автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Формирование надежной программно-информационной среды распределенных систем обработки и хранения данных

На правах рукописи

Золотарев Вячеслав Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ НАДЕЖНОЙ ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск - 2005

Работа выполнена в Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева», г. Красноярск

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Антамошкин Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сугак Евгений Викторович доктор технических наук, профессор Доррер Георгий Алексеевич

Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский институт информационных технологий и телекоммуникаций «Информика» (г. Москва)

Защита состоится 8 декабря 2005 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.249.02 при Сибирском государственном аэрокосмическом университете им. ак. М.Ф. Решетнева по адресу: 660014, г. Красноярск, пр. им. газ. "Красноярский рабочий", 31

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СибГАУ

Автореферат разослан _2. ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.В. Ковалев

Общая характеристика работы

Актуальность работы определяется бурным развитием средств обработки и хранения данных, их взаимной интеграцией в рамках сетей передачи информации. Появляется тенденция предпочтения распределенных систем локализованным, причем все большее значение приобретают глобально распределенные гетерогенные системы, состоящие из большого количества компонентов разных производителей. Современные технологии проектирования и анализа нуждаются в общих принципах разработки, основанных на международных стандартах.

Текущий момент, как считают авторы многих трудов по моделированию и анализу распределенных систем, характеризуется повышенным спросом на методы, обеспечивающие разработку, проектирование и поддержку в эксплуатации надежного программно-информационного обеспечения реализуемых аппаратных кластерных решений.

Для анализа и синтеза глобальных программно-информационных сред существенным моментом является компьютерная поддержка принимаемых решений по конфигурации системы, выбору оптимальных характеристик и прогнозу качественных и количественных показателей функционирования. Эффективное формирование осуществляется с помощью методов, реализующих многоатрибутивную поддержку принятия решений.

Параметры программно-информационного обеспечения, особенно глобально распределенного, не могут в общем случае быть фиксированными значениями, не зависящими от внешних и внутренних по отношению к системе обработки и хранения данных факторов. Чаще применяются приближенные значения исследуемого параметра, распределение вероятности принадлежности его заданным интервалам. Это приводит к неоднозначности определения оптимального варианта конфигурации, что, в свою очередь, осложняет анализ и синтез компонентно-ориентированной распределенной системы. Допуская неокончательное определение деструктивного фактора и неполную информацию о внутренних связях, методики прогноза и анализа систем вкупе с компьютерной поддержкой принятия решений позволяют формировать оптимальные, или, в ряде случаев, субоптимальные конфигурации надежных программно-информационных сред, если допускается подобное решение задачи.

Вместе с тем для подобных систем, кроме технического обеспечения, разрабатываемого специалистами на основе стандартов и нормативов, как правило, требуется и модельно-алгоритмическое обеспечение. Непосредственно процесс его получения и обоснования, а также проверка практической применимости и оптимальности по выбранным критериям становится актуальной научно-технической задачей.

Цель диссертационной работы состоит в разработке модельно-

алгоритмического и программного обеспечения для повышения эффективности

принятия решений при формировании надежного программно-

информационного обеспечения для режима пиковых нагрузок .распределенных

систем обработки и хранения данных. рос- НАЦИОНАЛЬНА}

БИБЛИОТЕКА >

з сг . - . *

С.(1тд№рГ|

09 «¿И

Объектом исследования является распределенная система обработки и хранения информации с кластерной структурой.

Сформулированная цель предопределила следующую совокупность решаемых задач:

- выявить специфику функционирования систем, обеспечивающих надежность распределенного хранения информации, определить требования к подобным системам;

- обосновать этапы анализа структуры распределенной системы обработки и хранения данных;

- определить и систематизировать деструктивные факторы, оказывающие влияние на изменение информации, получаемой системой из внешней среды;

- исследовать методы моделирования надежности при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации;

- разработать трехуровневую математическую модель распределенной системы, основанную на закономерностях распределения Парето и позволяющую рассчитывать параметры структурных элементов;

- разработать на основе математической модели методику формирования надежной программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных;

- провести апробацию метода на реальных практических задачах. Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовался аппарат системного анализа, теории оптимизации, теории вероятностей и математической статистки, теории надежности технических систем.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем.

1. Предложена классификация существующих моделей надежности и методов надежного проектирования программного обеспечения, определяющая их области эффективного применения для оптимального выбора модельного обеспечения при решении задач формирования надежного программного обеспечения.

2. Модифицированы для расчета надежности в периоды пиковых нагрузок математические модели взаимодействия элементов программного обеспечения и распределения нагрузки информационных систем.

3. Предложены и обоснованы алгоритмы расчета критериев надежности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации.

4. Разработана методика определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного модельно-алгоритмического и программного обеспечения, решающая задачу эффективного выбора конфигурации программно-информационной среды, функционирующей в режиме пиковых нагрузок.

Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки методов и алгоритмов эффективного формирования надежных программно-информационных сред распределенных систем обработки и хранения информации.

Практическая значимость. Полученные в диссертационной работе результаты моделирования программного обеспечения, в совокупности с разработанной методикой формирования программно-информационной среды позволяют специалистам, проектирующим распределенные системы обработки и хранения данных, осуществлять выбор оптимальной структуры программно-информационной среды.

Реализация результатов работы. На основе разработанного модельно-алгоритмического обеспечения создана программная система поддержки принятия решений и формирования оптимальной кластерной структуры распределенной многофункциональной системы.

Предложенная в диссертационной работе программная система применяется при создании системы дистанционного образования в Сибирском государственном аэрокосмическом университете.

Методика и программное обеспечение, разработанные в диссертационной работе, используются в учебном процессе при проведении занятий по курсу «Теория систем и системный анализ» в Сибирском государственном аэрокосмическом университете, в специальных курсах «Общая теория систем» и «Введение в специальность» в Норильском индустриальном институте.

Основные защищаемые положения:

1. Классификация существующих моделей надежности и методов надежного проектирования позволяет оптимизировать процесс расчета надежности программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных.

2. Модифицированные способы расчета надежности в период пиковых нагрузок при формировании программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных учитывают корректирующее влияние внешнего фактора на процесс расчета надежности.

3. Алгоритмы расчета критериев надежности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв, позволяют сформулировать практические рекомендации по проектированию программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации.

4. Методика определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного автором модельно-алгоритмического и программного обеспечения реализует выбор оптимальной конфигурации программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации, функционирующей в режиме пиковых нагрузок.

Публикации По теме диссертации опубликовано 10 работ общим объемом 2,7 печатных листа.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях «Ре-шетневские чтения» (2002, 2004, 2005 гг.), конференции «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск (2004 г.), конкурсе технических проектов SAASTA YSWC'05, Pretoria, South Africa (2005 г.), международной конференции «Компьютерное моделирование-2005», г. Санкт-Петербург (2005 г.), международной конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика», г. Красноярск (2005 г.), семинаре кафедры системотехники Сибирского государственного технологического университета (2005 г.).

Структура и объем работы. Диссертация содержит 122 страницы основного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований, 31 рисунка и 14 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели исследования, указаны методологические основания работы, рассмотрены вопросы ее научной новизны и практической значимости, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит основные принципы расчета надежных систем, порядок их разработки, способы моделирования надежности, методы проектирования и оценки.

