Введение к работе
Диссертация посвящена разработке средств переноса программ и данных в сети ЭВМ для автоматизации научных исследований институтов РАН Северо-Западного региона на основе взаимосвязанной совокупности обслуживающих систем.
Разработаны методология, инструментальные и ' измерительные средства, составляющие технологическую основу переноса программ и данных в сети, с учетом имеющихся средств вычислительной техники (ВТ), программного обеспечения (ПО) и уровня подготовки пользователя.
Практическими приложениями диссертации являются:
-
создание средств измерения ПО и ВТ для оценки качества переноса;
-
программная реализация протоколов связи разнородных ЭВМ и автоматизированных процедур управления сетью;
-
разработка мобильных пакетов прикладных программ вычислительной математики и математической физики;
-
разработка гидродинамической модели и мобильного пакета программ для решения задач переноса примесей в водоеме.
1.1. Актуальность темы. Распределенные вычисления и сетевые структуры стали неотъемлемой частью применения ЭВМ в научных исследованиях и научно-технических разработках. Особую ценность представляют программное и математическое обеспечение вычислительного эксперимента, который, как отмечал академик А.А. Самарский, есть развивающаяся система с длительным жизненным циклом, включающим формирование моделей реального объекта, разработку алгоритмов, их программной реализации, тестирования, подготовку данных, проведение расчетов в диалоговом и пакетном режимах, обработку и анализ результатов. Реализация всех этапов невозможна без разработки методов измерения как в статике, так ив динамике, на всех этапах жизненного цикла вычислительного эксперимента, причем в единой метрике.. Практика показывает, что длительность жизненного цикла вычислительного эксперимента на порядок превышает время жизни конкретных моделей ЭВМ. Поэтому, без создания настраиваемых развивающихся средств переноса программ и данных невозможно создание технологии вычислительного эксперимента. С
другой стороны, тенденция увеличения наукоемкое и стоимости вычислительного эксперимента не позволяет проводить разработку для каждой новой платформы "от нуля". Несмотря на непрерывное совершенствование программной инженерии, оснащения программиста развитым инструментарием, процедура переноса программ остается либо крайне дорогостоящей, либо решается индивидуально в каждом конкретном случае. В связи с этим поиск новых путей переноса пакетов программ и данных представляет особую актуальность.
Распределенные вычисления должны опираться на развитые средства переноса программ и данных, обеспечивающие взаимодействие вычислительных процессов на всех уровнях обработки данных, включая языки программирования, компиляторы, библиотеки научных программ и операционные системы. Поэтому средства обеспечения мобильности программ и данных должны быгь включены во все уровни обработки данных, включая и уровень автоматизации управления вычислительным процессом.
Подтверждением актуальности разработки встраиваемых средств переноса программ являются развитые научные пакеты программ, такие как LIN РАС /1/, имеющий базовую библиотеку для многих платформ; ISEM - машиностроительный САПР, CYBER, SAN, DEC /2/, пакет гидродинамического моделирования СНАМ.
-
Дель исследований- разработка технологии переноса программ и данных для обеспечения как встраиваемых процедур вычислительного эксперимента, так и отдельных функций распределенной обработки данных в сети ЭВМ; разработка на основе этой технологии переносимых пакетов программ, удовлетворяющих ограничениям новых средств ВТ, методов и оценка их качества.
-
Методы исследований основаны на использовании аппаратов математической статистики, вычислительной математики, математической физики.
-
Научная новизна.
-
В процессе проведенного исследования показана целесообразность и перспективность инструментальных систем на базе единого подхода в рамках модели открытых систем, для создания новых технологических подходов к переносу программ и данных в сети ЭВ№.
-
Разработаны методические рекомендации по переносу программ в разных системах программирования. Разработанные средства позволяют использовать все подключенные к сети ЭВМ и оцени-
вать количественно качество программ и вычислений на базе теории динамических систем.
-
Предложен аппарат описания, анализа состояния и метод управления распределенными вычислениями на базе понятия ситуации. Разработан язык описания ситуаций, являющийся специализированным языком реального времени. На основе предложенного' метода созданы новые инструментальные средства для обеспечения переносимости и измерений на всех этапах яизненного цикла вычислительного эксперимента.
-
Разработаны протоколы СНХ ЕС ЭВМ на ПЭВМ, что позволило обеспечить работу ПЭВМ-в среде ЕС ЭВМ, а также перенос данных и програш. Разработка препроцессоров структурного Фортрана для различных компиляторов на разных ЭВМ дала возможность пользователям работать на одном входном языке на различных ЭВМ. Средства автоматизации управления распределенной обработкой данных позволили повысить эффективность ВС в два раза и понизить требования к обслуживающему персоналу.
