автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматная система резервирования данных АСУП

На правах рукописи

003448637

ТЕТЮШЕВ Александр Викторович

АВТОМАТНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ДАННЫХ АСУП

Специальность 05 13 06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

16 ОПТ2т с/

Вологда-2008

Работа выполнена в Вологодском государственном техническом университете на кафедре «Автоматики и вычислительной техники»

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Суконщиков Алексей Александрович

Официальные

доктор технических наук, профессор

Бернюков Арнольд Константинович кандидат технических наук, Давыдов Денис Владимирович АО «Вологодский подшипниковый завод»

оппоненты

Ведущая

организация

Защита диссертации состоится 12 ноября 2008 г в 16 часов в аудитории 211 на заседании диссертационного совета Д212 025 01 Владимирского государственного университета по адресу 600000, г Владимир, ул Горького 87, корпус 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета по адресу 600000, г Владимир, ул Горького 87, корпус 1

Автореферат разослан «7» октября 2008 г Ученый секретарь

диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Макаров Р И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современные автоматизированные системы управления производством (АСУП) представляют собой сложнейшие системы, включающие технические средства, алгоритмы управления, методы и средства информационного и программного обеспечения Широкое использование в АСУП вычислительной техники, позволило упростить и удешевить системы управления, путем автоматизации и замены высококлассных специалистов операторами, с более низкой квалификацией В этой связи, проблема надежности вычислительных систем АСУП приобрела особое значение из-за большой значимости выполняемых ими функций и высокой цены отказа Даже при довольно редких отказах ущерб, вызванный отключением системы управления или ее неправильным срабатыванием, может превысить выгоду, получаемую в периоды ее работоспособного состояния

Обзор литературных источников и ознакомление с реальными системами управления позволил выявить, что классические методы расчета надежности, разработанные в 50-60 годах прошлого века не в состоянии учесть появление ошибок программного обеспечения или ошибок операторов Кроме этого, изначальная сложность АСУП не позволяет использовать традиционные системы резервирования, поскольку ни одна из предлагаемых рынком систем не учитывает структурную сложность и сетевую распределенность вычислительного комплекса АСУП

В этой связи, оперативные данные АСУП, как самая значимая ее часть, требует дополнительного сохранения, поскольку даже частичная их потеря может привести к серьезным нарушениям процесса управления, что в свою очередь скажется на правильном функционировании и безопасности производства Необходимость разработки практических решений для резервирования данных АСУП определила выбор темы, цели, задачи и структуру диссертации

Целью работы является разработка алгоритмических и программных средств автоматной отказоустойчивой системы резервированием оперативных данных АСУП Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи

1 Проанализированы методы повышения надежности вычислительной системы АСУП, путем резервирования данных Построена математическая модель зависимости экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования при изменении некоторых параметров

2 На основе полученных аналитических данных разработана методика построения автоматной отказоустойчивой системы резервирования данных АСУП

3 Разработана автоматная модель и градиентный алгоритм управления автоматной системой резервирования

4 Проведено практическое внедрение автоматной системы резервирования в виде программного обеспечения на трех предприятий города Вологды Представлено аналитическое и экспериментальное исследование эффективности и надежности вычислительной системы АСУП с разработанной системой

Методы исследования. При выполнении работы использованы методы теории конечных полей, теории матриц, теории конечных автоматов, теории надежности Были использованы технологии языка прохраммирования Java технология J2EE (Java Enterprise Edition), сетевая архитектура CORBA (Common

Object Request Broker Architecture), компоненты EJB (Enterprise JavaBeans), JDBC (Java Database Connectivity), JNI (Java Native Interface), JNDI (Java Naming and Directory Interface)

Объектом исследования является практическая реализация автоматной отказоустойчивой системы резервирования данных АСУП

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Предложена математическая модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования при изменении некоторых параметров

2 Разработана методика построения отказоустойчивой автоматной системы резервирования с управлением на основе конечных автоматов

3 Применен алгоритм (N.k)-noporoBoft схемы, позволяющий строить сетевые отказоустойчивые хранилища данных с заданной избыточностью

4 Разработана автоматная модель и градиентный алгоритм управления системой резервирования на основе конечных автоматов

Практическая значимость работы состоит в создании алгоритмических и программных средств автоматной системы резервирования, обеспечивающих гарантийное восстановление данных АСУП в случае доступности определенного количества сетевых носителей

Особенность работы заключается в использовании существующей сетевой инфраструктуры предприятия, что позволяет не только сократить затраты на приобретение дополнительного оборудования, но и модернизировать систему резервирования совместно с остальным оборудованием Ценность разрабатываемой системы определяется тем, что она позволяет перенести контроль достоверности и актуальности оперативных данных с пользователей АСУП на автоматику Реализация двухуровневой автоматной системы резервирования позволят использовать классические методы теории надежности при расчете надежности вычислительной системы АСУП в заданных пределах, несмотря на изначальную ненадежность программного кода и возможную потерю части данных

Использование результатов работы Результаты диссертационной работы в виде программы резервирования данных и методических указаниях по ее применению приняты к внедрению на вологодских предприятиях ООО «Сенако», ЗАО «ВЭТ-1» и ЗАО «Вологдаобувь» и подтверждены актами Основным результатом внедрения системы резервирование можно считать значительную экономию средств, при достаточной надежности Так использование автоматной системы резервирования на предприятии ЗАО «ВЭТ-1» позволило добиться коэффициента готовности по отказам в «серверном сегменте» на уровне 0 999, что соизмеримо с надежностью кластеров высокой доступности

Работа была представлена и победила в областном конкурсе на получение государственного научного гранта для финансирования поддержки инновационных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ аспирантов в 2008 году

Апробация полученных результатов Основные положения, материалы и результаты работы были опубликованы в научно-технических журналах "Системы управтения и информационные технологии" (Воронеж 2007), «Информационные технологии моделирования и управления» (Воронеж 2007) Результаты исследований представлялись и были одобрены на 2-оЙ и 3-ей международной научно-технической конференции «Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования»

(Вологда 2006, 2007), международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград 2004), 4-ой международной конференции «Информатизация процессов ИНФОС-2007» (Вологда 2007), всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, бизнес) (Череповец 2006), 3-ей всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Вологда 2006)

Положения, выносимые на защиту:

1 Математическая модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования

2 Методика построения событийной отказоустойчивой автоматной системы резервирования данных АСУП

3 Применение алгоритма (К,к)-пороговой схемы для построения сетевого отказоустойчивого хранилища данных с заданной избыточностью

4 Автоматная модель и градиентный алгоритм управления системой резервирования на основе конечных автоматов

Публикации По материалам диссертационной работы и результатам исследования опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованного ВАК; 10 публикаций в сборниках материалов конференций международного и российского уровня, в том числе 8 без соавторов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и трех приложений Текст изложен на 125 страницах, содержит 21 рисунок, 11 таблиц и 3 приложения Библиографический список включает 104 наименования

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы основные результаты и положения, выносимые на защиту, определены цели и задачи работы, перечислены методы исследования, приведено краткое содержание каждой главы диссертации

В первой главе решается первая задача диссертационной работы - анализ методов повышения надежности вычислительной системы АСУП и представление математической модели ее надежности Глава включает описзйие АСУП с точки зрения теории надежности Приводится классификация существующих систем резервирования данных и результаты обзора литературных источников, посвященных резервированию как средству повышения надежности

Отмечено, что при рассмотрении надежности вычислительной системы АСУП наиболее часто используется два подхода автоматное представление, предполагающие сопоставление каждому логическому элементу системы конечного автомата с набором первичных состояний и декомпозиционное, предполагающее разбиение системы на независимые составляющие

Отмечена существующая проблема неполного описания данных в современных системах резервирования, которая приводит к длительному и неэффективному поиску данных при восстановлении

Вторая глава посвящена решению задач по разработке математической модели зависимости суммарных затрат от времени наработки и методике построения автоматной системы резервирования

Подробно рассмотрен процесс резервирования данных и построена математическая модель, характеризующая зависимость суммарных экономических затрат на резервирование от времени наработки

С(0 = — W + ß a t) + (P-l) t + — t2 (1)

