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде комплекса программных средств полунатурного моделирования и оценки качества функционирования специализированных Интернет-ориентированных систем обработки данных. Эффект от внедрения заключается в совершенствовании механизмов функционирования ядра СУБД ЛИНТЕР на основе анализа производительности системы в области исполнения операций языка манипулирования данными, операций с большими двоичными объектами, в области поисковых запросов с агрегатными функциями.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на IX международной конференции-выставке "Информационные технологии в образовании - ИТ099" (Москва, 1999), 13-й международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (Санкт-Петербург, 2000), межвузовской научно-технической конференции "Управляющие и вычислительные системы" (Вологда, 2000), Всероссийской научно-методической конференции "Опыт разработки и внедрения в учебный процесс вуза новых образовательных технологий" (Липецк, 2000), Всероссийской научной конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах" (Воронеж, 2002), V-VIII Республиканских научных конференциях "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 2000-2003), а также на научных семинарах кафедры ABC ВГТУ (Воронеж, 2000-2003).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 23 печатные работы, в том числе 4 без соавторов. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце диссертации, лично соискателем предложены: в [39, 40, 41, 58] - показатели качества СДО; [42, 61, 62] - принципы разработки инструментальных средств исследования СДО и ИОСУД; в [43, 44, 68] - программно-алгоритмические методы полунатурного моделирования; в [63, 64, 69] - алгоритмизация имитационной и полунатурной моделей; в [16, 70] - инфологическая и даталогическая модели данных СДО; в [17, 45, 46] - принципы применения комплексного метода исследования ИОСУД при проектировании СДО.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 114 наименований, изложена на 140 страницах, содержит 46 рисунков, 11 таблиц.
Содержание работы. В первой главе диссертационной работы осуществлен обзор основных методов, используемых при решении проблемы исследования и оценки качества вычислительных систем, области и рамки их применения. Рассмотрены методы построения аналитических моделей в рамках теории массового обслуживания и теории сетей массового обслуживания, методы имитационного моделирования, оценки качества функционирования реальных вычислительных систем.
Произведен анализ архитектуры и механизмов функционирования Интернет-ориентированных систем управления данными, выделены особенности систем данного класса, связанные с применением новейших web-технологий. Осуществлена классификация ИОСУД и произведен анализ подклассов систем данного класса. Рассмотрены особенности систем электронной коммерции, систем управления ресурсами предприятия, систем дистанционного обучения. Показана актуальность задачи исследования и оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными на различных этапах жизненного цикла систем. В последнем разделе главы осуществлена постановка задач работы.
Во второй главе решена задача разработки методов оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными.
В рамках решения задачи разработана аналитическая модель обобщенной Интернет-ориентированной системы управления данными как замкнутая смешанная стохастическая сеть массового обслуживания с экспоненциальным распределением времен поступления заявок и обслуживания, отличающаяся возможностью изменения класса сообщений и учетом множества web-серверов и сервера баз данных. Определены маршруты информационных потоков в сети.
Далее во второй главе предложены алгоритмические средства оценки качества Интернет-ориентированной системы управления данными на основе имитационного моделирования, отличающиеся учетом параллельной обработки очередной заявки Web-приложением и сервером СУБД.
С целью обеспечения возможности идентификации параметров программно-аппаратных ресурсов, являющихся конструктивными элементами реальных серверов, разработаны программно-алгоритмические методы полунатурного моделирования.
В заключительной части второй главы полученные результаты обобщены в виде комплексного метода оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными.
В третьей главе разработанные алгоритмические и программные методы полунатурного моделирования применены к конкретному подклассу Интернет-ориентированных систем управления данными - системам дистанционного обучения. Задача разработки полунатурной модели систем дистанционного обучения была разбита на две подзадачи - разработку сервера полунатурной модели СДО и комплекса моделирования пользовательской нагрузки.
В рамках разработки сервера выполнено исследование особенностей предметной области, осуществлена процедура создания базы данных полунатурной модели СДО, включающей в себя решение задач разработки инфологической и даталогической моделей данных. Определены правила расчета объема данных базы данных и особенности загрузки экспериментальных данных, определены классы заявок к серверу и соответственно модули обработки пользовательских заявок, предложены алгоритмы модулей, реализующих обработку пользовательских запросов. Предложен алгоритм моделирования сценариев пользовательской нагрузки и определены характеристики каждого сценария.
