Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время наблюдается стремительное развитие технологий, реализующее распределенную обработку данных. Распределенная обработка порождает различные распределенные среды, в которых существуют разнородные информационные ресурсы, содержащие большие массивы данных. Технологии, реализующие распределенную обработку, нашли применение в локально-вычислительных и корпоративных сетях обработки данных, в которых осуществляют роль унифицированного посредника между пользователями и источниками хранения информации.
Разработка и последующее использование специализированных информационных и корпоративных систем сталкиваются с множеством проблем, среди которых: повышение производительности; оптимизация обработки данных между клиентской и серверной частями; обеспечение оптимальной обработки и управления транзакциями.
В большинстве случаев специализированные и корпоративные информационные системы постоянно совершенствуются, что связано, во- первых, с быстро меняющимися потребностями в организации, во-вторых, с медленным развитием теоретической базы обработки и управления транзакциями.
Большой вклад в изучение проблематики, связанной с обработкой и управлением транзакций внесли Ф. Бернштейн, Н. Гудман, М. Карэй, Дж. Грей и др.
Однако не все проблемы данной области являются изученными и решенными в полной мере. В частности, недостаточно исследованы вопросы среди которых: разрешение конфликтов между операциями; применение кэшированных данных в историях транзакций; сериализуемость транзакций в рамках применения кэшированных данных.
Таким образом, для устранения недостатков необходимо создать математическое и программное обеспечение, которое позволило бы формально описать процесс управления и обработки транзакций в контексте применения кэшированных данных для повышения производительности специализированных информационных систем, что полностью определяет актуальность диссертационного исследования.
Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».
Цель и задачи исследования. Целью работы является создание специального математического и программного обеспечения управления кэшированием данных на основе временных меток транзакций для повышения производительности специализированных информационных систем.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать проблемы использования технологии разработки серверных компонентов как инструмента реализации специального программного обеспечения для увеличения производительности многозвенных клиент-серверных информационных систем;
провести формализацию применения кэшированных данных при описании процесса управления транзакциями;
осуществить аналитическое описание механизма временных меток в рамках мультиверсионной истории транзакций для их сериализуемости;
разработать специальное математическое обеспечение для управления и обработки транзакций в контексте использования кэшированных данных;
спроектировать специальное программное обеспечение управления транзакциями в составе специализированной информационной системы.
Методы исследования. В работе использованы теория транзакций, теория множеств, теория графов, методы системного анализа, объектно- ориентированного программирования.
Тематика работы соответствует п. 3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем», п. 4 «Системы управления базами данных и знаний» паспорта специальности 05.13.11 - «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей».
Научная новизна. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:
формализация описания сериализуемости транзакций, обеспечивающая унифицированное представление процесса управления транзакциями, отличающаяся использованием ациклического для версии записи графа мультиверсионной сериализуемости;
аналитическое представление метода кэширования, отличающееся использованием временных меток, обеспечивающее своевременную актуализацию кэшированных данных при клиент-серверной обработке путем вычисления минимальных временных меток;
алгоритмы обработки операций с данными клиент-серверных приложений, обеспечивающие обработку мультиверсионных элементов данных, отличающиеся взаимодействием СУБД с планировщиком с использованием временных меток;
алгоритмы межинтерфейсного взаимодействия между компонентами специального программного обеспечения, отличающиеся обменом специальными сообщениями для поддержки пула соединений и обеспечивающие повышение производительности при соединении с СУБД;
структура специального программного обеспечения в составе многозвенной клиент-серверной интернет-ориентированной информационной системы, обеспечивающая повышение эффективности распределенной обработки данных на основе многопоточности и корректного конкурентного изменения данных.
Практическая значимость работы. Практическая значимость результатов диссертации состоит в создании специального программного обеспечения обработки и управления транзакциями для повышения производительности специализированных информационных систем на основе применения кэшированных данных в истории транзакций.
Компоненты специального математического и программного обеспечения были интегрированы в состав «Интернет-ориентированной информационной системы поддержки учебной и научной деятельности», прошедшей Государственную регистрацию в ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности».
Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в виде «Интернет- ориентированной информационной системы поддержки учебной и научной деятельности» и внедрены в АНОО ВПО «Воронежский экономико- правовой институт». Эффект от внедрения заключается в обеспечении необходимого уровня реактивности системы при ответах на SQL-запросы пользователей к БД.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: IX Всероссийской школе-конференции молодых учёных "Управление большими системами" (Липецк, 2012), XVIII International Open Science Conference «Modern informatization problems in the technological and telecommunication systems analysis and synthesis» (Lorman, MS, USA, 2013), XVIII International Open Science Conference «Modern informatization problems in economics and safety » (Lorman, MS, USA, 2013), XVIII International Open Science Conference «Modern informatization problems in simulation and social technologies » (Lorman, MS, USA, 2013), научных семинарах кафедры автоматизированных и вычислительных систем ФБГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - разработка методов управления базами данных в составе специализированных информационных систем реального времени; [2, 9] - математическое обеспечение кэширования данных на основе специального обработчика транзакций; [3, 6] - выделение специального класса информационных систем; [8, 10] - архитектура и алгоритмизация функционирования планировщика транзакций; [11, 12] - компоненты специального программного обеспечения управления транзакциями.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 121 наименования. Основная часть работы изложена на 173 страницах, содержит 50 рисунков, 23 таблицы.