Использование программного обеспечения как основы функционирования большинства современных систем хранения и обработки данных делает одной из критичных по значимости проблему обеспечения его надежности. Несмотря на большой опыт изучения надежности информационных систем, накопленный за последние полвека, и достаточно обширные исследования как современных российских, так и зарубежных авторов, существует ряд сложностей, затрудняющих ее решение. Основное влияние на возникновение этих сложностей имеет развитие глобального информационного сообщества, предполагающее передачу информации на географически, логически или физически разделенные носители. Кроме того, значительную часть жизненного цикла современные системы проводят в режиме пиковых нагрузок.

Если систему представить как множество элементов S{n,N-n}, при этом, если п, - отдельный блок, подсистема или компонент, а общее количество компонентов - N, г {\. N},а резерв - N-n, то общая надежность системы R(S) будет выражаться следующим соотношением:

R(S) = f\R(n,)

Li

?

Или, через вероятность отказа компонентов, вычисляемую при известном распределении случайной величины, моделирующей отказ, или по статистическим данным:

В разделе рассмотрены основные математические модели возникновения отказов, общая схема потери работоспособности элемента. Особенности этих

моделей могут быть отражены следующей классификацией, позволяющей эффективно и с наибольшей экономией временных и человеческих ресурсов решать задачу выбора модельно-алгоритмического обеспечения создания надежного программного обеспечения.

Далее перечислены модели отказов, применимые для описания и прогноза вероятностных процессов в режиме пиковых нагрузок при исследовании характеристик программно-информационной среды:

Таблица 1.1 Модели отказов программного обеспечения

Модель Прогнозируемое количество отказов Прогнозируемое количество отказов за единицу времени Описание

Экспоненциальная m(/) = aO-e-h') а > 0. b > 0 Ml) = abehl Отказы программного обеспечения появляются с постоянной частотой в определенное время тестирования

Модифицированная экспоненциальная «(0 = e¿A(l-e"*> /-i а > 0,0 < Ъг < 6, < 1, ¿Л=1.0<Л<1 /н l=i Сложность определения отказа программного обеспечения заранее определена

Модель с учетом задержки выполнения при отказе m{t)~ о(1-(1+Л0О а > 0, b > 0 h(t) = ab2le " Процесс определения отказа разбит на две части: процесс определения отказа и процесс изоляции от каза

Модель учета влияния внешнего фактора mW= Le- а > 0, b> 0, с>0 ,,ч аЬО+ф-"' Возникновение отказа моделируется с учетом взаимосвязи между обнаруженными отказами

Зависимая о г качества тестирования модель надежности m(t) = а( 1-е"'"1"), W (t) а{) - e4*~) a>0,0<r<l,a>0,ß>0, т>0 h{l) - arafimx xt,„~ se-rww Предполагается зависимое от времени поведение между качеством тестирования и параметрической областью обнаруженных отказов.

Зависимая от области тестирования модель надежности m(t) = а(1--— (ие'ы - и-Ь -be"')) т^ле"- v-b -e'") Предполагается существование тестовой области с установленными функциями, влияющей на выполняемые тесты

Логарифмическая модель роста области о 1казов /»(/) =-In(6ft+ 1) 9 Ь>0,9>0 h0). b (b9t + 1) При измеренном времени тестирования на основе процессорного времени предпола! ается экспоненциальный рост параметрической области отказов

Здесь а - ожидаемое количество ошибок программного обеспечения; Ь -параметр, отображающий частоту появления ошибок; с - параметр, отражающий влияние персонала на тестирование; а,Дт - параметры, определяющие функцию усиления тестирования Яг(/); V- параметр роста надежности в тестовой области; в - параметр, определяющий появление ошибок в области резервирования.

Кроме того, модели классифицированы по применимости:

- гомогенные модели (для компонентов и подсистем, имеющих однородную структуру);

- гетерогенные модели (для компонентов и подсистем с разнородной структурой).

По виду:

- математические модели (базирующиеся на математической или алгоритмической зависимости между входными и выходными характеристиками);

- имитирующие модели (основой таких моделей является имитация свойств объекта и его функций);

- функциональные модели (отражающие отдельные функции объекта).

Также дополнительно модели классифицируются по области исследований:

- модели, применимые к системе в целом;

- модели, применимые к системе как совокупности объектов, с дополнительным учетом интегрирующей функции;

- модели, применимые к отдельным подсистемам, элементам, блокам;

- модели взаимодействия компонентов и отдельных процессов.

Методы прогнозирования состояния элементов и систем, основанные на изучении происходящих в них процессов, способны значительно уменьшить влияние случайных (нерегулируемых, неконтролируемых и непредсказуемых) факторов. Однако для оценки надежности элементов по данным о приближении к отказам необходимо составить модели процессов, происходящих в элементах и приводящих к их отказам (модели отказов), которые, как правило, имеют вероятностный характер.

При этом для прогнозирования может быть использована следующая схема (рисунок 1), базирующаяся на модели системы.

Расчет проводится на основе известных характеристик объекта, числовых критериев, показателей, сводимых к числовым. Основой, если определен набор [={ 1 / т} задач программного обеспечения, становится зависимость выходных характеристик программного обеспечения - критериев выполнимости задачи У„ определяемых исследователем, от его входных параметров -характеристик назначенного для выполнения конкретной задачи компонента, блока или подсистемы X,:

у, = ах,),

Здесь /(X) - функция, рассчитывающая числовые значения исследуемой характеристики компонента (к примеру, вероятность отказа).

Рисунок 1 - Прогноз сбоев системы

Кроме того, если представить критерий У, принимающим значения для каждого конкретного компонента, блока, подсистемы: ¡0,Г(Х,)<е

' \\ЛХ,)>Б'

Где е - порог значений функции, определяющий заданный исследователем уровень той или иной характеристики конкретного компонента, значение {(Хп)>е назовем пороговым, а критерий У0 - критерием выполнимости задачи компонентом Х0.

Для программного обеспечения применяются следующие методы надежного проектирования с использованием резервирования:

- мультиверсионное программирование;

- использование систем с приемочным тестом;

- комбинированный.

Все методы поддерживают принцип роста надежности, т.е. в случае постоянного удаления ошибок и латентных сбоев увеличивается средняя наработка системы между отказами и уменьшается интенсивность отказов. На базе анализа существующих решений задачи обеспечения надежности производится выбор пригодного для моделирования и анализа проектируемой системы метода. Раздел содержит основу проводимого в рамках научной работы исследования, предпосылки и основные особенности его этапов.

Вторая глава посвящена исследованию системы, производимому с целью расчета основных параметров компонентов системы. С учетом общих принципов построения программно-информационной среды распределенных систем, проведена трехуровневая декомпозиция обобщенной структуры системы.

Формирование надежной программно-информационной среды распределенной системы возникает как отдельная задача в случае сочетания нескольких требований:

- обеспечения гарантий транзакций данных;

- обеспечения высокой пропускной способности узлов системы;

- маскировки возникающих аппаратных сбоев;

- обеспечения устойчивости к возникающим деструктивным внешним воздействиям.

Этапами декомпозиции при анализе распределенной системы обработки и хранения информации, сообразно с ее спецификой, стали уровни:

- логический;

- функциональный;

- структурный.

На основе приведенных данных, результатов декомпозиции и общих закономерностей формирования аналогичных систем выбрана следующая аналитическая модель системы:

.9 = {А,п,И -п),

где А - матрица назначения компонентов задачам, в которой для каждой задачи а„—1, если /-тый компонент участвует в выполнении /-той задачи, и ач=О в ином случае; п - число основных компонентов, Аг-п - резерв.

Моделирование программно-информационной среды, произведенное с целью разработки алгоритма расчета прогнозируемого трафика, модели взаимодействия компонентов системы, основанной на учете внешнего деструктивного фактора, а также' модели распределенной обработки информации с учетом кластеризации локальных узлов, что позволяет рассчитывать параметры структуры системы.