Разработана структура системы моделирования пользовательской нагрузки, отличающаяся инвариантностью к исследуемому объекту, про- граммно-аппаратным платформам и режимам нагрузки, обеспечивающая возможность создания среды исследования показателей производительности, как отдельных узлов ИОСУД, так и системы в целом. Предложены алгоритмы работы как всего комплекса в целом, так и отдельных модулей.
В четвертой главе диссертационной работы осуществлена реализация программного комплекса полунатурного моделирования. Решение данной задачи включает в себя реализацию системы моделирования пользовательской нагрузки и реализацию сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения.
В рамках реализации системы моделирования пользовательской нагрузки выполнена разработка программного средства "терминал сбора статистики", реализующего процедуры управления процессом моделирования, процедуры сбора статистики и генерации отчетов. Программа разработана на языке C++ с использованием классов библиотеки MFC и предназначена для работы на платформе Win32.
В рамках реализации системы пользовательской нагрузки осуществлена разработка программного средства "менеджер виртуальных браузеров", реализующего как процедуры создания и управления виртуальными пользователями, так и алгоритмы сценариев пользовательской нагрузки. Программа разработана на языке С и предназначена для работы на платформе Win32.
В рамках реализации сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения, осуществлена разработка утилиты генерации и загрузки тестовых данных, программных модулей web-сайта системы дистанционного обучения. Утилита генерации и загрузки тестовых данных реализована на языке С с использованием функций библиотеки доступа к СУБД ODBC. Модули Web-сайта полунатурной модели сервера дистанционного обучения реализованы с помощью технологии РНР.
В конце главы приводятся результаты работы программного комплекса полунатурного моделирования.
11 1. Проблемы оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными
В первой главе диссертационной работы осуществлен обзор основных методов, используемых при решении проблемы исследования и оценки качества вычислительных систем, области и рамки их применения. Рассмотрены методы построения аналитических моделей в рамках теории массового обслуживания и теории сетей массового обслуживания, методы имитационного моделирования, оценки качества функционирования реальных вычислительных систем.
Произведен анализ архитектуры и механизмов функционирования Интернет-ориентированных систем управления данными, выделены особенности систем данного класса, связанные с применением новейших web-технологий.
Осуществлена классификация Интернет-ориентированных систем управления данными и произведен анализ подклассов систем данного класса. Рассмотрены особенности систем электронной коммерции, систем управления ресурсами предприятия, систем дистанционного обучения.
Показана актуальность задачи исследования и оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными на различных этапах жизненного цикла систем. В последнем разделе главы осуществлена постановка задач работы.
Классификация Интернет-ориентированных систем управления данными
Среди систем электронной коммерции в настоящее время получили распространение промышленные системы электронной коммерции между предприятиями - системы типа businesso-business (В2В) и системы электронной коммерции ориентированные на потребителя - типа businesso-customer (В2С) [77, 107].
Системы В2В, В2С предназначены для поддержания деловых отношений между различными предприятиями, поставщиками и потребителями, и призваны, прежде всего, решать задачи сбыта (distribution) и материально-технического снабжения (procurement).
Подсистемы снабжения (e-procurement) позволяет предприятию осуществлять материально-техническое снабжение (МТС) непосредственно со своего интернет-сайта. Такие системы содержит возможности публикации своей потребности в материально-технических ресурсах (МТР), поиска поставщиков и получения от них коммерческих предложений, организации тендеров и конкурсов и т.д.
Подсистема сбыта (e-distribution) предназначена для обеспечения сбыта продукции предприятия. Представляет собой он-лайновый интернет-магазин (online store) для розничных и оптовых покупателей и дилеров. Позволяет покупателям и дилерам размещать заказы на требуемую продукцию непосредственно через интернет, заключать контракты, проводить платежи и осуществлять контроль за поставками.