ß а и 2

где C(t) - суммарная стоимость от времени наработки, а /- растущие по линейному закону данный резервирования, В - стоимость размещения данных в хранилище, ß • характеристика хранилища, Р -стоимость копирования, I - стоимость удаления, D-стоимость хранения данных

Апробация модели выполнена на основании данных бухгалтерской отчетности предприятий ЗАО «Вологдаобувь», ЗАО «ВЭТ-1» и ООО «СЕНАКО» В этом отчете отражается стоимость выполненных работ и затрат по основным средствам и расходным материалам (по выбранным локальным сметам) нарастающим итогом Адаптация модели показала для технологии DAS ошибку не более 5%, а для технологии NAS не более 3 3% На рисунке 1 приведены результаты моделирования

WW' /

s У

s У

s

I/1

/

/ тс

I 20 23 30 *р*мя наработки

ЮООО сумм

Tüßco «an

JOOCO 40000

xoœ 20 000 10 000

/

/

(

MC

10 15 20 2J 30 35 _вр*мл наработок

- МОДЕЯЬ|

Ш HOrffer

1

«

0 10 M 30 « J0 «

ум чаработш

I ' ДАННЫЕ —МОДЕЛЬ |

Рис. 1. Моделирование суммарных затрат от времени наработки

При разработке методики создания автоматной системы резервирования введено понятие ресурсно-сервисной модели, позволяющей выявить естественную структурную избыточность АСУП Это представление включает структурное разделение АСУП на уровни ресурсов, сервисов и услуг

Ресурсами в этом представлении обозначаются уникальные изменяемые компоненты вычислительной системы Ресурсы зависят от конкретной реализации оборудования, операционной системы и локальной сети предприятия

Сервисами в этом представлении обозначаются независимые универсальные подсистемы Отличительными особенностями сервисов является их независимость от конкретной реализации и возможность использования, как актуальных ресурсов, так и альтернативных или восстановленных

Услуга в этом представлении определяется как выполнение некоторой работы для пользователей или других сервисов

Ресурсно-сервисное моделирование предполагает нескочько вариантов размещения сервисов и возможность их перенастройки Для реализации такой возможности в ресурсно-сервисную модель системы резервирования нами было добавлено многовходовое дерево услуг (МДУ) Каждый вход в это дерево описывает то или иное размещение сервисов на имеющихся ресурсах, для обеспечения определенной услуги и в зависимости от эксплуатационных требований или возможных отказах При этом мы рассматривали резервирование каждого сервиса как отдельную подзадачу, результат решения которой формирует вход в МДУ В этом случае при сбое одного или нескольких ресурсов, для восстановления сервиса достаточно найти вход в МДУ, в описании которого отказавшие ресурсы отсутствует, и переключить сервисы на новые ресурсы

Для описания ресурсов, сервисов и услуг использовались стандарты принятые ITU (International Telecommunication Union) и ISO/IEC и известные под названием х 500 в виде многовходового дерева LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) Это позволило описать уникальные особенности ресурсов и использовать для реализации МДУ существующие объектные базы данных (MS Active Directory, Novel Directory Server, Apache Directory Server и т д ) Благодаря нескольким точкам входа в дерево LDAP и возможности серверов директорий одновременно обрабатывать несколько запросов одновременно, разработанная схема позволяет использовать как обычные, так и параллельные алгоритмы

После проработки возможностей ресурсно-сервисного моделирования была предложена двухуровневая автоматная система резервирования, нижний слой которой построен на основе модулей исполнения и обеспечивает отказоустойчивое распределенное хранение оперативных данных АСУП и МДУ, а верхний построен на основе конечных автоматах и обеспечивает распределенное автоматное управление сервисами На рисунке 2 показана схема автоматной системы резервирования

Рис 2. Схема автоматной системы резервирования

Для реализации отказоустойчивого распределенного хранения, было решено сохранять данные в виде (Кк)-пороговой схемы, впервые предложенной А.Г. Тормасовым в рамках его работ по созданию распределенной файловой системы ТогРБ. Стоит отметить, что в отличие от работ Тормасова, управление распределенными данными в разработанной системе резервирования осуществляется на отдельном автоматном уровне, что позволило исключить неэффективные процессы синхронизации и сделать разработку более простой.

Суть метода (~Ы,к) пороговой схемы заключается в использовании математики конечных полей Галуа. Сохраняемый файл представляется в виде числовой последовательности к-мерных векторов над полем Галуа с основанием 2, что естественно для двоичной машинной обработки. В этом же пространстве задаются к-мерные базисные вектора. Проекция исходных к-мерных векторов на базисные вектора дает нам последовательностей, из которых достаточно любых к,

чтобы восстановить первоначальные вектора и, следовательно, первоначальный файл. Алгоритм основывается решении матрицы Вакдермонда в конечных полях, где любые к из п строк являются линейно независимыми

/ \ Уо '1 р0 - • Ра

1 Р\ - - рГ

1 р„-1 •

1 Рп-1 ' ■ p'JJ

При проведении аналитических расчетов для компьютера на базе процессора Intel 2,5 ГГц была получена скорость «прямой» сборки около 2 Мбайт/с.

Поскольку данный результат нельзя считать удовлетворительным, для кодирования была применена аналитическая оптимизация. Основная идея

оптимизации составить две таблицы соответствия (таблицы полиномов), заменив операции умножения и деления на операции сложения и вычитания

Представим каждый элемент поля GF( 2п) в виде многочлена степени не выше

п-1 Используем, тот факт, что для конечного поля GF( 2п ) можно задать генератор

р={-1,0,1) , так что все элементы поля будут являться его степенью р С GF(2n), тогда все элементы поля

GF(2n) = l^,p,pl,p2, .р2" =lj (3)

Вычислим все пары (a,i), где а—р1 Сохраним эти пары в двух таблицах log отсортированную по а, и alog отсортированную по i, то есть log\р ] = I и alog[i] = p'

о

Тогда имеем для любых элементов а,Ь из конечного поля Галуа GF ( 2 ) ab = a log[(Iog[a] + Iog[6]) mod(28 -1)] alb = alog[(log[a]- log[6])mod(28 -1)],

причем

(log[a] + log[b]) mod (28 -1) = log[a] + log[b]

при

log[a] + log[b]<28 -l

и

(log[a] + log[b]) mod (28 -1) = log[a] + log[b] - (2s -1)

при

log[a] + log[b] >= 2е - i

Кроме этого

(log[a] - log[b]) mod (28 -1) = log[a] - log[b],

при

log[a]-log[b]>=0

и

(Iog[a]+log[b]) mod (2s -1) = Iog[a]+Iog[b]+(г8 -1)

при

log[a] + log[b]<0

Таким образом, операция mod (2 -1) , сводится к сравнению и сложению

Скорость сборки при этом существенно возрастает, поскольку требуется всего

кратное выполнения 2 к2 операций сравнения и сложения

Полученная скорость сборки У = S к, и для файла s = 1 Мб (1 024 ООО байт) при к =5 соответствует 5120000 тактов, что для процессора INTEL Pentium 4 Celeron 2 5 Ггц составит около 60 Мбайт/с

(4)

(5)

(6)

(7)

(8) (9)

(10) (П) (12)

Методика (N к)-пороговой схемы позволят резервировать одиночные объекты С другой стороны, современные системы позволяют одновременно выполнять несколько операций одновременно Эти размышления привели к разработке второго уровня системы резервирования - уровня автоматного управления Методика построения автоматной системы резервирования выглядит следующим образом

1 Строиться базовая ресурсно-сервисная модель АСУП через представление услуг, сервисов и ресурсов

2 Используя естественную сетевую избыточность, в виде отдельных подзадач исследуется возможность резервирования каждого из сервисов при отказе того или иного ресурса

3 Все решения этих подзадач объединяются в виде многовходового дерева услуг в стандартах х 500, для формирования многовходового LDAP дерева.

