автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Инструментальные средства САПР структур самодиагностируемых распределенных информационно-вычислительных систем на основе характеризационных принципов

и 9 9 Ъ

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

КОВАЛЬ Игорь Валерьевич

УДК 681 : 658,012.011.56 САПР (043)

ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА САПР СТРУКТУР САМ0Д1АГН0СТИРУЕМЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ХАРАКТЕРИЗАЦИОННЫХ ПРИНЦИПОВ

Специальность 05.13.12 — «Системы автоматизации проектирования (промышленность)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском горном институте.

Научный руководитель акад., докт. техн. наук, лроф. ГОРБАТОВ В. А.

Официальные оппоненты: акад., докт. техн. наук, 'проф. ЕВРЕИНОВ Э. В., канд. техн. наук, доц. МЕТЕЧК.0 В. И.

Ведущая организация—Вычислительный центр Российской академии' естественных наук;

Защита диссертации состоится « . 0. 1992 г.

Ш)

час. на заседании специализированного совета Д .053.12.1]2 в Московском горном институте по адресу: 117935, Москва, Леминский проспект, 6. Д

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского горного института.

и 1 ПИ^ 1 II 1 у 1 с—\

Автореферат разослан « . г. > г I

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук В. Л. ТОРХОВ

ОПИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ь настоящее время одной из основных тенденций в информатизации является интеграция. Зто относится к созданию и развитию компьютерных технологий для производственных систем и информационных технологий для автоматизации офиснн>. систем. Технологической основой для построения интегрировании-", систем является распределенные информационно-вычислительнп. системы. Это понятие охватывает широкий спектр компьютерных систем, включая прежде всего компьютерные сети: глобально-распределенные сети и локальные вычислительные сети. Кроме того, к ним относятся и многомашинные системы, а такие компьютерные системы, поддерживающие многозадачность.

Последнге, обеспечивал внутреннюю распределенность вычислительного процесса, делают круг распределенных информационно-вычислительных систем (РИВС) максимально широким. Действительно, y ним относятся и группы из нескольких персональных компьютеров, лабораторные ЛЕС. и персотгльгче компьютеры с встроенными аппаратными средствами тддервки многозадачности (модели ЙТ 386 и выше), и даже обычные компьютеры с программной реализацией многозадачности (например, с Hindous на AT 286 ). В предельном случае к Г' И В С мижно отнес m программную систему кз нескольких независимых процессов, функционирующих виртуально одновременно (физически поочередно) га одной персональном компьютер? и обменивающихся информацией через Файлы-порты. Таким образом, РИВС как технологическая иснова интеграции компьютерных и информационных технологий представляет 4резвычайно широкий круг компьютерных систем.

Создание РИВС тесно связано с исследованиями в области теоретических основ построения информационнр-вычисл1т..-лы'нх систем. Большой вклад в нее внесли: В.А.Горбатов, З.В. Евреинов, В.П.Иванников, В.П.Корячко, В.Г.Лазарев, А.Н.МьлилОв, И.П.Норенков, П.П.Пархоменко, Л.А.Поспелов. Е.Н.Турутл. Й.Г.Вигин, й.Движение, il. Лемпорт. ' Л.Симонсики. Ф.Преврати, Р.Чаомг.и и др. Важное, место среди множества проблем, во:'..и'-а:-уи.-при организации РИВС, занимает проблема о-к'иоустлй'шы■ .и. эффективным способом ее реиения явпяется. со.; :•),:>• саь.эдиагностируюцихся систем. Они ориентиров,!"!! на uii<

сбоев. .Этот подход обеспечивает принципиальное ревенис- проблемы отказоустойчивости системы с целом. Дело в том. что обеспечить бессбойнуы работу каждого процесса принципиально невозможно, а достичь требуемого уровня невыхода из строя на практике удается только за счет чрезмерных издержек. Действительно, всякий процесс-в РИВС ыовет быть подвержен сбою, что может бить и аппаратный сбой узла в ЛВС, и нарушение корректности выполнения программ« в результате несанкционированного доступа к се данным или заражения ее вирусом. Следовательно. подход. ориентированный из предотвращение сбоев РИЬС. в большинстве случаев неприемлем.

Своевременное же обнаружение сбоя отдельного процесса с помощью средств самодиагностики РИВС сможет обеспечить защиту корректно функционирующих процессов от вмешательства со стороны вышедших из строя процессов и. следовательно, предотвратить выход из строя системы в целом.

Таким образом, весьма актуальна для создания интегрированных сред информационных технологий на основе РИВС задача разработки инструментальных средств обеспечения самодиагностики РИВС.

Работа выполнялась в рамках темы 12.9.1.1.15 "Создание элементов автоматизированного проектирования и управления горнодобывающими предприятиями", программы ЯН СССР исследований в области естественных наук до Г'УСО г.. раздела б "Разработка теоретических основ проектирования и создания автоматизированных и роботизированных технологий добычи и пзреработки твердых полезных ископаемых", программы Гособразования СССР "Экологически чистое горное производство", проблемы 1.2.? "Совершенствование системы образования на основе применения средств вычислительной техники" комплексной НТП СЗБ.