-
В качестве приложения технологии переноса разработаны пакеты прикладных программ: "Вычислительной математики", "Математической физики" и "Моделирования распространения примесей". Разработка перечисленных средств составляет решение крупной научной проблемы, имеющей важное прикладное значение.
Выполненные в диссертационной работе исследования связаны с' реализацией целевой комплексной программы "Разработка научных основ построения, методов анализа, синтеза и испытаний программного обеспечения ИЛК, ГПС, автоматических и автоматизированных систем".
1.5. Практическая ценность и реализация результатов.
1.5.1. Разработанные принципы переноса программ и данных и инструментальные средства поддержки переноса в сети ЭВМ открывают новые возможности в проведении вычислительного эксперимента в наукоемких пакетах.
.1.5.2. Методические материалы, содержащие рекомендации пользователям по дисциплине написания мобильных программ а также простейшие рецепты переноса готовых программ, вошли в серию инструкций для пользователя ЛИИАН (СПИЛ РАН).
1.5.3. Автоматизацию процесса корректировки программ при переносе позволила система "Фильтр", разработанная в среде ОС ЕС.
Написанию мобилышх программ на Фортране помогал переносимый препроцессор, реализующий входной язык - структурный Фортран, который был установлен на всех ЭВМ ЛИИАН.
-
Мобильные пакеты программ вычислительной математики и математической физики, созданные с использованием технологии переноса, имеют самостоятельную ценность и распространяются как независимые программные продукты.
-
Мобильный пакет программ для решения задач переноса примесей в водоеме, разработанный как практическая реализация предложенной методики, нашел практическое применение для оценки нагрузок на Невскую Губу в результате строительства дамбы, а также для оценки ряда других объектов.
-
Практическое применение средств переноса можно контролировать как на предварительной стадии переноса, так и в заключительной фазе путем оценки качества на базе программного средства "Квалиан".
Внедрение результатов.
Результаты приведенных исследований нашли практическое применение и подтверждены актами в следующих разработках:
1. Региональная информационно-вычислительная подсеть Северо-Западной Академсетя.
1.6. Аппробация работы.
Основные результаты диссертации докладывались на: меадународном семинаре "Сети ЭВМ" (Будапешт, 1978 г.); всесоюзной конференции "Программное обеспечение вычислительных сетей и систем реального времени" (Киев, 1981 г.); городском семинаре по проблемам создания вычислительных центров коллективного пользования в интересах реализации программы "Интенсификация-90" (Ленинград, 1985 г.); всесоюзном совещании "Методы моделирования изменений природных условий при перераспределении водных ресурсов" (Но-восиОирск, 1982 г.); всесоюзном лимнологическом совещании "Круговорот вещества и энергии" (Иркутск, 1985 г.); всесоюзном семинаре "Разработка, эксплуатация программ и технических средств в автоматизированных системах" (Ленинград, 1988 г.); всесоюзном семинаре "Программное обеспечение ПЭВМ и опыт их применения на промышленных предприятиях и в научных организациях" (Ленинград, 1989 г.); третьем всесоюзном семинаре "Качество программного обеспече-
ния" (Дагомыс, 1991 г.): первой международной конференции "Надежность, живучесть и безопасность технических систем" (С-Петербург. 1992 г.); IS Компьютерном Конгрессе (Мадрид, 1992); международной конференции по качеству программного обеспечения (С-Петербург, 1992г.); международной конференции по CAD/САМ "Роботика и фабрики будущего" (С-Петербург, 1993); межгосударственном научно-техническом семинаре "Надежность, отказоустойчивость и производительность информационных систем" (Туапсе, 1993 г.); международном Конгрессе по компьютерным системам и прикладной математике CSAM'93 (С-Петербург, 1993); III Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная информатика-94" (С-Петербург, 1994).
1.7. Публикации по работе.
Основное содержание диссертации изложено в монографии /25/ и статьях /1 - 36/.
2. СТРУКТУРА'И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ
Диссертация состоит из введения и четырех глав. Во введении сформулирована научная проблематика, цель и задача исследований. В главе первой изложены основные подходы к решению задачи переноса программ и данных. Приведены материалы обследования институ-' тов РАН Северо-Западного региона. Во второй главе рассмотрены инструментальные средства переноса программ в сети ЭВМ, включающие методические рекомендации пользователю, протоколы и их реализацию, систему "Фильтр", препроцессор "Структурный Фортран" и средства автоматизации управления в сети ЭВМ. В третьей главе приводятся результаты и описание применения методики переноса для создания переносимых пакетов вычислительной математики и математической физики, а также пакет для гидродинамического моделирования переноса примесей в водоемах. Глава четвертая посвящена исследованию проблемы оценки характеристик различных платформ и качества переноса программ. В приложении приведены акты внедрения результатов и сертификат.