Торговые площадки (e-marketplace) могут создаваться как частные торговые площадки, ориентированные на частную группу покупателей или продавцов, так и общие, позволяющие взаимодействовать одновременно всем субъектам рынка. Такие системы предназначены для непосредственной организации он-лайн деятельности специалистов служб сбыта и снабжения различных предприятий. На электронной торговой площадке создаются "рабочие места" для обеспечения пользователей (покупателей и продавцов) необходимым сервисом: - создание и поддержка фирменных каталогов; - поиск продавцов и покупателей; - проведение тендеров и аукционов в режиме он-лайн; - комплекс средств интерактивного он-лайн взаимодействия контраген тов; - маркетинговый и конъюнктурный анализ; - предконтрактная и контрактная подготовка; - проведение оплат поставщикам; - контроль поставок. Торговая площадка предоставляет все функции, необходимые для обеспечения сбыта и снабжения. Место на торговой площадке представляет собой автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста по сбыту или снабжению [13]. Очевидно, что конечные потребители взаимодействуют с подсистемами сбыта, представленные в виде интернет-магазинов. Большинство отечественных проектов в сфере Интернет-торговли представляют собой не развитые порталы с надежной системой расчетов, а виртуальные витрины. Покупатель просматривает Web-каталог товаров, отправляет заказ на сервер, а дальше вступают в действие механизмы 50-летней давности: телефонное подтверждение, отправка курьера или бандероли. Пластиковые карточки почти не используются. Для российских Web-торговцев Интернет-магазин — это прежде всего отлаженная логистика, минимальный штат и минимальный запас наиболее ликвидных товаров под рукой. Причина — отсутствие систем В2В и оптовых фирм, специализирующихся на поставках для Интернет-магазинов. Но это только пока, когда только начинается привыкание потребителей к новым услугам. Несомненно, в скором будущем следует ожидать рост подобного рода услуг и соответственно технических средств, обеспечивающих эти услуги. Назначение автоматизированных систем управления ресурсами предприятия - обеспечить согласованное решение задач учета, контроля, планирования и управления производственными и финансовыми ресурсами предприятия [77]. Классический состав задач АСУ (ERP) как правило, покрывает все сферы жизнедеятельности предприятия. Причем АСУ (ERP) выступает как единый комплекс взаимосвязанных задач. Эти системы позволяют руководителям, менеджерам и администраторам контролировать работу над проектами любого масштаба (от небольших до проектов масштаба предприятия), управлять календарными планами и ресурсами, коллективно работать над проектами, анализировать информацию о текущем состоянии проектов и эффективнее использовать имеющиеся ресурсы и т.д.
Важнейшим элементом современной системы ERP является ее интеграция с системами электронной коммерции, решающими задачи снабжения (e-procurement) и сбыта (e-distribution) [94]. Системы электронной коммерции В2В обеспечивают электронный интерфейс между поставщиками и потребителями. Таким образом, может быть осуществлено взаимодействие систем ERP разных предприятий-контрагентов и обеспечено построение электронных систем, поддерживающих межкорпоративные отношения. Интегрированные комплексы позволяют полностью автоматизировать все функции материально-техническое снабжения и увязать в единой цепочке поэтапно все звенья внутрикорпоративных бизнес-процессов: анализ, планирование, бухгалтерию и финансы, учет материальных ценностей (склады), сбыт, снабжение, логистику и т.д.
Всё чаще в последнее время можно слышать такой термин, как "виртуальное предприятие". Современный уровень развития информационных технологий делает возможным существование новой формы экономических организаций - виртуальных предприятий, представляющих собой несколько организаций, групп людей, объединяющих свои силы и совместно занимающихся общим делом, независимо от их физического местонахождения, пересекая границы предприятий и стран.
Алгоритмизация полунатурного моделирования. Интернет-ориентированных систем управления данными
Частным случаем контрольного оборудования являются тестовые программы - программные средства, позволяющие по результатам своей работы сделать заключение о соответствии (несоответствии) программой и (или) аппаратной части вычислительного комплекса (ЭВМ, компьютера) установленным требованиям.
Основные методики применения тестовых программ разрабатывались применительно к исследованию классических клиент-серверных информационных систем. Как правило, работа таких тестовых программ представляет собой выполнение набора тестов производительности [12, 103, 108].
Тесты производительности (Performance Tests) позволяют определить, работает ли многопользовательская система в соответствии с требуемыми стандартами при изменяющихся нагрузках. В результате выполнения тестов измеряются времена отклика системы на какой-либо из запросов, и на основе собранной статистической информации делаются заключения о характеристиках системы. При этом тестировании типично используется нагрузка сервера большим количеством виртуальных пользователей. Например, можно получать информацию о работе одного виртуального пользователя, в то время, когда тысячи других виртуальных пользователей посылают запросы на тот же самый сервер в то же самое время.