Окончательная модель системы представлена в виде ряда функций: „ _ ГО,ЛТ<Х0

Вероятность ущерба Р(х/х0) = 1 ( , позволяющая рассчиты-

вать вероятность превышения ущерба от отказа над показателем допустимого ущерба от отказа программного обеспечения хп.

Вероятность безотказной работы й(0 = ехр(-[~— -^уг-Ф. позволяющая

рассчитывать надежность программно-информационной среды.

Вероятность превышения размера файла в м>/м>п раз над минимальным размером файла в базе данных системы м>п аппроксимируется распределением Па-рето, имеющим в данной задаче следующий вид:

[0. IV < И'0

| 1 ,м<> и>0 > О

при этом с/ - параметр распределения.

Коэффициент пропускной способности среды к¿,„ корректирующий полученные результаты в зависимости от используемой технологии и проектных значений скорости передачи данных, имеет вид:

(2>„Х?А /-1

а формула расчета проектной пропускной способности, следовательно:

е ^

Здесь М(м) - матожидание величины С? - постоянная среды (пропускная способность типового внутреннего канала), в данной задаче равна 10и>в кбит/с, г - номер компонента, - допустимое время выполнения операции.

Дополнительно была проведена оценка применимости моделей надежности и качества моделирования через вычисление суммарного относительного отклонения от экспериментальных показателей. На рисунке 2 показаны результаты:

Результаты моделирования

12 13 14 15 18 17 13 19 20 21 22 23 24 Время

Рисунок 2 - Результаты оценки качества моделирования Здесь Ехр - экспоненциальная модель, Delay - модель с учетом задержки выполнения при отказе, Debug - модифицированная экспоненциальная модель, Inflect - модель учета влияния внешнего фактора. Экспериментально полученное значение имеет маркировку Real.

Для моделирования распределенной системы был использован программный модуль, структура которого показана на рисунке 3.

Запрос I *■ Критичный Доступен

Запрос 2 Основной -»С^ Канал

/ ^^^^

Запрос 3 * Служебный Недоступен

Вероятность доступа

Рисунок 3 - Тестовый модуль системы

Тестирование производилось следующим образом:

- с помощью дополнительных программных модулей, установленных на сервере и рабочих станциях распределенной системы, моделировался запрос к компонентам, определяемым на основе функциональной диаграммы, которые вызывают множественные отказы;

- аналогичным образом тестировался набор служебных компонентов и компонентов хранения;

- анализировались полученные результаты.

Рисунок 4 -

На рисунке 4 отображены результаты теста и кривая распределения Па-рето в логарифмическом масштабе (р=0.7 для режима пиковой нагрузки), аппроксимирующая его результаты. Здесь N - количество прогнозируемых отказов, превышающих величину порогового ущерба хо= 1.000 рублей, х - прогнозируемый ущерб в тысячах рублей. На графике прямая распределения Па-рето показана в логарифмическом масштабе, отображены 50 отказов тестовой системы. Результаты эксперимента также отражены на рисунке 7.

Оптимизация на основании ограничения по стоимости, предложенная в работе, представляет собой алгоритмизированную процедуру расчета д*, базирующуюся на следующих характеристиках программно-информационной среды распределенной системы: К - матрица коэффициентов уникальности;

- число внешних каналов чтения/записи; X - интенсивность отказов компонентов; Со - стоимость компонентов;

- критерий доступности; У, - критерий надежности.

Коэффициентом уникальности назван коэффициент типизации, вычисляемый с учетом назначения компонентов задачам. Рассматривается резервирование по модифицированной схеме с ЛВ-блоком (рисунок 5), причем резервиро-

Аппроксимация результатов тестирования

Рисунок 5 - Модифицированная схема резервирования с ЛВ-блоком Следовательно, задача максимизации функции надежности Я окончательно формулируется в виде соотношения:

>-|

где т - количество компонентов системы, включая резерв, а

где п - количество выполняемых компонентами системы функций. Отсюда видно, что выбор оптимальных показателей стоимости зависит от матрицы связности системы, на основе которой формируется конфигурации ql и выбирается оптимальная конфигурация ц*.

Ограничение по уникальности компонентов предполагает сокращение возможного перебора вариантов конфигурации за счет отбрасывания заведомо неэффективных. Отбор производится в несколько этапов:

- выбор компонентов с высоким коэффициентом уникальности;

- резервирование таких компонентов;

- резервирование каналов взаимодействия таких компонентов;

- выбор компонентов с низким коэффициентом уникальности;

- назначение специальных компонентов для их резервирования (например, в составе блока мастера репликации).

Таким отбором ставится ограничение на неэффективные конфигурации, предусматривающие взаимосвязь компонентов, не выполняющих сходные функции, и, таким образом, не нуждающихся в сходных исходных данных и запросах.

Следующим этапом выбора оптимальной конфигурации становится расчет необходимого числа каналов чтения/записи. Ограничения на их число имеют вид:

ш«« <

— так >

при этом, так как вероятность превышения размером файла показателя нормировки определяется алгоритмом расчета прогнозируемого трафика и, согласно вычислениям, наиболее вероятные размеры запрашиваемых файлов колеблются от 1 кбайта до 15 Мбайт, то критерий достаточной пропускной способности для внешнего канала принимает значение:

4"'"' >4±Ч\""',

где Ч*/* - пропускная способность служебного канала модемного пула в исследуемой системе.

Расчет необходимого количества каналов 4х*^ для межкластерных транзакций глобально распределенной системы с кластерной организацией узлов для каждой задачи показывает, что данное ограничение имеет вид Ч//ги'>3.

Расчет интенсивности отказов компонентов базируется на расчете вероятности безотказной работы системы и ее компонентов и предполагает выбор оптимальной с точки зрения безотказности конфигурации, причем уровень требуемой надежности фиксирован как вероятностью успешного срабатывания функций управления блокирующей подсистемы, так и количеством необнаруженных ошибок и скрытых сбоев:

Здесь Р, рассчитывается как вероятность всех событий, не приводящих к отказу системы, - по принципам расчета, принятых для модели надежности системы.

Расчет критериев достаточности У,) производится следующим образом:

„ ¡0,8,, <80 _

}, = { , здесь - пропускная способность г-того компонента,

определенная в результате вычисления с помощью алгоритма расчета прогнозируемого трафика, gв - необходимая пропускная способность канала межкомпонентного взаимодействия.

„ [0,Я(5)<Я„

|1 Я(3) > Я определяется при тестировании заказчиком.

Третья глава описывает вопросы проектирования и реализации сервис-ориентированной системы, обеспечивающей функциональные возможности программного обеспечения системы дистанционного образования. На основе теоретических, тестовых и эксплуатационных расчетов, моделей, а также выведенного распределения случайных параметров, характеризующих границы и величины определяющих значений средней наработки на отказ, интенсивности отказов, прогнозируемого ущерба производится определение оптимальной ко н фи I у рации.