Целью работы является решение задачи разработки инструментальных средств автоматизации проектирования оптимальной структуры самодиагностирумых РИВС.

Для достижения цели необходимо разработать:

- математическое обеспечение, включающее теорешко-гра-ювув модель самодиагнос^ируемой РИВС СС-'И&С? 1: метод оптимального проектирования структуру СР^ВС:

- инструьгнгзленые программные средства сптичс. тьного

- 3 -

проектирования СРИВС.

Идея работы состоит в оптимизации структуры СРИВС путем минимизации накладных расходов на поддеркку самодиагностики за счет использования естественных информационных связей между процессами в СРИВС.

Методы исследований базируются на теории графов, теории характеризационного анализа, теории построения отказоустойчивых вычислительных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- развита и исследована кластерная теоретико-графовая модель диагностики РИВС;

- решена задача характеризации свойства тестируемости заданного уровня структуры РИВС;

- разработан метод оптимальной кластеризации, на основе которого строится оптимальная структура СРИВС.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработаны протоколы взаимодействия процессов СРИВС. обеспечивающие корректную работу системы в условиях сбоев;

- на основе предложенного метода созданы инструментальные средства проектирования оптимальней структуры СРИВС.

Результаты работы внедрены в практику автоматизированного проектирования и обеспечения отказоустойчивого функционирования больших распределенных информационно-вычислительных систем на промышленном предприятии, в частности, в локальной сети управления гибким автоматизированным производством изделий микроэлектроники. Внедрение подтверндено соответствующим актом.

Апробация работы. Результаты работы долояены и обсуидены на UII.UIII.IX.X.XI.XIII.XIU Всесоюзных симпозиумах "Логическое управление с использованием ЭВМ" и UI „OlI .Ulli, IX,X.XII ,ХПi координационных совещаниях "Математическое обеспечение интеллектуальных систем САПР ГАП" :Инезск-1984; Куйбышев-1985; Таикент-1986; Устинов-1987; Ордноникидзе-1988; Симеиз-1990; Феодосия-1991) а такие на конференции молодых ученых и специалистов по проблемам кибернетики и вычислительной техники (Москва-1987 ).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 каучныч работах.

Объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения. Содержит 125 страниц машинописного текса, 6 таблиц, 19 рисунков и список литературы из наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основным среди требований, предъявляемых к РИВС, является высокая надежность работы. Поскольку создать абсолютно надежные компоненты систем принципиально невозможно, используются отказоустойчивые распределенные информационно-вычислительные системы, т.е. системы, способные продолжить Функционирование при возникновении разнообразных отказов компонентов. Система остается отказоустойчивой или нечувствительной к неисправностям, если ее организация предусматривает устранение последствий неисправностей или отказов элементов и программного обеспечения системы за счет использования аппаратной, информационной и алгоритмической избыточности.

Обобщенный алгоритм функционирования любой

отказоустойчивой системы сводится к следующим стандартным процедурам: обнаружение отказа в системе, диагностирование отказавшего устройства, оценка повреждения, вызванного отказом, устранение влияния отказавшгго устройства (реорганизация системы) и восстановление нтраченной информации. Иера, которой оценивают нечув'трительность системы к возникающим в ней неисправностям (отказам), называется свойсгбом отказоустойчивости или просто отказоустойчивостью. В качестве оценки меры часто принимают наибольиее количество неисправных элементов при котором система ип'собна устранить последствия неисправностей.

1'угествует большое оазнлобразие моделей' взаимодействия -.и ыьавцих диагностирование и «онтрсль в многомашинных системах. 'г.-.,\' распрострзгенныьи являются Р-, В- . Р!-модели, основанные •.'. :гэ;ов:'М представлении еамодиагностируемых процессов.

Система л;:згн::т1;;;и гредитавляется ориентированным графом.

/

который называется графом диагностики или диагностическим графом. В этом графе каждая вершина Ui соответствует процессу системы, а дуга из UI в Uj (обозначается Uij) определяет наличие теста, с помощью которого процесс Ui оценивает состояние процесса Uj,

Результат тестирования, ¡.яязанный с (Ui.Uj), обозначается Ai] £ (0,1) , где flij =0, если оба узла Ui и Uj исправны и Aij = 1. если Ui исправен, a Uj неисправен. Если же проверяющая вершина U1 неисправна, то результат тестирования ненадежен и flij может принимать одно из двух значений 0/1 (обозначается "х"), независимо от состояния Uj ( рис. 1,а ).

Модель также предполагает, что рассматриваются только устойчивые неисправности 'т.е. постоянные) и, что тесты, которые Ui использует по отношению к Uj, выявляют все возможные овибки Uj. .