4 Выделяется N рабочих станций, дисковое пространство которых будет использовано для сетевого отказоустойчивого хранилища Число N -определяет максимальное количество кусков, на которые будет разбит файл

5 Определяется к рабочих станций, как минимальное количество компьютеров в локальной сети, необходимых для восстановления данных

6 Задаются права для пользователей на предоставленные файловые ресурсы На основании этих прав формируется первоначальный уровень безопасности системы резервирования

7 Формируются ресурсные конечные автоматы и таблицы разрешенных переходов для преобразования оперативных данных в N кусков с возможной их сборкой из любых к источников

8 Создаются сервисные конечные автоматы, обуславливающие алгоритм и последовательность действий при резервировании и восстановлении ресурсов

9 Создаются групповые конечные автоматы, формирующие модели для сервисных автоматов Групповой автомат содержит состояния, в которые входят определенные группы сервисных автоматов, необходимых для переключения с одного набора ресурсов на альтернативные

10 Формируем сервисное правило в виде разрешенных переходов сервисного автомата «В случае некритичного сбоя программного ресурса, вследствие ошибки оператора, программной ошибки и т д, попытаться восстановить утраченный ресурс из сетевого хранилища»

11 Формируем сервисное правило в виде разрешенных переходов сервисного автомата «В случае критичного сбоя одного из ресурсов, вследствие отказа оборудования, вирусной атаки и т д, задействовать альтернативный вход в МДУ, в описании которого этого ресурса нет»

12 Формируется супервизор для первоначальной обработки массива сообщений и формирования базовых моделей для групповых и сервисных автоматов

В третьей главе решается третья задача - разработка автоматной модели и алгоритма управления системой резервирования Модуль управления построен в виде иерархии конечных автоматов Основной точкой в иерархию служит главный автомат управления (супервизор) Супервизор разбирает поток входных сообщений, на основании которых формирует базовые модели для уровня групповых конечных автоматов (групповые автоматы) Групповые автоматы на основании полученных моделей, активируют той или иной набор сервисный конечных автоматов (сервисных автоматов), обеспечивая резервирования на

уровне сервисов Другими словами, в случае отказа одного из сервисов, групповой автомат производит переключение услуги на альтернативный сервис На рисунке 3 показана автоматная схема управления системой резервирования

Рис. 3 Автоматная схема управления

Супервизор разбирает набор глобальных сообщений {{СЛ/,}, {СМ,} {ОЛ/, >}, на основании которых формируются модели ОА] йА, для групповых автоматов системы управления Каждая модель представляет собой описание конечного автомата Мили , где М - не пустое множество состояний, X-

входной алфавит, У-выходной алфавит, ^о - начальное состояние,

у Бх X— > Б - функция переходов, <Р $ х X— > У . функция выходов Групповой автомат делает синтаксическую проверку модели и проверку на и принадлежность группе Если модель удовлетворяет одному или нескольким

сервисным автоматам группы, она транслируется этим автоматам ЗА,, если

нет - отрабатывается ошибка Сервисные автоматы проводят коррекцию модели, в

зависимости от своего текущего состояния и предыдущего цикла управления

Сервисный автомат имеет 4 состояния {0,1,2,3}, два сигнала, 0 - готовность и 1-

сбой Выходы {у0,у!,у2,уЗ,у4,у5} следующие

уО переключиться на резервный сервис

у1 восстановить основной ресурс

у2 восстановить резервный ресурс

уЗ переключиться на основной сервис

у4 выполнить резервирование

у5 выполнить восстановление

На рисунке 4 показан граф коррекции модели сервисным автоматом

Рис. 4. Граф коррекции модели

Таким образом, сервисный автомат, получив сигнал о сбое, первоначально попытается восстановить ресурс, если это сделать не удалось, переключает сервис на новый набор ресурсов. При первом сигнале о готовности - сервисный автомат выполнит резервирование, при следующем сигнале - восстановление. Если восстановление не предполагается - сигналом сбой, можно вернуть автомат в исходное состояние. Для обмена информацией между модулями автоматной системы резервирования используются сообщения. Структура сообщения представлена на рисунке 5

MID (32 bit) Body (ограничено EXIT CICLE

Идентификатор протоколом (4 bit) (4 bit)

сообщения обмена)

Рис. 5. Структура сообщения

Сообщения имеют три обязательных поля MID, BODY и END. Размер поля MID - 32 бита, что позволяет определить более 4-х миллиардов сообщений, поля END - 8 бит, что позволяет задать два числа по 16 комбинаций в каждом (код возврата и номер цикла). Размер поля BODY ограничен только протоколом обмена. Это объясняется тем, что трудно заранее определить каким это поле будет в процессе управления.

Поле MID используется для идентификации сообщения. Оно назначается супервизором для каждого нового сообщения и сохраняется на протяжении всего процесса управления. MID монотонно растущее число. Каждый раз оно назначается как следующее от максимального значения. Текущее максимальное значение MID хранится как параметр шины.

Поле END содержит два числа - номер кода возврата модуля исполнения EXIT и номер цикла управления CICLE Поле разделено симметрично по 4 бита, что позволяет задать до 16 циклов управления и 16 кодов возврата После прохода сообщения по цепочке управления и его повторного появления на шине - значение поля CICLE уменьшается на 1

Поле MID размещается в начале сообщения, поле END в его конце Поскольку размеры полей строго заданы - их извлечение не представляется сложным Чтобы получит MID, отсекаются 32 бита от начала сообщения, чтобы получить END отсекаются 16 бит от конца сообщения

Исполнительный модуль обеспечивает отказоустойчивое хранение данных Он представляет собой две подпрограммы, объединенные программным интерфейсом клиентскую программу для работы с объектными базами данных на основе технологий Java JDBC или Java JNDI и программу распределенного хранения данных с регулируемой избыточностью, основанную на представлении файла в виде (N,k)-n0p0TOB0ñ схемы, подробно рассмотренную во второй главе

Расчет производительности АСР производится с использованием метода контуров, где каждый автомат моделируется одноканальной системой М/М/1/оч Цепочка управления представлена связанным набором одноканальных приборов (Рис 6) На этом рисунке цифрой 1 обозначен супервизор, 2 слой групповых автоматов, 3 слой сервисных автоматов

i-W

м,

ш

3w Лг

Рис 6 - Контур управления Систему автоматного управления представляем системой линейных уравнений, каждое из которых соответствует контуру, начинающемуся с некоторого группового автомата и заканчивающееся на конечном автомате Использование формулы Литгла для каждого контура, позволяет получить оптимизационное уравнение вида

п=

-mm

(13)

Полученная теоретическая скорость потока управления для обычных сетевых операционных систем, со временем обслуживания прерывания не более 10 мке, составила порядка 40 Мбайт/с, что достаточно для локальных сетей до 1Гб/с

Расчет надежности автоматной системы резервирования, несмотря на ненадежность программного кода, производится по классической формуле для независимых событий, поскольку каждый конечный автомат представляет собой отдельный независимый объект

P„(0 = G(0 =

M

X + ]Ll

1+А е-&+м) t

и

(14)

Здесь G(t) функция готовности - вероятность работоспособного состояния ресурса в определенный момент времени Принимая допущение о независимости отказов в каждом из автоматов, вероятность безотказной работы системы выражается следующей формулой

П ТП _ с

(- Е (Я, О- I ' ^ V ^

П ЛМ) П /\(',г) = « г = 1 7 = 1 =е-(Д<)

где Я - интенсивность отказов, а - интенсивность восстановления, ( и Г •

время наработки и восстановления, - параметр формы, п - количество резервных аппаратных модулей, т- количество резервных программных модулей

В четвертой главе приводятся экспериментальные исследования эффективности и надежности системы для трех предприятий города Вологды На рисунке 7 представлена система резервирования в составе АСУП ЗАО «Вологдаобувь»

Для предприятия была построена ресурсно-сервисная модель и выделены ресурсы, подлежащие резервированию Построено дерево МДУ включающее основные и резервные сервисы, с необходимыми наборами ресурсов МДУ переведено в автоматный вид, и построены отказоустойчивые схемы для резервируемых ресурсов

Средняя скорость резервирования составила около 10 Мбайт/с Средняя скорость восстановления около 9 Мбайт/с Время задержки пользователя при входе/выходе из системы составило порядка 10 секунд Годовая экономия по сопровождению составила не менее 84 ООО рублей