Термин тесты производительности включает нагрузочные, стрессовые, конфигурационные тесты. Совокупность этих тестов позволяет ускорить цикл тестирования производительности и достигнуть значимых и точных результатов.
Нагрузочное тестирование (Load Tests) выполняется тогда, когда нужно определить время отклика серверов или клиентских приложений при изменяющейся нагрузке. Нагрузочное тестирование также используется тогда, когда нужно вычислить, какое максимальное количество транзакций может выполнить сервер за определенный временной отрезок. Если клиент/серверная система использует распределенную архитектуру или средства балансировки нагрузки - нагрузочное тестирование может быть использовано для того, чтобы проверить правильность выбранных методов для балансирования или конструирования системы. С помощью нагрузочного тестирования можно создавать ситуации, когда множество виртуальных пользователей в одно и тоже время будет обращаться к той же самой базе данных для обнаружения проблем в управлении многозадачностью или блокировках. Без автоматизированного средства тестирования такие тесты, требующие точной синхронизации действий большого количества пользователей, выполнить практически невозможно.
Стрессовое тестирование (Stress Test) - это проверка работы системы в экстремальных условиях, т.е., когда испытуемая система искусственно ставится в условия, которые могут привести к сбою в работе как клиентской или серверной части приложений, так и всей системы в целом. Известно множество способов организации стрессового тестирования, например: - продолжительная работа клиент/серверных приложений. - выполнение большого количества транзакций - одновременное обращение к серверу большого количества пользовате лей выполняющих одну и ту же операцию или комбинацию операций виртуально в тот же самый момент времени. - заполнение клиентских форм заведомо неправильными или недостаточ ными данными и выполнение транзакций с этими данными. - создание условий для работы тестируемой системы с недостаточным ко личеством памяти или разделяемых системных ресурсов. Стрессовое тестирование дает разработчикам уверенность в том, что разрабатываемое клиентское приложение или сервер будут сохранять работоспособность, несмотря на неблагоприятное распределение ресурсов в компьютерной системе. Конфигурационное тестирование (Configuration Testing). Каждый пользовательский компьютер может иметь различную смесь аппаратных и программных особенностей, которые создают риск того, что создаваемое программное обеспечение будет работать на одном из них, а на другом не будет. Снизить вероятность возникновения таких ситуаций можно применением конфигурационных тестов, когда один раз созданные скрипты поведения для виртуальных пользователей будут выполняться на компьютерах с различными OS или конфигурациями программных и аппаратных средств. Например, используется несколько типов сетевых карт, можно выполнить серию тестов для каждой из них с тем, чтобы определить, какая обладает лучшими характеристиками. На практике, описанная выше методика применения специального контрольного оборудования, может быть использована и применительно к исследованию параметров Интернет-ориентированных систем управления данными. Однако ориентированность работы таких систем на Интернет сделала непригодными применение большинства существовавших систем исследования информационных систем [27].
В настоящее время наиболее популярными среди разработчиков Интернет-ориентированных систем управления данными, являются пакеты Rational PerformanceStudio, Mercury LoadRunner, Benchmark Factory. Данные продукты являются попыткой сделать универсальное программное обеспечение, позволяющее моделировать нагрузку на некоторую Интернет-ориентированную систему. Универсальность таких систем достигается за счет применения технологии записи скриптов, когда деятельность человека с системой записывается, а потом воспроизводится как магнитофонная запись. Такой подход оказался удобным для автоматизации тестирования интерфейсов информационных систем, моделирования небольшой нагрузки на сервер, воспроизведения неких рутинных действий, снятия временных параметров с некоторого конкретного узла системы с целью его дальнейшей оптимизации. В то же время при необходимости формировать разнообразную нагрузку на систему в целом, снимать средние показатели системы с помощью технологии записи скриптов оказывается очень трудоемким и неэффективным. Это, фактически, и стало причиной, что данные системы используются разработчиками лишь для приближенного исследования характеристик систем на этапе разработки.
Таким образом, в данном разделе определены основные группы показателей качества программных средств, показана актуальность задачи исследования и оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными на различных этапах жизненного цикла систем.