Описаны алгоритмы формирования тестовой программной среды, а также подготовки проектного задания в рамках методики поддержки принятия решений по формированию программно-информационного обеспечения распределенной обработки и хранения данных. Для формирования проектного задания принят следующий вид алгоритма (рисунок 6), реализованный в виде программы поддержки принятия решений. Основными преимуществами приведенного алгоритма, по сравнению с существующими, являются следующие его особенности:

- возможность использования в качестве базовой любого метода для определения объема вводимого резервирования элементов: метод наибольшего приближения к идеальному решению (ТОР818), методы, основанные на нечеткой логике, методы учета неопределенности и субъективности оценок, разработанный в диссертационной работе алгоритм оптимального формирования структурного резерва;

- экономия технических, человеческих, временных и денежных ресурсов за счет более точного моделирования;

- учет типичности выполняемых компонентами функций, что позволяет с большей точностью формировать матрицу назначения компонентов задачам, и, в свою очередь, дополнительно повышать их надежность за счет снижения непрофильной нагрузки;

- учет положительных и отрицательных эффектов масштаба на этапе моделирования и анализа надежности, что позволяет предполагать эффективное масштабирование и развитие системы.

Далее непосредственно приведены этапы методики.

Для реализуемой программной среды определены моменты наибольшего риска сбоя в зависимости от времени суток, что позволяет планировать техническое обслуживание в период эксплуатации, и созданы предпосылки для дальнейшего повышения экономической эффективности.

Рисунок б - Алгоритм методики формирования программно-информационной

среды

Оценка показателей производится на специальном стенде, построенном по технологии клиент-сервер. На рисунке 7 отображена структура технологического стенда.

Рабочая станция 1

Формирование

запросов

Сервер СДО

Рабочая станция 2

Анализ

запросов

Рабочая станция 3

Моделирование

нагрузки

> №

К и

■в

Рисунок 7 - Структура технологического стенда Пиковая нагрузка моделировалась исходя из данных загрузки сервера, на котором планируется развертывание системы. Далее рассматривается как распределение количества запросов к системе (проектное ограничение^в зависимости от времени суток, так и планируемые эксплуатационные показатели, на основе которых оценивается наработка на отказ. На рисунке 8 показан график зависимости показателей надежности от времени суток.

Суточное распределение показателей, характеризующих отказы програвнного обеспечения

Суточные колебания юррехвдйшгто коэффициента

1 3 5 ? 3 11 13 15 17 19 21 23 _!_

1 2 3 4 5 6 / В 9 10111213 Н1516 <71819 20 21 22 23 24

- Промиэдшое нммспо оттаял и® -Пр01Н031(|уе||Ю8 имнюштгамк за период ВД

Рисунок 8 - Расчет надежности системы в период пиковых нагрузок Из приведенных данных видно, что на пиковые часы выпадает максимальное снижение надежности системы (пик прогноза количеств отказов и скачок показателя отказов за единицу времени).

Кроме того, в исследовании использованы методы форсированных испытаний и контроля средней наработки на отказ. Для расчета вероятности отказа при форсированных испытаниях в системе с быстродействием (3 было использовано соотношение: Р®)= (3 о+а(В-ВаГ,

где р„ - вероятность отказа в компоненте программного обеспечения с быстродействием Во, а - коэффициент пропорциональности вероятности ошибки быстродействию, т - степенной коэффициент, [3 - быстродействие испытательного стенда. При вероятности отказа - достаточно малой величине, для вероятности безотказной работы программного обеспечения за время испытаний на стенде используется формула:

Р(Т) = (1 - Р)*" * ехрНА, + а(В - Ва)"']Вт.

Вероятность безотказной работы программного обеспечения нефорсированного сервера за время испытаний т«:

Пг0) = (]-&)'■

-НА:'

В таблице 2 приведены результаты форсированного испытания тестовой среды на испытательном стенде. Из таблицы и предыдущих результатов тестирования видно, что для тестируемой конфигурации ц достаточным тестовым порогом, гарантирующим хорошую распознаваемость результатов, является число тестовых запросов более 5000. Расчет надежности системы, полученный в результате испытаний с высокоинтенсивной нагрузкой, может быть использован при расчете конфигураций систем с большим числом пользователей (более 200) или в период большой загруженности программно-информационной среды задачами.

Таблица 2 - Результаты форсированных испытаний

№ опыта (кол-во запросов)

1

т =53.6 ч, Во = 1800 МГц; В = 2200 МГц, закон распределения времени между отказами Парето, выбор конфигураций оптимальный

Вероятность безотказной работы системы 1 -Р(т.)

1 (1000) 0,8820 0,8954 0,8875 0,8820 0,9106 0,8862 0,8862 0,8991

2(5000) 0,9976 0,9992 0,9976 0,9994 0,9998 0,9996 0,9956 0,9997

3(10000) 0,9992 0,9995 0,9990 0,9993 0,9996 0,9995 0,9997 0,9997

Прогноз числа отказов производится для наработки в 5360 часов на основании распределения отказов по времени. Математическое ожидание числа отказов за установленную наработку представляет собой медиану распределения тейБ, то есть на отрезке 0п, Т0), где начальное значение времени берется как 0, средняя наработка представляет собой внешнюю границу отрезка.

Расчет показателей, которые отображены слева на рисунке 9, ведется следующим образом. Средняя линия - медиана распределения - рассчитывается по формуле математического ожидания для распределения Парето.

N

У/

10е

чС

0

Рисунок 9 - Прогноз интенсивности и числа отказов Оценка верхней и нижней границы, показанная справа, определялась с '«

помощью расчетных формул, приведенных ниже,

Для нижней границы доверительного интервала: 5; (£) = (»/£)"".

Для верхней границы доверительного интервала:

Для параметра а выбрано экспериментально значение а-\ 1, М^=10. В соответствии с приведенными формулами определено, что прогнозируемый накопленный ущерб в 1 млн. рублей может быть получен в результате ожазов системы в течение «20 лет при наихудшем развитии событий (синяя линяя - прогноз накопленного ущерба, черная линия — прогноз на основе тестовой наработки). Покрытие указанных величин ущерба обеспечивает 70%-й доверительный интервал.

Учтены особенности систем дистанционного образования, а также преимущества, получаемые при использовании готовых решений, ориентированных на корпоративные сети, определена граница максимальной стоимости сис-1емы.

Оценки оптимальности конфигураций по интенсивности отказов позволяет сформировать с помощью программного обеспечения методики критерии отбора, при этом выбранная конфигурация имеет вид, отраженный на рисунке 10. "

Выбор оптимальной конфш урации производится на основе разработанной методики с учетом оптимизации ресурсов. Расчет пропускной способности производился на основе предложенных расчетных формул алгоритма расчета прогнозируемого трафика, количество внешних каналов передачи информации соответствует приведенным выше ограничениям, состав распределенной системы определяется структурной схемой рисунка 10.

Аппаратная конфигурация, выбранная для реализации при решении практической задачи создания системы дистанционного образования, соответствует кластерной организации.

Клиент 1

"Л—Г~ УРМ-!

Клиент 2

Т

ЬСлиент 3 -1-

Клиент N -1-

I УР>1-2

Модемное соединение

Тест работоспособности канала

Основная система управления образованием

Веб-портал*

Тест качества передачи

Система управления содержимым*

Операционная система

Промежуточное ПО

Резервная система управления образованием

Промежуточное

ПО

Набор правил*

Мастер реп- Мастер за-

ликации шиты

БД 1*

Тест системы

Логическая БД системы

БД 2*

Рисунок 10 - Окончательный вариант сервис-ориентированной системы

дистанционного образования Критерий заданного значения средней наработки на отказ определяется для тестируемой системы следующим образом. Сделано два предположения:

- суммарное количество обнаруженных и устраненных дефектов в программе описывается показательной функцией времени функционирования:

я - /V,

1 - ехрС———)

Наработка программного обеспечения на отказ

1

0.998

~ 0,936 £

0,994 0,992 0.99

0.9 181

и,и ЯП

0.9 ¡34^

0,9995

838

1105

2210 Время,ч

5380

7570

Рисунок 11 - Наработка программного обеспечения на отказ Ыц - исходное количество дефектов в программе; Мп - общее количество дефектов, которое может проявиться за время эксплуатации программно-информационной среды; Тп - средняя наработка на отказ в начале испытаний; С - коэффициент сжатия тестов. В работе коэффициент С принят равным 100, то

есть за 10 часов испытаний моделировалось 1000 часов функционирования системы.