Для уменьшения нагрузки на компьютеры в составе автоматной системы резервирования на предприятии ЗАО «ВЭТ-1», для хранения МДУ, была использована объектная база данных MS Active Directory Байт-код и данные модуля

управления были сохранены в ней в виде многовходового 1Л)АР дерева, что позволило делать запросы к групповым и сервисным автоматам непосредственно как к объектам базы данных, не восстанавливая полную иерархию автоматов в памяти компьютера и не производя дополнительную синхронизацию между супервизорами

На рисунке 8 показана автоматная система резервирования в составе АСУП «Навигация» предприятия ЗАО «ВЭТ-1»

Реализация автоматной системы позволила объединить в отказоустойчивую схему данные нескольких подсистем Скорость восстановления данных АСУП в гигабайтом сегменте среднего предприятия ЗАО «ВЭТ-1» составила 30 Мбайт/с, что обеспечивало восстановления любого из сервисов предприятия в этом сегменте за 10-12 секунд Коэффициент готовности для этого сегмента составил 0.999, что соизмеримо с надежностью кластерных систем При этом избыточность данных составила более 25% (для примера, в случае RAID систем требуемая избыточность 30%, а для кластерных систем до 50%) Годовая экономия по сопровождению АСУП «Навигация» при включении автоматной системы резервирования составила не менее 100 000 рублей в год

Для группы предприятий ООО «СЕНАКО» первоначально пришлось проводить разбиение на функциональные сектора Для каждого сектора была разработана своя ресурсно-сервисная модель В дальнейшем модель укрупнялась Для нескольких близких сервисов АСУП создавалась одна группа автоматов Это позволило решить проблему перекрытия данных Для сведения информации по резервированию АСУП использовалась объектная база данных Apache Directory Server В ней были размещены все групповые автоматы системы управления в виде многовходового LDAP дерева.

В ходе внедрения автоматной системы резервирования для предприятия ООО «СЕНАКО» была выработана новая стратегия резервирования - хранение данных АСУП на серверах глобальной сети Интернет Несмотря на небольшую скорость

передачи данных, такое резервирование экономически оправдано, поскольку емкость серверов Интернет практически не ограничена. Безопасность данных обеспечивается алгоритмом (N,k)-noporoBoft схемы и системой сертификатов Поскольку для сборки данных требуется не менее к ресурсов, разместив к-1 ресурс в сети Интернет, мы можем гарантировать невозможность восстановления этой информации вне офиса Расчет показывает, что при линейном росте данных АСУП, за два года, общий объем сохраняемой информации на серверах Интернет может составить около 10 Тбайт.

Коэффициент готовности для каждого функционального сегмента рассчитывался отдельно, поскольку он имеет смысл только в пределах этого сегмента Годовая экономия сопровождения автоматной системы резервирования для главного офиса компании составила не менее 200 ООО рублей в год Экономия от размещения документов на ресурсах Интернет около 20 ООО рублей в год

В процессе внедрения автоматной системы резервирования на предприятие ООО «СЕНАКО» было проанализировано коммерческое предложение фирмы «Хьюлетт-Пакард А О » по созданию системы резервирования данных с объемом хранением до 4 Тб Предложение содержало программный продукт HP OpenView DataProtector 6 0, набор плагинов для резервирования баз данных и оборудование с технологиями хранения данных DAS, NAS и SNA На рисунке 9 представлены результаты прогноза суммарных затрат при внедрении и использования предложений «Хьюлетт-Пакард А О » и автоматной системы резервирования (АСР) в течение ближайших десяти лет

/

20 40 60 SO 100 120 _«ремл наработки системы рс>ср«гф04<тил

1-— NAS —• — DAS —— АСР--SAN |

Рис. 9. Прогноз суммарных затрат для систем резервирования

По результатам прогноза, был сделан вывод что, автоматная система резервирования является наиболее перспективной технологией резервирования в течениу ближайших 7-ми лет

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1 Автоматная система резервирования представляет собой новое направление в технологии резервировании оперативных данных АСУП - событийные автоматные системы резервирования, сочетающие универсальность и малую стоимость сопровождение

2 Распределенной хранение данных на рабочих станциях локальной сети делает разработку экономически перспективной для предприятий любого типа (малого, среднего или крупного)

3 Автоматное управление позволило исключить человеческий фактор из процесса резервирования, перенеся контроль на автоматику Тем самым удалось разрешить одну из главных проблем систем резервирования - вопрос достоверности и актуальности данных

4 Полученная надежность АСУП, оснащенных автоматной системой резервирования соизмерима с надежностью сетей хранения данных (SAN) или надежностью кластерных систем, но накладные расходы, связанные с избыточностью разработанной системы значительно меньше

5. Автоматная система резервирования предполагает возможность сохранения данных в глобальной сети Интернет и это хранение можно сделать надежным, размещая в Интернет к-1 ресурс

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

В изданиях по перечню ВАК

1 Тетюшев А В Отказоустойчивая система резервирования с элементами параллельного управления на основе конечных автоматов // Системы управления и информационные технологии, 2007, N4(30), - с 51-56

В других изданиях

2 Тетюшев А В Информационный портал на базе существующих систем сетевого мониторинга и управления // Информационные технологии в образовании, технике и медицине Материалы международной конференции Россия - Волгоград, 2004 - С 277-282

3 Тетюшев А В, Суконщиков А А Интеллектуальные автономные агенты управления // Вузовская наука региону Материалы третей всероссийской научно-технической конференции - Вологда ВоГТУ, 2005 - С 266-268

4 Тетюшев А В , Суконщиков А А Математическая модель состояния системы с интеллектуальными автономными агентами II Вузовская наука региону Материалы третей всероссийской научно-технической конференции - Вологда ВоГТУ, 2005 - С 268-271

5 Тетюшев А В Управление информационными системами с виртуализацией // Всероссийская научно-практическая конференция Образование, наука, бизнес Особенности регионального развития и интеграции - Череповец ИМИТ, 2006-С 340-345

6 Тетюшев А В Отказоустойчивость или самовосстановление // Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования Материалы второй международной научно-технической конференции -Вологда ВоГТУ, 2006 - С 213-217

7 Тетюшев А В , Суконщиков А А Построение виртуальных отказоустойчивых систем Алгоритмы, методы и системы обработки данных //Сб научных статей / под ред С С Садыкова, Д Е Андрианова - М Горячая линия - Телеком, 2006 -С 138-143

8 Тетюшев А В Моделирование информационной адаптивной системы И Вузовская наука региону Материалы четвертой всероссийской научно-технической конференции - Вологда ВоГТУ, 2006 - С 289-292

9 Тетюшев А В Отказоустойчивые самовосстанавливающиеся информационные системы // Информационные технологи моделирования и управления № 1(35) - Воронеж ISSN 1813-9744, 2007 - С 120-126

10 Тетюшев AB Суконщиков А А Методика расчета системы хранения // Материалы четвертой Международной научно-технической конференции Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР и систем искусственного интеллекта (ИНФОС-2007) - Вологда ВОГТУ, 2007 - С 216-220

11 Тетюшев А В Система управления на основе конечных магазинных автоматов Н Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования Материалы третьей Международной научно-технической конференции - Вологда ВоГТУ, 2007 - С 214-217

К'

I ,

Подписано в печать 7 10 2008 Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Печать офсетная Бумага офисная Заказ №

Отпечатано РИО ВоГТУ, г Вологда, ул Ленина, 15

ВВЕДЕНИЕ.

Общие положения.

Актуальность работы.

Цели и задачи исследования.

Методы исследования.

Научная новизна.

Реализация и внедрение результатов.ю

Апробация работы и публикации.

Положения, выдвигаемые на защиту.и

Структура и объем работы.

1. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ ДАННЫХ АСУП.

1.1 Вычислительная система.

1.2 Надежность вычислительных систем.

1.3 Основные термины теории надежности, используемые в работе

1.4 Резервирование данных вычислительных систем АСУП как способ повышения надежности.

1.5 Техническое резервирование системы.

1.6 Программное резервирование.

1.7 Восстановление данных АСУП.

1.8 Классификация технологий резервирования.

1.9 Математическая модель надежности системы резервирования

1.10 Выводы.

2. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ.