Организация системы моделирования пользовательской нагрузки
Разработанная в предыдущих разделах аналитическая модель имеет ряд ограничений, что, в целом, сужает область применения этой модели на практике.
К таким ограничениям можно отнести допущение об экспоненциальном распределении времен поступления заявок и времени обслуживания и, как следствие, неспособности модели работать с другими законами распределения. Это ограничение весьма существенно в силу того, что существуют ситуации, когда потоки отличны от экспоненциальных. Например, если рассматривать работу Интернет-ориентированных систем в течение суток, то можно наблюдать резкие вспышки активности пользователей в определенные периоды времени.
Другим узким местом аналитической модели является допущение о том, что обработка заявок web-приложениями и СУБД-сервером является последовательной, и не учитывается тот факт, что работа с сервером СУБД может быть асинхронной.
Снять вышеуказанные ограничения позволяет методология имитационного моделирования [73, 76].
Описание принципов работы, а также свойства Интернет-ориентированных систем управления данными было осуществлено в первой главе диссертационной работы. Поэтому, на данном этапе выделим основные узлы системы, модели которых станут основными узлами имитационной модели. К таким узлам относятся пользовательские терминалы, устройство балансировки, web-серверы, СУБД, узел, моделирующий передачу данных через сеть.
Как уже отмечалось в разделе 2.1, моделирование пользовательских терминалов, а также моделирование задержки, связанной с передачей результирующей информации клиенту будем осуществлять согласно дисциплине обслуживания IS. Моделирование работы распределителя нагрузки по web-серверам будем осуществлять согласно правилам дисциплины обслуживания FIFO. Моделирование вычислительных машин, на которых работают web-серверы, web-приложения, СУБД, реализуем согласно правилам дисциплины обслуживания PS.
Для учета возможности, что обработка заявок web-приложениями и СУБД-сервером может в зависимости от реализации web-приложения носить асинхронный характер, введем дополнительный маршрут между вычислительным комплексом, на котором функционирует web-сервер и комплексом, на котором функционирует СУБД.
Собственно дальнейшее построение имитационной модели будет состоять в сопоставлении выделенным узлам соответствующих конструктивных элементов имитационной модели, задании свойств конструктивных элементов, установления связей между этими элементами, а также в проекции полученных информационных потоков на структуру имитационной модели.
Структуру имитационной модели представляют в виде Q-схем, элементами которой являются конструктивные блоки имитационной модели [76]. На рисунке 2.2 представлена Q-схема имитационной модели интер Для моделирования пользовательских терминалов совместим алгоритм моделирования их непосредственной работы с функциями генератора заявок G и модуля сбора статистики S. Также для каждого терминала реализуем функцию трансформации класса заявки в соответствии с заданными матрицами трансформации, описанными в разделе 2.1.
Для моделирования взаимодействия web-приложений и СУБД совместим алгоритм моделирования устройства, на котором запущены web-приложения с генератором заявок G к СУБД.
Алгоритмы функционирования остальных узлов соответствуют стандартным алгоритмам моделирования дисциплин FIFO, PS, IS [28].
Таким образом, определив правила моделирования каждого узла системы, можно определить общий алгоритм работы имитационной модели, структурная схема которого представлена на рисунке 2.3.
Моделирование работы к-го терминала, начинается с вычисления типа очередной заявки внутри укрупненного класса k-го терминала (к =\,МТ) согласно заданной матрице трансформации класса заявок и собственно формирования заявки с соответствующими атрибутами. Далее заявка поступает во входную очередь устройства балансировки. Дождавшись своей очереди и получив обслуживание в устройстве балансировки (согласно дисциплине FIFO), заявка поступает на один из эмуляторов web-сервера в котором сразу начинается обслуживаться согласно дисциплине обслуживания PS. Что бы смоделировать работу web-приложений с СУБД генерируется отдельный поток заявок к СУБД, состоящий из нескольких запросов к базе данных. Каждый из порожденных запросов к СУБД поступает в блок-эмулятор СУБД, выполняющий обслуживание по дисциплине PS. Окончание обслуживания в блоке моделирования web-приложений не происходит до тех пор, пока не завершится обслуживание последнего запроса из порожденного потока заявок к СУБД. Для моделирования задержки, вызванной передачей пакета обработанной информации, заявка поступает в блок с дисциплиной обслуживания IS. После этого заявка попадает в блок сбора статистики. Время обслуживания заявок в каждом блоке зависит от типа заявки.