- скорость обнаружения и устранения дефектов, измеряемая относительно времени функционирования программы, пропорциональна интенсивности отказов. Значение средней наработки на отказ определяется по формуле:

На графике рисунка 11 отображен процесс наработки на отказ программно-информационной среды реализованной системы.

Начальные отрезки ломаной линии приобретают большую крутизну из-за дополнительного процесса устранения ошибок, и, соответственно, уменьшения ин 1снсивности отказов. В области Л(536,1105) происходит приработка программного обеспечения системы, в области В(\ 105,2210) - активное тестирование и выявление ошибок. В результате практической апробации на реальных задачах было рассчитано, что ошибка при моделировании, которую дает широко используемая экспоненциальная модель, по сравнению с модифицированной моделью учета влияния внешнего фактора составляет около 1%, а на уровне реализации системы достигает 7-10%, что подтверждает эффективность выбранной методики и модельпо-алгоритмического обеспечения.

В заключении диссертации приведены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы, и сформулированы выводы.

Основные результаты и выводы

Решение поставленной задачи базируется на следующих основных результатах. имеющих самостоятельное научное и практическое значение:

- проведены анализ и формализация задач проектирования и разработки надежной распределенной программно-информационной среды, составившие основу теоретической части исследования;

- предложена классификация существующих моделей надежности и методов проектирования надежного программного обеспечения, что оптимизирует процесс выбора модельно-алгоритмического обоснования исследования;

- применены модифицированные модели информационных систем для расчета надежности в периоды пиковых нагрузок на основе закономерностей распределения Парето;

- разработаны алгоритмы определения критериев с расчетом надежности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв, с помощью которых сформированы практические рекомендации по проектированию программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации;

- разработан метод определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного модельно-алгоритмического обеспечения, позволяющий формировать оптимальную конфигурацию программного обеспечения распределенной системы обработки и хранения информации;

- на основе математического и имитационного моделирования выполнен расчет прогнозируемых показателей реализуемой программно-информационной среды, проверенный на практике;

20

- проведена успешная апробация разработанной методики на реальных практических задачах.

Публикации по теме диссертации:

1. Золотарев В.В. Разработка надежных систем управления базами данных / В.В. Золотарев // Материалы конференции «Наука. Технологии. Инновации» г. Новосибирск, 2004 г.- Новосибирск, 2004 - с. 167-168.

2. Золотарев В.В. Криптографические решения в системе электронной коммерции / В.В. Золотарев // Материалы VI Всероссийской научной конференции "Решетневские чтения" / Красноярск: СибГАУ, 2002. - с. 172-174.

3 Золотарев В.В. Применение систем с открытым исходным кодом в корпоративных базах данных / В.В. Золотарев // Материалы VIII Всероссийской научной конференции "Решетневские чтения" / Красноярск: СибГАУ, 2004. с. 221.

4. Zolotaryev V. Analysis of destructive factor for high availability systems // SAASTA YSWC'05, Pretoria, South Africa, 2005. - pp. 1.21-1.22.

5. Золотарев В.В. Оценка эффективности систем высокой надежности / Золотарев В.В. // Проблемы повышения эффективности региона: Межвузовский сб. научных трудов ИМСТ СибГАУ. - Красноярск: СибГАУ, 2005. - с. 97-102.

6. Золотарев В.В. Математическая модель распределения нагрузки для надежных систем / О.Н. Жданов, В.В. Золотарев // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева: Сб. научн. трудов - Красноярск: СибГАУ, 2005. - с. 38-41.

7. Золотарев В.В. Оптимизация программной избыточности распределенной высоконадежной базы данных / В.В. Золотарев, A.B. Карпов // Материалы конференции «Компьютерное моделирование-2005» г. Санкт-Петербург, 2005 г.- Санкт-Петербург, 2005. - с. 286-289.

8. Золотарев В.В. Особенности реализации распределенной программной системы обработки и хранения информации с резервированием // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. научных трудов. -Красноярск: ГУЦМиЗ, 2005. - с. 106-109.

9. Золотарев В.В. Расчет экономического риска отказа программного обеспечения / В.В. Золотарев // Материалы X Всероссийской научной конференции "Решетневские чтения" / Красноярск: СибГАУ, 2005. - с. 162-164.

10. Золотарев В.В. Алгоритм расчета прогнозируемого трафика при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации / А.Н. Антамошкин, В.В. Золотарев // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева: Сб. научн. трудов.-Красноярск: СибГАУ, 2005. - с. 31-37.

Золотарев Вячеслав Владимирович Формирование надежной программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных Автореферат

11одписано к печати 03.11.2005 Формат 60x84/16

Уч. изд. л. 1.0 Тираж 80 экз. Заказ № Sif

Отпечатано в СибГАУ 660014, г. Красноярск, пр им. газ. "Красноярский рабочий", 31

V

к р

N22 1 У ! 1

РНБ Русский фонд

2006-4 19403

ВВЕДЕНИЕ

1 ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГРАММНОГО- 9 ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Структурная надежность программного обеспечения распреде- 11 ленной системы

1.1.1 Анализ надежности программного обеспечения

1.1.2 Кластерная структура и методы повышения надежности про- 1 6 грамм

1.1.3 Надежность программного обеспечения с резервированием

1.2 Моделирование надежности программного обеспечения распре- 26 деленной системы

1.2.1 Методы моделирования надежности

1.2.2 Моделирование отказов элементов программного обеспечения

1.2.3 Модели отказов программного обеспечения

1.3 Проектирование надежности программного обеспечения

1.3.1 Этапы и особенности проектирования надежной программно- 35 информационной среды

1.3.2 Безотказность программно-информационных сред распределен- 38 ных систем

Выводы по разделу

2 ФОРМОТОВАНИЕ НАДЕЖНОЙ ПРОГРАММНО- 44 ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

2.1. Декомпозиция распределенной информационной системы

2.1.1 Логический уровень декомпозиции

2.1.2 Функциональный уровень декомпозиции

2.1.3 Структурный уровень декомпозиции 2.2 Формирование модели внутрисистемных взаимодействий

2.2.1 Алгоритм расчета ущерба от отказа

2.2.2 Модель анализа надежности компонентов программного обеспечения

2.2.3 Модель функционального распределения нагрузки узла программно-информационной среды

2.3 Выбор оптимальной конфигурации программноинформационной среды

2.3.1 Стоимостное ограничение выбора оптимальной конфигурации

2.3.2 Алгоритм оптимального формирования структурного резерва 80 Выводы по разделу v 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАДЕЖНОГО ПРОГРАММНО

ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

3.1 Методика проектирования надежного программно- 86 информационного обеспечения

3.1.1 Алгоритм методики формирования программно- 87 информационной среды

3.1.2 Алгоритм разработки тестовой программно-информационной 90 среды

3.1.3 Используемые методы испытания тестовой среды на надеж- 94 Ф ность

3.2 Расчет прогнозируемых системных показателей

3.2.1 Оценка показателей при моделировании высокоинтенсивной нагрузки

3.2.2 Расчет прогнозируемого среднего числа отказов за установлен- Ю0 ную наработку

3.2.3 Обработка результатов контрольных испытаний программно- Ю1 информационной среды

3.3 Прогноз эксплуатационных характеристик реализованной про- ЮЗ граммно-информационной среды распределенной системы обработки информации

3.3.1 Выбор оптимальной конфигурации программного обеспечения ЮЗ

3.3.2 Оценка по методу последовательного контроля средней нара- Ю5 ботки

3.3.3 Технико-экономические показатели реализованной программно- Ю информационной среды

Выводы по разделу 3 Ш

Актуальность работы определяется бурным развитием средств обработки и хранения данных, их взаимной интеграцией в рамках сетей передачи информации. Появляется тенденция предпочтения распределенных систем локализованным, причем все большее значение приобретают глобально распределенные гетерогенные системы, состоящие из большого количества компонентов разных производителей. Современные технологии проектирования и анализа нуждаются в общих принципах разработки, основанных на международных стандартах.