2.1 Математическая модель зависимости экономических затрат на систему резервирования от наработки.

2.2 Апробация модели.

2.3 Ресурсно-сервисная модель АСУП.

2.4 Многовходовое дерево услуг.

2.5 Сохранение структуры МДУ и оперативных данных с использование (N,k) -пороговой схемы.

2.6 Автоматное управление системой резервирования данных АСУП

2.7 Методика построения автоматной системы резервирования.

2.8 Выводы.

3. АВТОМАТНАЯ СИСТЕМА РЕЗЕРВИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ КОНЕЧНЫХ АВТОМАТОВ.

3.1 Структура автоматной системы резервирования.

3.2 Автоматная система управления.

3.3 Расчет надежности автоматной системы резервирования.

3.4 Расчет производительности автоматной системы резервирования

3.5 Расчет производительности автоматической системы управления для класса операционных систем MS Windows.

3.6 Выводы.8о

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ.

4.1 Программное обеспечение автоматной системы резервирования

4.2 Автоматная система резервирования как подсистема АСУП малого предприятия ЗАО «Вологдаобувь».

4.3 Автоматная система резервирования как подсистема АСУП для ЗАО «ВЭТ-i».

4.4 Внедрение автоматной системы резервирования для группы компаний ООО «СЕНАКО».loo

4.5 Выводы.

Современные автоматизированные системы управления производством (далее по тексту АСУП) представляют собой сложнейшие системы, включающие технические средства, алгоритмы управления, методы и средства информационного и программного обеспечения. Надежность АСУП обеспечивает не только правильное технологическое функционирование, но и, что особенно важно, безопасность производства.

Теория надежности за свою более чем пятидесятилетнюю историю накопила большое количество полезных, проверенных на практике технических решений. Казалось бы, это может служить гарантией создания надежных вычислительных систем. Однако это не так. Проблема оценки надежности АСУП только усугубляется в последнее время.

Основная причина проблемы в том, что использование классической теории надежности для компьютерных комплексов АСУП неприемлемо. Это связано с бурным развитием информационных технологий и внедрением в производственные цепочки вычислительной техники. Современная компьютерная техника и программное обеспечение морально устаревают быстрее, чем перестают функционировать. Это приводит к тому, что инженеры вместо доработки уже созданных систем, разрабатывают новые, в которых не только не устраняют старые ошибки, но и создают дополнительные.

Ещё одна причина - это расширение функциональных возможностей оборудования и диапазона условий эксплуатации АСУП. Независимо от назначения, более современные системы управления включают больше возможностей для анализа, потому что используют более новые особенности оборудования или более глубокую статистику. Как следствие - программное обеспечение АСУП усложняется и укрупняется, что приводит к появлению ошибок. Согласно отчету National Cyber Security Partnership's Working Group [1], в каждой 1000 строк кода находится от одной до семи ошибок.

Нельзя не отметить стремление производителей АСУП с помощью вычислительных систем упростить процесс управления. Вычислительные системы позволяют заменить в производственном процессе часть высококвалифицированных специалистов на операторов с меньшей квалификацией, что в свою очередь приводит к дополнительным ошибкам.

Проблема надежности АСУП имеет особое значение из-за довольно большой значимости выполняемых ими функций и высокой цены отказов. Даже при довольно редких отказах ущерб, вызванный отключением системы управления или её неправильным срабатыванием, может превысить выгоду, получаемую в периоды её работоспособности.

Программное обеспечение как составная часть современных систем управления значительно влияет на надежность всей системы. Без его правильного функционирования вся система превращается в дорогую груду металла. Нарушение работоспособности программ часто приводит к не менее тяжелым последствиям, чем отказ оборудования. Но найти причину нарушений в этом случае бывает достаточно сложно.

Методы оценки и предотвращения сбоев программной составляющей аппаратно-программных комплексов стали разрабатываться сравнительно недавно. До сих пор теория надежности не имеет четких методик расчета надежности программного обеспечения, столь тщательно разработанных для оценки надежности технических средств. И одним из выходов из этой ситуации является резервирование программного обеспечения и особенно данных АСУП, поскольку даже небольшая их потеря в процессе управления подвергает производство серьезной опасности. Утраченные вычислительные ресурсы можно восстановить, а утраченные данные, при отсутствии грамотно спроектированной и внедренной системы резервирования, уже не подлежат восстановлению. По данным Gartner [2], среди компаний, пострадавших от катастроф и переживших крупную необратимую потерю корпоративных данных, 43% не смогли продолжить свою деятельность.

Общие положения

Теория надежности - общетехническая дисциплина, имеющая собственный предмет исследования, собственные методы и область применения. Первая классификация математических методов теории надежности была предпринята в известных работах А.Н. Колмогорова, Ю.К Беляева, А.Д Соловьева, Б. В. Гнеденко [3-4] .

Попытки использования классической теории надежности к вычислительным системам предпринимались неоднократно, начиная от создателя кибернетики Н. Винера и закачивая последними работами Г.Н. Черкасова и В.В. Липаева [5-6]. Из всего многообразия подходов к решению проблемы расчета надежности вычислительных систем отметим два важных направления.

Первый подход, предложенный В.А. Торгашевым [7], основан на представлении вычислительной системы конечными машинами с динамической архитектурой. При таком рассмотрении каждый объект вычислений представляется автоматом с конечным числом состояний. Надежность такой системы может быть рассчитана классическими методами теории надежности.

Второй метод основан на разделении вычислительной системы на аппаратно-программные составляющие, для которых надежность рассчитывается независимо, с последующим их объединением по схеме независимых событий [8]. Заметим, что аппаратно-программные составляющие могут быть разделены далее до самых элементарных модулей. На основе этих методов существует большое количество работ, объединяющих оба подхода в той или иной степени [9-12]. К большому сожалению, абсолютное большинство этих работ представляют собой только теоретическое исследование.

Актуальность работы

Широкое использование в АСУП вычислительной техники с изначально ненадежным программным кодом требуют дополнительных усилий по сохранению данных АСУП как самой значимой части вычислительной системы. Понимая эту проблему, разработчики программного обеспечения АСУП включают в свои разработки элементы резервирования данных, с возможностью «отката» на некоторую точку восстановления. Однако, как показали практические исследования [41-42], чтобы воспользоваться этими резервными данными, необходимо либо остановить производственный процесс, либо иметь достаточно большой временной резерв. Кроме этого, изначальная сложность АСУП приводит к тому, что одновременно существует несколько систем резервирования с взаимоисключающими требованиями к оборудованию и программному обеспечению. Стоит отметить, что поскольку системы резервирования сами содержат программное обеспечение, они так же требуют резервирования.

Особо стоит отметить проблему обеспечения актуальности и достоверности резервируемых данных. Современные системы резервирования перекладывают эту проблему на пользователя но, поскольку большинство пользователей не являются специалистами в области вычислительных систем, никогда нельзя быть уверенным, что восстанавливаемые данные достоверны и актуальны.

Скудность описание резервных данных приводит к неоправданно длительным задержкам при их поиске на устройствах хранения. Эта проблема особенно явно стала проявляться в последнее время, когда размеры данных АСУП стали измеряться гигабайтами.

Кроме этого совершенно не учитывается структурность и распределенность вычислительной системы АСУП.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена необходимостью создания практической отказоустойчивой системы резервирования, с широкими возможностями сохранения и описания данных.

Цели и задачи исследования

Целью исследования является разработка алгоритмических и программных средств автоматной системы резервирования оперативных данных АСУП. Для достижения поставленной цели следует решить следующие задачи:

1. Проанализировать методы и способы повышения надежности аппаратно-программных комплексов за счет резервирования. Осуществить анализ современных технологий резервирования.

2. Поскольку система резервирования не является основной задачей АСУП, следует оценить её экономическую целесообразность. Разработать модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных АСУП от времени наработки на отказ при изменении технологических параметров.

3. Разработать методику построения автоматной распределенной отказоустойчивой системы резервирования.

4. Разработать модель и алгоритм работы системы резервирования на основе программных автоматов.

5. На основе полученных результатов реализовать разработанные методы и алгоритмы в виде программ и провести аналитическое и экспериментальное исследование их эффективности и надежности.