Реализация сервера полунатурной модели систем дистанционного обучения
В отличие от терминала сбора статистики, менеджер виртуальных браузеров реализован на языке С с использованием стандартных функций WIN32 API [25]. Как уже отмечалось в разделе 3.2.3, логически менеджер виртуальных браузеров состоит из модуля взаимодействия с терминалом сбора статистики, модуля управления виртуальными браузерами, модулем собственно виртуального браузера, вспомогательных модулей сценариев и НТТР-взаимодействий.
С позиций многопоточной архитектуры реализация менеджера виртуальных браузеров (ВБ) имеет несколько другую организацию и включает в себя реализацию пяти потоков (рисунок 4.12).
К потокам, реализующим программу относятся поток главного окна, поток управления виртуальными браузерами, поток взаимодействия с терминалом сбора статистики, поток виртуального браузера, поток получения ресурсов. При этом количество первых трех потоков фиксировано и равно единице на каждый тип потоков.
Количество потоков виртуальных браузеров переменно и зависит от конфигурации стенда моделирования - задается терминалом сбора статистики. Поток получения ресурсов создается в том случае, если получаемый HTML документ содержит ссылки на мультимедийные ресурсы (например, на графические объекты). Соответственно количество запускаемых потоков получения ресурсов зависит от количества ресурсов в полученном HTML документе.
Программа начинает работу в стандартной точке входа, которой является функция WinMain, после чего создается окно приложения. Интерфейс приложения представляет собой окно, содержащего меню и список, занимающий рабочую область окна, в который выводится информация о процессах происходящих в системе или об ошибочных ситуациях, если такие возникают. Внешний вид окна менеджера виртуальных браузеров представлен на рисунке 4.13.
После создания окна приложения создается поток взаимодействия с терминалом - функция VBMNetThread. Поток взаимодействия с терминалом берет на себя функции получения и отправки сообщений через сеть терминалу сбора статистики. Сетевое взаимодействие реализовано с помощью библиотеки сетевых сокетов Windows Sockets API [4, 82, 92].
Если рассматривать взаимодействие терминала сбора статистики и менеджера виртуальных браузеров через призму архитектуры клиент-сервер, то менеджер виртуальных браузеров является сервером, ожидающим запросов со стороны терминала, а терминал соответственно выступает клиентом, подающим запросы.
Работа модуля идет согласно стандартному алгоритму однопользовательского сервера: инициализируется сеть, сервер включается в блокирующий режим прослушивания до тех пор, пока со стороны клиента не поступит некоторый запрос, сервер обрабатывает запрос и снова включается в режим прослушивания сети. Синхронизация с остальными потоками и передача информации осуществляется стандартными средствами WIN32 API - событиями, критическими секциями.
После создания окна приложения создается поток управления виртуальными браузерами - функция VBMListThread. Поток работает в двух режимах: режиме ожидания и в режиме управления виртуальными пользователями. При этом в обоих режимах осуществляется постоянная проверка поступающих команд со стороны потока взаимодействия с терминалом. Режим ожидания соответствует состоянию, когда со стороны терминала не было команд по запуску виртуальных браузеров. В этом режиме поток только проверяет наличие команд со стороны потока взаимодействия с терминалом. В режиме управления поток создает и работает со связанным списком сессий виртуальных браузеров (рисунок 4.14).
Алгоритм работы со списком похож на алгоритм кругового опроса, когда на каждой итерации цикла опроса ведется работа с одним элементом списка. По достижении конца списка работа начинается с первого элемента списка. Выход из цикла осуществляется по команде со стороны потока взаимодействия с терминалом.
Потоки виртуального браузера создаются в том случае, если со стороны терминала сбора статистики поступает команда запуска виртуальных браузеров. Точка входа - функция BrowserThread. Из этой функции вызывается функция StartScenario, в которой осуществляется переход на стартовую страницу web-сайта системы. Далее поток начинает работать в цикле переходов по страницам сервера, причем для каждой страницы реализована своя функция обработчик. Работа цикла осуществляется до тех пор, пока не истечет время конкретной сессии, и менеджер виртуальных браузеров не остановит поток.
