Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПО 9
1.1 Понятие качества ПО 9
1.1.1 Характеристики качества ПО 14
1.1.2 Стандартизация характеристик качества ПО 17
1.1.3 Языки моделирования качества ПО 20
1.2 Критерии оценки качества ПО 21
1.2.1 Метрики качества ПО 22
1.2.2 Качество и надежность ПО 24
1.3 Методы и средства обеспечения качества ПО 26
1.3.1 Качество ПО в процессах жизненного цикла 28
1.3.2 Методы управления качеством ПО 29
1.3.3 Методы тестирования ПО 32
1.4 Проблемы обеспечения и оценки качества в РПС 35
1.4.1 Понятие РПС 35
1.4.2 Качество современных РПС 39
1.4.3 Интеграция сетевых приложений в состав РПС 41
1.4.4 Подсистема мониторинга и оценки качества РПС 43
Выводы 44
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ПО 46
2.1 Задача оценки надежности ПО 46
2.1.1 Общие положения 46
2.1.2 Классификация ошибок в ПО 49
2.1.3 Испытания ПО на надежность 51
2.2 Методы оценки надежности ПО 53
2.2.1 Методы раннего предсказания качества ПО 54
2.2.2 Методы, основанные на применении байесовских сетей 55
2.2.3 Методы, основанные на величине экономического риска 57
2.2.4 Методы, основанные на анализе графа исполнения ПО 59
2.2.5 Методы, основанные на статистике выявленных ошибок 62
2.3 Математические модели надежности ПО 63
2.3.1 Основные модели надежности 65
2.3.2 Проблемы и ограничения моделей надежности ПО 73
2.3.3 Методы автоматизации процесса анализа надежности ПО 76
2.4 Оценка надежности РПС 77
2.4.1 Специфика анализа и оценки надежности РПС 77
2.4.2 Требования к модели оценки надежности РПС 79
Выводы 80
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ НАГРУЗКИ НА СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ 82
3.1 Прямая оценка взаимного влияния программных модулей 82
3.1.1 Оценка взаимного влияния модулей в сетевых приложениях РПС.82
3.1.2 Моделирование совместной работы программных модулей 86
3.2 Анализ работы сетевого программного комплекса 89
3.2.1 Общее описание комплекса и задачи анализа надежности 89
3.2.2 Математическая модель появления ошибок в процессе решения задачи 92
3.2.3 Вычисление характеристик надежности модулей и РПС в целом .97
3.2.4 Методика применения модели 98
3.2.4 Пример практического применения методики анализа надежности
сетевого приложения 102
3.3 Анализ подсистемы оценки надежности сетевого приложения 113
3.3.1 Описание подсистемы 113
3.3.2 Математические модели для анализа подсистемы 115
Выводы 125
ГЛАВА 4. ПОДСИСТЕМА МОНИТОРИНГА РАБОТЫ СЕТЕВЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ 127
4.1 Обобщенная структура системы 128
4.2 Принципы функционирования системы 132
4.2.1 Процесс сбора данных подсистемой мониторинга 132
4.2.2 Взаимодействие сетевых компонентов подсистемы мониторинга 134
4.3 Подсистема оценки загрузки телекоммуникационной сети для РПС "Интеграция" 136
4.3.1 Назначение и организация РПС "Интеграция" 137
4.3.2 Структура РПС "Интеграция" 140
4.3.3 Результаты внедрения методов анализа загрузки в подсистему мониторинга 146
Выводы 149
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 151
ЛИТЕРАТУРА 153
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Применение современных информационных технологий в различных областях деятельности связано, как правило, с активным использованием разнообразного сетевого программного обеспечения (СПО), функционирующего в неоднородной сетевой среде в виде сетевых приложений, каждое из которых можно представить в виде совокупности программных модулей. Набор сетевых приложений, сконфигурированных на исполнение конкретных задач в компьютерной сети, представляет собой распределенную программную систему (РПС).
К настоящему моменту можно выделить ряд специализированных областей применения РПС в составе различных автоматизированных систем обработки информации и управления, когда ошибка или отказ в работе РПС может нанести ущерб, значительно превышающий положительный эффект от ее использования. Примерами таких ответственных областей являются авиационная и космическая промышленность, системы управления на крупных техногенных объектах (химически-опасные производства, атомные электростанции), медицинские системы жизнеобеспечения и ряд других. В этой связи одним из главных вопросов применения СПО в таких системах является обеспечение и оценка его качества. При этом в подавляющем большинстве случаев качество СПО характеризуется надежностью его работы (т.е. отсутствием сбоев и отказов).