Методы исследования

При выполнении работы были частично использованы методы конечных полей, теории конечных автоматов и теории надежности.

Для реализации системы резервирования в виде программы были использованы технологии языка программирования Java фирмы SUN[13]: технология J2EE (Java Enterprise Edition), сетевая архитектура CORBA (Common Object Request Broker Architecture), компоненты EJB (Enterprise JavaBeans), библиотеки: JDBC (Java Database Connectivity), JNI (Java Native Interface), JNDI (Java Naming and Directory Interface).

Научная новизна

Научная новизна разработанной системы резервирования заключается в следующем:

1. Предложена модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных АСУП от времени наработки до первого отказа.

2. Предложена методика построения событийной системы резервирования, обеспечивающей отказоустойчивое децентрализованное резервирование и восстановление данных.

3. Предложено многоуровневое описание объектов резервирования в виде многовходового дерева услуг (МДУ).

4. Реализовано размещение МДУ в виде многовходового LDAP дерева, с использованием стандартов х.500 в объектных базах данных.

5. Применен алгоритм (Ъ1,к)-пороговой схемы для построения сетевого отказоустойчивого хранилища данных с заданной избыточностью.

6. Предложен автоматный алгоритм управления системой резервирования на основе конечных автоматов, обеспечивающий прозрачный контроль целостности и актуальности резервируемых данных со стороны пользователя и не требующий дополнительного контроля со стороны администратора.

Практическая ценность результатов

Практическая значимость работы состоит в создании алгоритмических и программных средств управления событийной отказоустойчивой системой резервирования, обеспечивающей гарантийное восстановление данных в случае доступности определенного количества сетевых носителей.

Ценность автоматной системы резервирования определяется возможностью использования существующей сетевой инфраструктуры. Реализация методов и алгоритмов управления автоматной системой резервирования позволят использовать её как основу для создания и применения систем структурного программного резервирования АСУП.

Реализация и внедрение результатов

Практические результаты работы докладывались на второй и третьей международных научно-технических конференциях, проводимых 13-15 ноября 2006 г. и 10-12 декабря 2007 г. в городе Вологда и реализованы в специальном программном обеспечении системы резервирования для следующих предприятий города Вологды: ООО «Сенако», ЗАО «ВЭТ-1» и ЗАО «Вологдаобувь». Внедрения автоматной системы резервирования подтверждены актами.

Работа была выдвинута и победила в областном конкурсе на соискание государственного научного гранта для финансирования поддержки инновационных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ аспирантов.

Апробация работы и публикации

По материалам диссертационной работы и результатам исследования опубликовано одиннадцать печатных работ, в том числе одна статья в журнале, рекомендованном ВАК; десять публикаций в сборниках материалов конференций международного и российского уровня, в том числе восемь без соавторов.

Основные положения, материалы и результаты работы были опубликованы в научно-технических журналах [16-26] "Системы управления и информационные технологии" (Воронеж 2007 г.), «Информационные технологии моделирования и управления» (Воронеж 2007 г.). Результаты исследований представлялись и были одобрены на второй и третьей международной научно-технической конференциях «Автоматизация машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда 2006 и 2007 гг.), международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград 2004 г.), четвертой международной конференции «Информатизация процессов ИНФОС-2007» (Вологда 2007 г.), всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, бизнес (Череповец 2006 г.), третьей всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Вологда 2006 г.).

Положения, выдвигаемые на защиту

На защиту выдвигаются следующие положения:

1 Модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных АСУП от времени наработки системы на отказ. Её применение при анализе существующих технологий резервирования.

2 Методика построения событийной отказоустойчивой автоматной системы резервирования данных АСУП.

3 Применение (ТЧ,к)-пороговой схемы для построения сетевого отказоустойчивого хранилища данных с заданной избыточностью.

4 Автоматная модель и градиентный алгоритм управления системой резервированием на основе конечных автоматов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Работа изложена на 120 листе, содержит список литературы из 104 наименований, 21 рисунок, 11 таблиц и 3 приложения.

4.5 Выводы

1. Использование универсальной платформы Java позволило сделать разработку кросс-платформенной.

2. Автоматное управление позволило исключить человеческий фактор из процесса резервирования и переложить проблему актуальности и достоверности данных на автоматику.

4. В соответствии с поставленными задачами достигнуты следующие результаты:

- для малого предприятия ЗАО «Вологдаобувь» достигнута значительная экономия на уровне оборудования, поскольку автоматная система резервирования позволяет использовать имеющиеся свободные ресурсы компьютеров. Избыточность данных может регулироваться, что позволяет выбрать оптимальное соотношение между надежностью и производительностью;

- для среднего предприятия ЗАО «ВЭТ-1» достигнута высокая надежность хранения данных и скорость их восстановления. Полученный коэффициент готовности серверного сегмента составил 0.999 в год, что соизмеримо с надежностью кластерных систем;

- полученная в процессе эксплуатации избыточность ресурсов составляет не более 25%, что в два раза меньше, чем при использовании кластерных технологий; для крупного предприятия ООО «СЕНАКО», имеющего постоянное выделенное подключение к глобальной сети Интернет, автоматная система резервирования может предложить уникальный сервис — защищенное хранение данных на серверах Интернет. 5. К практическим недостаткам разработки автоматной системы резервирования можно отнести повышенную нагрузку на оборудование, связанную с работой виртуальной машины JAVA, но для современных систем она уже невелика, а в будущем будет совсем незначительна.

6. Дополнительно на сегодняшний день существует проблема очистки сетевых носителей от кусков устаревших данных. Автоматная система резервирования использует механизм полной очистки сетевого носителя при событии доступности носителя, но невозможности дополнительной записи. Механизм очистки носителя следующий:

1. После получения события об отказе на запись, ресурсный автомат генерирует сообщение на супервизора.

2. Групповой автомат, в описании которого имеется этот носитель, транслирует сообщение на группу сервисных автоматов с командой удаления информации с носителя.

3. Сервисный автомат корректирует команду, проверяя доступность сетевого носителя.

4. Если он доступен, то следующей командой сервисного автомата будет удаления всей информации, и процесс управления будет закончен.

5. Если носитель недоступен, сервисный автомат удалит его из списка доступных носителей.

Данный метод удаления не является оптимальным и требует дальнейшей проработки.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная система резервирования относится к классу событийных систем резервирования, сочетающих высокую надежность сохранения данных и малую стоимость владения. Повышенная надежность обеспечивается отсутствием человеческого фактора и децентрализованной дублированной работой модулей управления на нескольких компьютерах.

В процессе внедрения автоматной системы резервирования на предприятие ООО «СЕНАКО» было проанализировано коммерческое предложение фирмы «Хьюлетт-Пакард А.О.» по созданию системы резервирования данных с объемом хранением до 4 Тб. Предложение содержало программный продукт HP OpenView DataPropector 6.0, набор плагинов для резервирования баз данных и оборудование с технологиями хранения данных DAS, NAS и SNA. На рисунке 5.1 представлены результаты прогноза суммарных затрат при внедрении и использования предложений «Хьюлетт-Пакард А.О.» и автоматной системы резервирования в течение ближайших десяти лет.

300 ООО

DAS

200 ООО -1

100 ООО о о

20 40 60 SO 100

120

NAS--DAS — АСР-

SAN

Рис. 5.1 - прогноз суммарных затрат для систем резервирования

На основании рисунка 5.1 можно сделать следующие выводы:

1. Технология DAS оптимальна для хранения на небольшом промежутке времени (порядка 2-х лет). После этого система устаревает и после 5-ти лет становится непомерно дорогой в использовании, поскольку требуется замена подвижных механизмов и полная смена носителей.

2. Использование технологии NAS в виде файлового сервера с RAID массивом оптимально на протяжении пяти лет. По окончании этого срока сетевая составляющая NAS перестает справляться с объемом данных. Сетевое ограничение NAS приводит к дополнительным затратам на размещение данных, и процесс резервирования начинает выходить за отведенные временные нормативы.

3. Технология SAN оптимальна для длительного использования, несмотря на значительную первоначальную стоимость. Единственным ограничением можно признать отсутствие единых стандартов, которое может привести к тому, что в будущем система резервирования не будет поддерживаться производителем.