Текущий момент, как считают авторы многих трудов по моделированию и анализу распределенных систем, характеризуется повышенным спросом на методы, обеспечивающие разработку, проектирование и поддержку в эксплуатации надежного программно-информационного обеспечения реализуемых аппаратных кластерных решений.

Для анализа и синтеза глобальных программно-информационных сред существенным моментом является компьютерная поддержка принимаемых решений по конфигурации системы, выбору оптимальных характеристик и прогнозу качественных и количественных показателей функционирования. Эффективное формирование осуществляется с помощью методов, реализующих многоатрибутивную поддержку принятия решений.

Параметры программно-информационного обеспечения, особенно глобально распределенного, не могут в общем случае быть фиксированными значениями, не зависящими от внешних и внутренних по отношению к системе обработки и хранения данных факторов. Чаще применяются приближенные значения исследуемого параметра, распределение вероятности принадлежности его заданным интервалам. Это приводит к неоднозначности определения оптимального варианта конфигурации, что, в свою очередь, осложняет анализ и синтез компонентно-ориентированной распределенной системы. Допуская неокончательное определение деструктивного фактора и неполную информацию о внутренних связях, методики прогноза и анализа систем вкупе с компьютерной поддержкой принятия решений позволяют формировать оптимальные, или, в ряде случаев, субоптимальные конфигурации надежных программно-информационных сред, если допускается подобное решение задачи.

Вместе с тем для подобных систем, кроме технического обеспечения, разрабатываемого специалистами на основе стандартов и нормативов, как правило, требуется и модельно-алгоритмическое обеспечение. Непосредственно процесс его получения и обоснования, а также проверка практической применимости и оптимальности по выбранным критериям становится актуальной научно-технической задачей.

Объектом исследования является распределенная система обработки и хранения информации с кластерной структурой.

Цель диссертационной работы состоит в разработке модельно-алгоритмического и программного обеспечения для повышения эффективности принятия решений при формировании надежного программно-информационного обеспечения для режима пиковых нагрузок распределенных систем обработки и хранения данных.

Сформулированная цель предопределила следующую совокупность решаемых задач:

- выявить специфику функционирования систем, обеспечивающих надежность распределенного хранения информации, определить требования к подобным системам;

- обосновать этапы анализа структуры распределенной системы обработки и хранения данных;

- определить и систематизировать деструктивные факторы, оказывающие влияние на изменение информации, получаемой системой из внешней среды;

- исследовать методы моделирования надежности при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации;

- разработать трехуровневую математическую модель распределенной системы, основанную на закономерностях распределения Парето и позволяющую рассчитывать параметры структурных элементов;

- разработать на основе математической модели методику формирования надежной программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных;

- провести апробацию метода на реальных практических задачах. Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовался аппарат системного анализа, теории оптимизации, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности технических систем.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем.

1. Предложена классификация существующих моделей надежности и методов надежного проектирования программного обеспечения, определяющая их области эффективного применения для оптимального выбора модельного обеспечения при решении задач формирования надежного программного обеспечения.

2. Модифицированы для расчета надежности в периоды пиковых нагрузок математические модели взаимодействия элементов программного обеспечения и распределения нагрузки информационных систем.

3. Предложены и обоснованы алгоритмы расчета критериев надежности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации.

4. Разработана методика определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного модельно-алгоритмического и программного обеспечения, решающая задачу эффективного выбора конфигурации программно-информационной среды, функционирующей в режиме пиковых нагрузок.

Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки методов и алгоритмов эффективного формирования надежных программно-информационных сред распределенных систем обработки и хранения информации.

Практическая значимость. Полученные в диссертационной работе результаты моделирования программного обеспечения, в совокупности с разработанной методикой формирования программно-информационной среды позволяют специалистам, проектирующим распределенные системы обработки и хранения данных, осуществлять выбор оптимальной структуры программно-информационной среды.

Реализация результатов работы. На основе разработанного модельно-алгоритмического обеспечения создана программная система поддержки принятия решений и формирования оптимальной кластерной структуры распределенной многофункциональной системы.

Предложенная в диссертационной работе программная система применяется при создании системы дистанционного образования при кафедре «Системный анализ и исследование операций» в Сибирском государственном аэрокосмическом университете.

Методика и программное обеспечение, разработанные в диссертационной работе, используются в учебном процессе при проведении занятий по курсу «Теория систем и системный анализ» в Сибирском государственном аэрокосмическом университете, в специальных курсах «Общая теория систем» и «Введение в специальность» в Норильском индустриальном институте.

Основные защищаемые положения:

1. Классификация существующих моделей надежности и методов надежного проектирования позволяет оптимизировать процесс расчета надежности программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных.

2. Модифицированные способы расчета надежности в период пиковых нагрузок при формировании программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных учитывают корректирующее влияние внешнего фактора на процесс расчета надежности.

3. Алгоритмы расчета критериев надежности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв, позволяют сформулировать практические рекомендации по проектированию программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации.

4. Методика определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного автором модельно-алгоритмического и программного обеспечения реализует выбор оптимальной конфигурации программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации, функционирующей в режиме пиковых нагрузок.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ общим объемом 2,7 печатных листа.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях «Решетневские чтения» (2002, 2004, 2005 гг.), конференции «Наука. Технологии. Инновации», г. Новосибирск (2004 г.), конкурсе технических проектов SAASTA YSWC'05, Pretoria, South Africa (2005 г.), международной конференции «Компьютерное моделирование-2005», г. Санкт-Петербург (2005 г.), международной конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика», г. Красноярск (2005 г.), семинаре кафедры системотехники Сибирского государственного технологического университета (2005 г.).

Структура и объем работы. Диссертация содержит 122 страницы основного текста, состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 95 наименований, 31 рисунка и 14 таблиц.

Выводы по разделу 3

Раздел описывает вопросы проектирования и реализации сервис-ориентированной системы, обеспечивающей функциональные возможности программного обеспечения системы дистанционного образования. На основе теоретических, тестовых и эксплуатационных расчетов, моделей, а также выведенного распределения случайных параметров, характеризующих границы и величины определяющих значений средней наработки на отказ, интенсивности отказов, прогнозируемого ущерба производится определение оптимальной конфигурации.

Описаны алгоритмы формирования тестовой программной среды, а также подготовки проектного задания в рамках методики поддержки принятия решений по формированию программно-информационного обеспечения распределенной обработки и хранения данных.

Для реализуемой программной среды определены моменты наибольшего риска сбоя в зависимости от времени суток, что позволяет планировать техническое обслуживание в период эксплуатации, и созданы предпосылки для дальнейшего повышения экономической эффективности.