Решение задачи обеспечения надежности сетевых приложений требует создания методов оценки данной характеристики и количественной шкалы ее измерения. Данная процедура требует сбора и передачи по каналам связи, хранения и обработки большого количества статистических данных о работе сетевых приложений, составляющих служебный трафик. Эта служебная информация собирается с вычислительных узлов сети, на которых исполняются программные модули сетевых приложений, специализированной подсистемой мониторинга. В результате, помимо нагрузки, создаваемой при взаимодействии самих сетевых приложений, появляется дополнительная нагрузка, вызванная служебным трафиком сетевых приложений. Это связано с тем, что подсистема мониторинга размещается и функционирует в рамках той же компьютерной сети, где исполняются сетевые приложения, что может привести к снижению общего качества работы сетевых приложений и РПС в целом.
Установлено, что имеет место зависимость количества передаваемой служебной информации от надежности работы сетевых приложений. Кроме того, существует специфика совместной работы программных модулей и сетевых приложений в составе РПС, обуславливающая их взаимное влияние, что требует развития известных методов оценки надежности автономных программных модулей.
Задача оценки данных зависимостей является приоритетной, поскольку ее решение позволяет определять параметры служебного трафика и формировать обоснованные требования к характеристикам телекоммуникационного и серверного оборудования сети.
Кроме того, по результатам анализа качества работы сетевых приложений, появляется возможность оптимизации работы РПС путем изменения порядка запуска программных модулей, перемещения их между вычислительными узлами с целью локализации сетевого трафика, реконфигурирования сетевых ресурсов. Все эти меры также позволяют улучшить надежностные характеристики РПС, например, путем точной локализации места возникновения ошибки (сбоя), без приобретения дополнительных аппаратных средств и/или существенной переработки самого ПО, что во многих случаях является экономически более целесообразным.
В связи с изложенным, тематика диссертационной работы является актуальной, а полученные теоретические результаты и практические решения имеют важное прикладное значение.
Цель работы
Разработка и анализ структуры распределенной подсистемы мониторинга работы сетевых приложений, создание математических моделей для количественной оценки параметров служебного трафика и загрузки телекоммуникационного и серверного оборудования сети. Задачи исследований
Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
проведен анализ взаимосвязи качества работы сетевых приложений с параметрами служебного трафика данных об их работе;
проведен анализ особенностей построения и функционирования РПС и анализ взаимного влияния программных модулей при совместном функционировании в составе сетевых приложений;
разработан комплекс математических моделей для расчета показателей надежности сетевых приложений и связанных с этим параметров трафика служебных сообщений;
разработан комплекс математических моделей для оценки нагрузки на сетевое и серверное оборудование служебным трафиком подсистемы мониторинга работы сетевых приложений. Методы исследований
При решении поставленных в диссертации задач применялись методы теории вероятностей и математической статистики, теории марковских цепей, теории вычислительных сетей, теории математического программирования.
На защиту выносятся;
- метод оценки взаимного влияния программных модулей при сетевом взаимодействии в составе сетевых приложений, позволяющий использовать результаты оценки их надежности при работе в автономном режиме;
- математическая модель надежности функционирования сетевого приложения и метод ее адаптации к системе с произвольной топологией сетевых связей;
- комплексная модель подсистемы мониторинга надежности сетевых приложений в компьютерной сети, схема организации и хранения данных о надежности и методология их обработки;
- математическая модель оценки загруженности вычислительных и телекоммуникационных ресурсов служебным трафиком о работе сетевых приложений. Научная новизна полученных результатов заключается в комплексном подходе к анализу качества работы и разработке математических моделей для количественной оценки надежности сетевых приложений, учитывающих взаимное влияние составляющих их программных модулей при работе в составе РПС, а также в установлении зависимости между надежностью программных модулей и параметрами служебного трафика, и разработке математических моделей для расчета параметров служебного трафика, связанного с передачей данных о работе сетевых приложений.
Практическая ценность результатов диссертации состоит в создании методов расчета параметров служебного трафика сетевых приложений, основанных на математических моделях оценки качества приложений, инвариантных относительно практического назначения приложений, а также разработке типовой структуры распределенной подсистемы мониторинга работы приложений, что дает возможность-обоснованно выбирать параметры серверного оборудования и каналов связи, учитывать вносимую служебным трафиком нагрузку на телекоммуникационное оборудование.
Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертации, обеспечиваются соответствием разработанных моделей и. алгоритмов известным теоретическим результатам и реальным процессам формирования служебного трафика при работе сетевых приложений и подтверждаются положительными результатами их практической реализации при оценке загруженности ресурсов реальных РПС.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ (2004-2006, 2008 гг.), XLI Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии, (2005 г.), Международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах» (2004 г.), 15-й Международной научно-технической конференции в Рязанском государственном радиотехническом университете (2008 г.).
Публикации
Результаты диссертационной работы отражены в 8 опубликованных печатных работах, из них одна в издании, рекомендованном ВАК.