3. Технология автоматного резервирования успешно справляется с задачами резервирования на протяжении десяти лет, уступая только SAN.

Рост суммарной стоимости автоматной системы резервирования связан с проблемой удаления устаревших кусков данных. В процессе работы системы резервирования существует вероятность, что часть данных не будет зарезервировано. В этом случае система выполнит следующий цикл управления, но скопированные куски останутся на удаленных носителях. Со временем их станет настолько много что это скажется на весь процесс резервирования.

Для решения этой проблемы используется алгоритм полной очистки удаленного носителя. При появлении события о невозможности записать данные на один из удаленных носителей, система резервирования пытается изменить права доступа к ресурсу. Если эта операция проходит успешно значит носитель переполнен и необходимо произвести его очистку. Для этого удаленный ресурс выводят из системы резервирования, форматируют и возвращают обратно. Данный алгоритм не является эффективным и требует дальнейшего рассмотрения.

1. Всемирная организация по безопасности National Cyber Security ■ Partnership's Working Group 2008 - Режим доступа: http://www. cyberpartnership. org/index. html

2. Информационно-аналитическое агентство Gartner Режим доступа: http.Y/www.gartner. com/index, htm

3. Гнеденко Б.В. Математические методы в теории надежности /Ю.К.Беляев, А.Д.Соловьев М.: Наука 1965. - с. 54

4. Колмогоров А.Н. Автоматы и жизнь / Техника молодежи №10-М:.1961 с. 18

5. Черкасов Г.Н. Надежность аппаратно программных комплексов: учебное пособие /Т.Н. Черкасов - СПБ.: Питер 2005 - с. 64

6. Липаев В.В. Надежность программных средств М.:СИНТЕГ 1988-с. 30

7. Игнатьев М. Б. Рекурсивные вычислительные машины / М.Б. Игнатьев, В. А. Мясников, В. А. Торгашев Препринт №12. ИТМ и ВТ АН СССР, 1977

8. Воеводин В.В. Параллельные вычисления. / В.В. Воеводин, Вл. В. Воеводин СПБ.: БХВ-Петербург. 2002 - с. 608

9. Ладыгин И.И. Исследование надежности вычислительных систем. Описание лабораторных работ по курсу «Основы теории надежности» / Ладыгин И.И., Калинина Г.А. — М.: Издательство МЭИ, 1999 с. 32

10. Кораблев А.Н. Лекции по теории надежности вычислительных систем Режим доступа: http://www.prostoev.net/article.php?storyid=87

11. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем.-М.:Мир, 1981 с. 550-576

12. Абросимов Л.И. Основные положения теории производительности вычислительных сетей. / Вестник МЭИ, № 4, МЭИ, М.: 2004-с. 70-75

13. SUN Microsystems Язык программирования и технологии Java ЕЕ фирмы Sun Microsystems Режим доступа: java.sun.com

14. Тетюшев A.B. Отказоустойчивая система резервирования с элементами параллельного управления на основе конечных автоматов. / Системы управления и информационные технологии, 2007, N4(30), с. 51-56-Журнал ВАК.

15. Тетюшев A.B. Информационный портал на базе существующих систем сетевого мониторинга и управления. / Информационные технологии в образовании, технике и медицине Материалы международной конференции Россия Волгоград, 2004. - с. 277-282.

16. Тетюшев A.B., Суконщиков A.A. Интеллектуальные автономные агенты управления. / Вузовская наука региону: Материалы третей всероссийской научно-технической конференции Вологда: ВоГТУ, 2005.- с. 266-268.

17. Тетюшев A.B., Суконщиков A.A. Математическая модель состояния системы с интеллектуальными автономными агентами. / Вузовская наука региону: Материалы третей всероссийской научно-технической конференции Вологда: ВоГТУ, 2005.- с. 268-271.

18. Тетюшев A.B. Управление информационными системами с виртуализацией. / Всероссийская научно-практическая конференция. Образование, наука, бизнес. Особенности регионального развития и интеграции.Череповец:ИМИТ,2006 с. 340-345.

19. Тетюшев A.B., Суконщиков A.A. Построение виртуальных отказоустойчивых систем Алгоритмы, методы и системы обработки данных /Сб. научных статей под ред. С.С. Садыкова, Д.Е. Андрианова -М.: Горячая линия Телеком, 2006 - с. 138-143.

20. Тетюшев A.B. Моделирование информационной адаптивной системы. / Вузовская наука региону. Материалы четвертой всероссийской научно-технической конференции — Вологда: ВоГТУ, 2006 с. 289-292.

21. Тетюшев A.B. Отказоустойчивые самовосстанавливающиеся информационные системы / Информационные технологии моделирования и управления № 1(35)- Воронеж: ISSN 1813-9744, 2007 -с.120-126.

22. Тетюшев A.B. Система управления на основе конечных магазинных автоматов / Материалы третьей Международной научно-технической конференции Вологда: ВоГТУ 2007 - с. 214-217.

23. Суперкомпьютерная программа «СКИФ» Союзного государства Режим доступа: http://skif.pereslavl.ru/skif

24. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения. — М.: Изд-во стандартов, 1984 — с. 18

25. Абросимов Л.И. Основные положения теории производительности вычислительных сетей. / Вестник МЭИ, № 4 -Издательство МЭИ, М.: 2001 с.70-75

26. Mysa J. A theory of software reliability and its application. / IEEE Trans. On software Eng., vol. SE-1, sept. 1975 — c. 312-327

27. Кузнецов B.B Прямая и обратная задачи надёжности сложных программных комплексов / Кузнецов В.В, Смагин В.А. // журнал Надёжность и контроль качества. № 10. 1997 с. 56-62 •

28. Смагин В.А. Техническая синергетика. / Вероятностные модели сложных систем. Санкт-Петербург, 2004 - 47-56 с.

29. Хедли Дж. Анализ систем управления запасами./ Хедли Дж., Уайтин Т. М.: Наука, 1969. - с. 512

30. Ф. Дж. Мак-Вилъямс Теория кодов исправляющих ошибки / Ф. Дж. Мак-Вильямс, Дж. А. Слоэн Москва:. Связь 1979 -с. 23

31. Международный союз по телекоммуникациям Режим доступа: http://www.itu.int

32. Международная организация по стандартизации Режим доступа: http://www.iso.org

33. Вернер М. Основы кодирования Москва:. Техносфера 2004 - с.

34. Батовский B.K. Архитектура предприятия и сервисный подход / В.К. Батовский Е.З. Зиндер Режим доступа: http://www.management.com.ua/ims/imsl24.html

35. Колпаков И.В. Опыт создания СУ на примере разработки системы управления учетно-операционной системой банка России / материалы конференции Развитие банковского дела в Омском регионе: история и современность 2005 с. 33-35

36. Система мониторинга инфраструктуры Автоматизированной информационной системы бюджетного процесса. Режим доступа: http://www.e-commerce.ru/news/2008/03/05/newsl4275.html

37. Никишин A.B. Сервисная модель организации систем IT-безопасности еще один способ защиты от спама. - Режим доступа: http://www.spamtest.m/document.html?context=l 5932&pubid=:l 99951292

38. Воройский Ф.С. Новый систематизированный толковый словарь, гл. № 2.2 ГПНТБ. Режим доступа: http://www.gpntb.ru/win/doc.

39. Острейковский В.А. Теория надежности Высшая школа, ISBN 5-06-004053-4, 2003 - с. 12-23

40. Синопалъников В.А. Надежность и диагностика технологических систем / В.А. Синопальников, С.Н. Григорьев Москва:. Техносфера 2005 - с. 8-23

41. Яркина Т.В. Основы экономики предприятия. Режим доступа: http://www.aup.ru/books/m64/3l.htm.

42. Панкин В.Е. Менеджмент организации. /Учебное пособие для подготовки к итоговому междисциплинарному экзамену профессиональной подготовки менеджера. Режим доступа: http://www.aup.ru/books/m98/7 10.htm.