Учтены особенности систем дистанционного образования, а также преимущества, получаемые при использовании готовых решений, ориентированных на корпоративные сети, определена граница максимальной стоимости системы.

В последнем подразделе приведены параметры реализованной программной среды, сделана оценка параметров ее функционирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ, проектирование и разработка программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения данных, произведенный в работе, основан на положениях теории надежности технических систем и результатах исследований, проведенных автором.

Решение поставленной задачи базируется на следующих основных результатах, имеющих самостоятельное научное и практическое значение:

- проведены анализ и формализация задач проектирования и разработки надежной распределенной программно-информационной среды, составившие основу теоретической части исследования;

- предложена классификация существующих моделей надежности и методов проектирования надежного программного обеспечения, что оптимизирует процесс выбора модельно-алгоритмического обоснования исследования;

- построены модифицированные модели программно-информационной среды для расчета надежности в периоды пиковых нагрузок на основе закона распределения случайных величин Парето;

- разработаны алгоритмы расчета критериев надежности и доступности в период пиковых нагрузок, на основе которых формируется структурный резерв, и с помощью которых формулируются практические рекомендации по проектированию программно-информационной среды распределенной системы обработки и хранения информации;

- разработана методика определения структуры программно-информационной среды на основе предложенного модельно-алгоритмического обеспечения, позволяющая формировать оптимальную конфигурацию программного обеспечения распределенной системы обработки и хранения информации;

- на основе математического и имитационного моделирования выполнен расчет прогнозируемых показателей реализуемой программно-информационной среды, проверенный на практике;

- проведена успешная апробация разработанной методики на реальных практических задачах.

Таким образом, в диссертационной работе решена задача выбора эффективной конфигурации программно-информационных распределенных сред надежных систем, имеющая существенное значение для теории и практики проектирования систем обработки и хранения данных.

1. Антамошкин А.Н., Ковалев И.В. Определение оптимальной структуры мультиверсионного программного обеспечения при ограничениях по времени и стоимости. / А.Н. Антамошкин, И.В. Ковалев // Вестник САА: Сб. научн. трудов. Красноярск: САА, 2000. с. 192-201.

2. Антамошкин А.Н. Регулярная оптимизация псевдобулевых функций. -Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1989. 160 с.

3. Антамошкин А.Н. Алгоритм расчета прогнозируемого трафика при проектировании распределенных систем обработки и хранения информации / А.Н. Антамошкин,В.В. Золотарев //Вестник СибГАУ: Сб. научн. трудов-Красноярск: СибГАУ, 2005.

4. Антамошкин А.Н. Сравнительная эффективность двух схем локального поиска при оптимизации псевдобулевых функций. / А.Н. Антамошкин, И.С. Масич // Электронный журнал «Исследовано в России», URL: http://zhurnal.ape.relam.ru/articles/2004/051 .pdf.

5. Акофф Р., Эмери Ф. О целеустремленных системах. М.: Сов. Радио, 1974,- 271 с.

6. Алимханов A.M. Использование программной системы поддержки для повышения доступности ресурсов корпоративной СУБД / A.M. Алимханов, С.В. Савин, Р.В. Юнусов // Вестник НИИ СУПВТ: Сб. науч. трудов -Красноярск, 2003. с. 107-112.

7. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем.- М.: Советское радио, 1972.- 324 с.

8. Браверман Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. М.: Наука, 1983.

9. Бремнер JI.M. и др. Библиотека программиста Интранет: пер. с англ. Мн.: «Попурри», 1998 г. - 512 с.

10. Ю.Гантер Д., Барнет С., Гантер JI. Тестирование кому и зачем это нужно? / Журнал «Компьютерное обозрение», №42, 2000.

11. Ганьжа Д. Сеть устройств хранения. Журнал «LAN», №2, 2000.

12. Домарев В.В. Защита информации и безопасность компьютерных систем. К.: ДиаСофт, 1999 г. - 480 с.

13. Донченко И.В. Основы построения автоматизированных информационных систем. URL: http://clo.rksi.ru/library/courses/opais/vd.clbk

14. Доррер Г.А. Информационно-аналитическая система для обработки статотчетности в структуре Госстата РФ / Г.А. Доррер, С.М. Окладников // Сборник докладов VIII всероссийской конференции «Проблемы информатизации региона». Красноярск, 2003.

15. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем.- М.: Энергоатомиздат, 1986.- 480 с.

16. Дубова Н. Управление надежным хранением. Журнал «Открытые системы», №6, 2002.

17. Дуброва Т.А. Статистические методы прогнозирования. М.: Юни-ти-Дана, 2003.-206 с.

18. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и системные вопросы.-М.: Наука, 1975.-327 с.

19. Золотарев В.В. Особенности реализации распределенной программной системы обработки и хранения информации с резервированием / Сборник докладов конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика», Красноярск, 2005.

20. Золотарев В.В., Карпов А.В. Оптимизация избыточности программного обеспечения распределенной высоконадежной базы данных. /В.В. Золотарев, А.В. Карпов // Сборник научных трудов конференции «Компьютерное моделирование-2005» Спб.: 2005.

21. Золотарев В.В. Разработка надежных систем управления базами данных / Сборник докладов конференции «Наука. Технологии. Инновации», Новосибирск, 2004. с. 172-174

22. Золотарев В.В. Расчет экономического риска отказа программного обеспечения / Сборник докладов X Всероссийской научной конференции "Решетневские чтения". Красноярск: СибГАУ, 2005

23. Ковал ев И.В. Оценка надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса. / И.В. Ковалев, Р.В. Юнусов // САКС-2002: Сборник докладов международной научно-практической конференции -Красноярск, 2002. с. 352-353.

24. Ковалев И.В. Многоатрибутивная модель формирования гарантоспособного набора проектов мультиверсионных программных систем / И.В. Ковалев, Р.Ю. Царев. // Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. трудов. / Под общей ред. Н.В. Василенко Красноярск: НИИ СУВПТ, 2001.

25. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: пер. с англ. М.: Радио и связь, 1990. - 544 с.

26. Куликов Г.Б., Герценштейн И.Ш., Одинокова Е.В. Проектирование полиграфических машин.- М.:МГУП, 2003 411 с.

27. Кузнецов С. Информационная система: как ее сделать? Журнал «Открытые системы», №7, 2004.

28. Либман Л. Философия распределения нагрузки. / Журнал «LAN», №5, 2000.

29. Липаев В.В. Надёжность программных средств. М.: СИНТЕГ, 1998.-232 с.

30. Майерс Г. Надёжность программного обеспечения М.: Мир, 1980. - 360 с.

31. Малинецкий Г.Г. Концепция управления риском и ее математические модели. URL: www.keldysh.rii/papers/2003/source/bookygmalin/titul.htm

32. Малюк А.А., Пазизин СВ., Погожин Н.С. Введение в защиту информации в автоматизированных системах. 2-е изд. М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 148 с.

33. Медведовский И.Д. и др. Атака на Интернет. М.: ДМК, 2000. - 336с.

34. Мишин В.М. Исследование систем управления. — М.: Юнити-Дана, 2003.-527 с.

35. Мышенков К., Васильев А., Трофимов А. Методы и средства обеспечения надежности автоматизированных информационных систем. URL: www.aislchp.ru/arti cles/15.htm

36. ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.

37. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения.

38. Наиболее распространенные распределения непрерывных случайных величин. URL: www.exponenta.ru/educat/class/courses/tv/theme0/5.asp

39. Половко A.M. Основы теории надежности.- М.: Наука, 1964.- 448 с.

40. Равашвами Р. Оптимизация работы приложений в глобальной сети. / Журнал «LAN», №1, 2000.

41. Райкин A.JI. Вероятностные модели функционирования резервированных устройств.- М.: Наука, 1968,- 303 с.

42. Русскин В.М., Кириллов В.П. Информационная технология SSADM: Методика моделирования информационных потоков при разработке автоматизированных систем / Журнал «Компьютер+Программы», №3, 1995. с. 1523.

43. Рыжков Ф.Н., Томаков В.И. Надежность технических систем и управление риском.- Курск: КГТУ, 2000.- 345 с.

44. Рындин А. Корпоративный сайт. Эффективный инструмент бизнеса или нереализованные возможности. URL: ww.citforum.ru/cfin/korpsite/

45. Рябинин И.А. Основы теории и расчета надежности судовых электроэнергетических систем.- JL: Судостроение, 1971.- 456 с.

46. Савкин А. Как сделать внедрение крупной информационной системы успешным. URL: www.citforum.ru/consulting/ERP/howmalce/

47. Семенкина О.Э., Жидков В.В. Оптимизация управления сложными системами методом обобщенного локального поиска. М.: МАКС Пресс, 2002.-215 с.

48. Сингх М., Титли А. Системы: декомпозиция, оптимизация и управление: пер. с англ. М.: Машиностроение, 1986. - 496 с.

49. Слободин М.Ю. Организационно-экономические аспекты анализа и управления проектами информационных систем / Вестник университетского комплекса: Сб. научных трудов / Под общей ред. Н.В. Василенко. Красноярск, ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ, 2004. с. 148-151.

50. ГОСТ 16504-81. Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.

51. Система дистанционного образования: правила выбора / Аналитический обзор. URL: http://www.cnews.ru/edu2004/e-learning/corporate.shtml

52. ГОСТ 28.001-76. Система технического'обслуживания и ремонта техники. Основные положения.

53. Смагин В.А. Метод оценивания и обеспечения надежности сложных программных комплексов. URL: http://www.bezpelca.com/library/sci/ smaginl.html

54. Смагин В.А. Об одном физическом принципе форсированных испытаний программного обеспечения на надежность URL: http://www.bezpeka.com/library/sci/smagin4.html

55. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники.- М.: Высш. школа, 1970,- 272 с.

56. Сугак Е.В., Назаров Г.Г., Королев B.JL, Мангараков С.А. Основы теории надежности. Красноярск: Сиб. аэрокосмич. акад., 1998.- 380 с.

57. Сугак Е.В. и др. Надежность технических систем / под общей ред. Е.В. Сугака, Н.В. Василенко Красноярск: МГП «Раско», 2001 - 608 с.

58. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 4-е изд.- СПб.: Питер, 2003, 992с.

59. Труб И. Алгоритмическое обеспечение распределенных вебсерверов. / Журнал «Открытые системы», №5, 2003.

60. Ушаков И.А. Методы решения простейших задач оптимального резервирования при наличии ограничений,- М.: Сов. радио, 1969. 176 с.

61. Федоров A. Web нового поколения Web-сервисы. / Журнал «КомпьютерПресс», №6, 2001.

62. Хогдал Дж. Анализ и диагностика компьютерных сетей: пер. с англ. -М.: Лори, 2001.-359 с.

63. Шнитман В.З., Кузнецов С.Д. Серверы корпоративных баз данных. URL: www.citforum.ru/database/skbd/contents.shtml

64. Юнусов Р.В. Анализ надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса / Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. трудов. / Под общей ред. Н.В. Василенко Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003.

65. Anderson Т. et al. Providing open architecture high availability solutions. HA Forum, LA, 2004. - 112 p.

66. Ashrafi N., Berman O., Cutler M. Optimal design of large software systems using N-version programming / IEEE Trans. Reliability, Vol. 43 1994. p. 344-350

67. Avizeinis A. The N-Version Approach to Fault-Tolerant Software, IEEE Transactions of Software Engineering, Vol. SE-ll,No. 12, 1985. pp. 1491-1501.

68. Bertalanffy, L. Revised Edition. General Systems Theory: Foundations, Development, Applications. NY: George Braziller, Inc., 1998 268 p.

69. Burtchi B. et al. Improving software reliability forecasting, Microelectronics and Reliability, Pergamon Press, Oxford, Vol.37, No.6, 1997. pp. 901-907.

70. Crovella M. E., Taqqu M.S., Bestavros A. Heavy-tailed probability distributions in the world wide web. In A Practical Guide To Heavy Tails, chapter 1, Chapman & Hall, New York - 23 p.

71. Design diversity: an update from research on reliability modeling. Processed of 9th Safety-critical Systems Symposium, Bristol, 2001.

72. Dyambyazov K.B., Popov P. The effects of testing on the reliability of single version and l-out-of-2 software. In 6th int. Simposium on Software Engineering, ISSRE'95, Toulouse, pp. 219-228, 1995.

73. Eckhardt D. et al. An Experiment Evaluation of Software Redundancy as a Strategy for Improving Reliability. IEEE Transactions of Software Engineering, 17(7), 1991, pp. 692-702.

74. Gibson Т., Miller E. Long-term file activity patterns in a UNIX workstation environment /15 IEEE Symposium on mass storage system, College Park, MD, 1998-pp. 355-372.

75. Hunt G., Nahum E., Tracey J. Enabling content-based load distribution for scalable services. Technical report, IBM T.J. Watson Research Center, May 1997.

76. Knight J., Levenson N., Jean D. A large-scale experiment in N-version programming. In 15th Int. Symposium on Fault Tolerance Computing, Ann Arbor, Michigan, IEEE Computer Society Press, 1985, pp. 135-139.

77. Kovalev I., Younoussov R. Fault tolerance software architecture creation model based on reliability evaluation. Advanced in Modelling & Analysis, vol. 48, № 3-4. Journal of AMSE Periodicals, 2002. p 31-43.

78. Littlewood В., Popov P., Strigini L. N-version Design versus One Good Version. DSN'2000, 25-28 June, New York, 2000.

79. Lyu M. Handbook of software reliability engineering, McGraw Hill, New York, 1996.

80. Moore M. Specialized Training Course «ICTs in Distance Education» elaborated by the international course team within the framework of the IITE Training Programme. Moscow, 2002 pp.11-12, 118.

81. Mellor P. Technological Risks Reliability and Safety. Digital Risk Conference, IBC UK Conferences Ltd, 1998 - p. 29.

82. Musa J. Software reliability engineering: More Reliable Software Faster Development and Testing, McGraw Hill, New York, 1999 pp. 371-380.

83. Popentiu F., Boros D. Software reliability growth model. Microelectronics and Reliability, Pergamon Press, Oxford, Vol.36, No.4, 1996. pp. 485-491.

84. Rook P. Software Reliability Handbook, Elsevier Applied Science, 1990.

85. Saglietti F. Decision Rules Supporting the Design of Fault-Tolerant

86. Software. URL: http://www.fernuni-hagen.de/DVT/Worlcshops/dagstuhl/ node 1 .html

87. Sens P., Popentiu F., Mantoiu A. Software reliability forecasting for adapted fault tolerance algorithms. European safety and reliability conference, 1719 June, Trondheim, Norway, 1998. pp. 221-227.

88. Shmidtke H. Die Ermiidung Symptome, Theorien, MeBversuche. Bern, Stuttgart, 1965.

89. Thain D. Coordinating access to computation and data in distributed systems. University of Wiskonsin, Madison, 2004.

90. Zolotaryev V. Analysis of destructive factor for high availability systems. SAASTA Young Scientists Writers Competition, Pretoria, South Africa, 2005.