43. Хетегуров Я.А. Надежность автоматизированных систем управления М.: Наука 1979 - с. 223-225

44. Беляев Ю.К. Надежность технических систем /под редакцией И. А. Ушакова Москва «Радио и связь» 1965 — с. 143

45. Глазунов JI.I1. Основы теории надежности автоматических систем управления. М.: Наука 1984 — с. 64

46. Есин А. В. Корпоративные сетевые хранилища данных. Режим доступа: http ://www.bestreferat.ru/referat-9393 6.html

47. Долгих Э.М. Технология хранения сетевой эпохи. Режим доступа: http://www.citforum.ru/hardware/pc/tehnology.shtml

48. Семенов Ю.А Телекоммуникационные технологии. Режим доступа: http://www.opennet.ru/docs/RUS/inet book/inet book-net.html.gz

49. Колесников С.В. SAS, NAS или SAN: выбор правильной технологии хранения данных для организации. Режим доступа: http://www.ci.ru/inform01 05/р 10.htm

50. StatSoft Реализация хранилищ данных. Режим доступа: http://www.spc-consulting.ru/solution/database3.htm

51. Jerome Wendt SAN, NAS, ILM, SAS — Your Boss Doesn't Care / Computerworld (US) 06 July, 2007.

52. LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/LDAP

53. Серия стандартов х.500 Режим доступа: http://ru.wikipedia.Org/wiki/X.500

54. A. Shamir. How to share a secret. Communications of the ACM / vol. 24. 1979. —pp. 612-613.

55. G. Blakley. Safeguarding cryptographic keys. Proceeding of AFIPS / vol. 48. 1979. — pp. 313 - 317.

56. Б. Ван дер Варден. Алгебра. — М.: Наука. 1979 -с. 648

57. Малашонок Г.И. Параллельные алгоритмы компьютерной алгебры/ Малашонок Г.И. , Аветисян А.И., Валеев Ю.Д., Зуев М.С. -Режим доступа: http://www.citforum.ru/programming/theory/algebra

58. Митра Р. Вычислительные методы в электродинамике Мир.: 1977 - с. 331

59. Карпов Ю.Г. Теория конечных автоматов Питер 2003 - с. 120

60. Transaction Processing Performance Council Совет по обработке транзакций - Режим доступа: http://www.tpc.org/tpcc/results/tpcc perf results.asp

61. Вентцелъ Е.С. Исследование операций задачи, принципы, методология / Е.С. Венцель — М.: Наука 1988 - с. 134

62. Шалыто А. А. Программная реализация управляющих автоматов /Судостроительная промышленность. Серия «Автоматика и телемеханика». 1991. Вып. 13, с. 41- 42

63. Туккель Н.И. SWITCH-технология автоматный подход к созданию программного обеспечения «реактивных» систем / Программирование. 2001. № 5, - с. 45-62

64. Шалыто А. А. Switch-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления. СПб.: Наука. 1998. -с. 12

65. Шалыто А. А. Алгоритмизация и программирование для систем логического управления и «реактивных» систем / Автоматика и телемеханика, 2001, № 1 с. 30-39

66. Шалыто А. А. Использование граф-схем и графов переходов при программной реализации алгоритмов логического управления. II / Автоматика и телемеханика. 1996, № 7 с. 144-169

67. Непейвода H. Н. Стили и методы программирования. М.: Интернет-Университет Информационных технологий. 2005 с. 76

68. Кретинин А. В. Ракеты. Автоматы. Нейронные сети / Кретинин А. В., Солдатов Д. В., Шалыто А. А., Шостак А. В. / Нейрокомпьютеры: разработка и применение. 2005, № 5 с. 50-59

69. Девид Г. Порядковые статистики М.:Наука 1979 - с. 238

70. Кузнецов В.И. Надежность и эффективность в технике / Справ. Ют. Т. 10. / Справочные данные по условиям эксплуатации и характеристикам надежности/ под ред. Кузнецова В.И. М.: Машиностроение 1990 —с. 330

71. Бердичевский Б.Е. Неразрушающий контроль элементов и узлов радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Сов. Радио 1976 — с. 290

72. Липаев В.В. Качество программного обеспечения М.: Финансы и статистика 1993 — с. 262

73. Ллойд Д. Надежность//Ллойд Д., Липов М. М.: Сов. Радио 1964 - с. 686

74. Черкасов Г.Н. Основы теории надежности АСУ / Учеб. пособие -ЛПИ-JI.:1975 с. 220

75. Ушаков И.А. Надежность технических систем: Справочник / под ред. И.А. Ушакова — М.: Радио и связь 1985 — с. 606

76. Половко A.M. Основы теории надежности М.: Наука 1964 - с.446

77. Максимов ЮД. Вероятностные разделы математики СПБ.: Иван Федоров, 2001 - с. 88

78. Северцев Н. А. Надежность сложных систем в эксплуатации и обработке -М.: Высш. Школа 1989 с. 432

79. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания М.:Физматлит 1963 - с.236

80. Taxa X.A. Введение в исследование операции Вильяме, 2007 -с. 604

81. Непейвода H.H. Стили и методы программирования (Лекция 9 — автоматное программирование) Режим доступа: http://www.intuit.rU/department/se/progstyles/9/

82. Гамма Э. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования./ Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влассидес Дж. СПб.: Питер, 2001 -с. 233

83. Лазарев В. Г. Синтез управляющих автоматов./ Лазарев В. Г., Пийль Е. И. М.: Энергоиздат, 1989 - с. 127

84. Трахтенброт Б. А. Конечные автоматы. Поведение и синтез./ Трахтенброт Б. А., Бардзинь Я. M. М.: Наука, 1970. - с. 23

85. Варшавский В. И. Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах / В. И. Варшавский, Л. Я. Розенблюм, Б. С. Цирлин и др.- М.: Наука, 1986 -с. 308

86. Якубайтис. Э. А. Логические автоматы и микромодули. Рига: Зннатне, 1975. - с. 293

87. Уткин А. А. Анализ логических сетей и техника булевых вычислений. Минск: Наука и техника, 1979. - с. 54

88. Яковлев Ю. А. Программируемые автоматы Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 1981, № 11 - с. 381

89. Михайлов Г. И. Автоматная система взаимосвязанных графов с простейшими связками / Автоматика и телемеханика. 1980, № 5- с. 48

90. Гихман И.И. Введение в теорию случайных процессов (второе издание)/ Гихман И.И., Скороход A.B. М.: Наука 1977 - с. 139

91. Вентцелъ Е.С. Исследование операций задачи, принципы, методология - Дрофа, 2004 г. - с. 51

92. Тиммерман М. Расширения реального времени для Windows NT: оценка / Тиммерман М., Барт В., Лорент У. Мир компьютерной автоматизации № 3 2000г. - Режим доступа: http://www.mka.ru/?p=41325

93. Открытая среда для разработки кросс-платформенных приложений Eclipse Режим доступа: www.eclipse.org

94. D. Kuhn Oracle RMAN Pocket Reference/ D. Kuhn, S. Schulze. O'Reilly & Associates. November 2001. ISBN 0-596-00233-5 pp. 21

95. Смагин В.А. Физический принцип надежности. Обратная задача.- АВТ 1975 №5 с. 22-28

96. Председатель комиссии I/Игнашев А.И./

97. Члены комиссии /Малкова Т.П./7Шатунов А.Н./

98. Исполнитель: Абрсзнн Алексей Валерьевич

99. Закрытое акционерное общество1. УТВЕРЖДАЮ"

100. Генеральный директор ЗЛО «ВЭТ-11. А.В. Слекшпин160034, г. Вологда, ул. Ленинградская, 97 тел. (8172)51-13-241. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов кандидатской диссертационной работы Тегюшева Александра Викторовичаг. Вологда15» февраля 2008г.

101. Процесс внедрения проходил с 14 декабря 2007г. по 14 февраля 2008г.

102. В ходе эксплуатации программного обеспечения подтверждено, что оно обладает всеми заявленными возможностями и позволяет проводить быстрое резервирование/восстановление актуальных данных.

103. Баз данных 1С:Предприятие 7.7 и 1С:Бухгалтерия 8.0

104. Информационно-справочной системы jSpravka.

105. Промышленной базы данных Oracle 10g.

106. Никифоров И.Е. Смирнова С.Ю.