В этой модели неисправные процессы могут быть идентифицированы в результате расшифровки синдрома, являющегося множеством ответов flij в системе. Неисправности Ui и U' различимы, если синдромы, связанные с ними различны (рис. 1,6).

с

В системе из (Г процессов за один шаг выявляется Т неисправны,, прицессов, если все они могут быть идентифицированы без их восстановления при условии, что число неисправных процессов в системе не превышает Т, где T=(N-l)/2.

Самодиагностируег.ая систем^ представляется полным графом -кластером. И если система включает в'эго Н=2Т+1 процессов, то она способна обнаружить одновременный выход из строя сразу Т процессов. Однако с -.рактической точки зрения г-а ситуация плоха: необходимо ( N ( N - 1 ))/?. связей для информационного обмена между парами np^eccoe, установление которых может иметь высокую стоимость, кроме того, сама передача информац- л по самодиагностике требует затрат. Иначе говоря, накладные расходы на организацию самодиагностики чрезмерны. С другой стороны, обычно нет необходимости при достаточно больших N обеспечивать такой высокий уровень надежности, поскольку одновременный сбой почти половины процессов крайне маловероятны.

Следовательно, необходимо найти компромисс между требуемы» урознем надежности и накладными расходами. Предложим для нахождения оптимальных затрат следующий подход. Сначала определим необходимую размерность кластера для того, чтобы обеспечить

Vi

О

о-

<2ь

Vj

-О

-4g)

-О

о»

Ai j =0 Ai j = i Aij=x Aij=x

правныи узел неисправный узел а)

ч

\_Aij TN. А12 А23 A3!

VI 0 1

V2 1 X 0

V3 0 1 X

6)

рис 1

- ) -

заданный уровень надеяности Т. Это монно сделать традиционным методом. А затем установим связи в графе процессов так. чтобы каждый процесс входил в какой-либо кластер, кластеры пересекались не менее чем в Т вершинах, и самое главное: диагностирующие связи меяду процессами совмещались с естественными связями между ними, необходимыми по смыслу решаемой ими задач. Максимально совмещение обеспечит минимальные накладные расходы,

В диссертационной работе предлояена кластерная модель развивающая модьль самодиагностики РИВС. Эта модель включает три графа М = < Бп, Сд, Бк >,

где: Бп - граф связи процессов по контексту решаемых ими задач ;

6д - граф самодиагностики на множестве процессов;

Ек - гррф на мнолегтве кластеров. Бп и Бд имеют одинаковый носитель - кноьество процессов Р. Бп = < Р.Ь > - неориентированный, вершины р1, р2 в нем смеяны; если соответствующие процессы устанавливают канал с виртуальный или физический ) обкена информацией. Граф Сд - направленный гриф самодиагностики. Пусть Бд = < Р,Н > - I раф йд со снятий ориентацией дуг. Р"бра, присутствующие и в Сп, и в Бд, определит совмещенные связи. Реб^а, присутствующие в Бд, но не в Бп, определяют связи, установленные специально для самодиагностики, т.е., в конечном счете, накладные расходы. Их величину оценим как | Ч\и |. Таким образом, задача оптимизации проектирования структуры самодиагностики РИВС сведена к задаче построения для данного уровня надеяности Т заданного гр;=Ф* процессов Бн =< Р.и > графа диагностики Сд = < Р.Н > с минимальной | Н\и |.

На основе традиционного теоретико-вероятностного метода определим по заданному уровню надежности необходимое Т. Обычно задается вероятность выхода из строя процесса ч и допустимая вероятность сбоя в самодиагнисируемой системе дО. Поскольку длг случая выхода из строя Т процессов нам необходимо ( 2Т + 1 ) процессов в кластере, наедем минимальный размер кластера N.

рассматривая, последовательно вероятности 01. 02, 03..... 0к .где

Ок образует не более к очибок. эти вероятности подчиняются биноминальнтму распределению. Учитывая монотонность функции

выбирать:

- 8 -т .

г—\ 1 ; 1Т+Ч-С

и1п 7. = 4 (1-4) >= 1-ч0. Ьо

Минимум необходим потому, что в этом случае размерность кластера будет меньше, и меньшее число ребер потребуется в Н, а следовательно, меньше будет и | Н\1/ |.

Кластерный подход к диагностике позвспяет обнаруживать в РИВС не только Т одновременных сбоев при заданной вероятности ч0, но во многих случаях гораздо больше. При условии равномерного распределения случайных сбоев по процессам (по вершинам Бп) эта величина оценивается как

в!п | { Е / Е £ Р, V К - кластер йд, | ЕПК I <= Т } |

Для отражения заданного уровня Т отказоустойчивости в модели используется граф Ск. который строится на множестве кластеров. Две вершины тафа Бк К1 и К2 смежны, если соответствующие им кластеры имеют не менее Т общих вершин. Выход из строя Т процессов удаляет Т вершин в графах Сп и Бд и может разорвать связи вершин в графе Ск. Для передачи диагностирующей информации в РИВС необходимо, чтобы удаление любых Т вершин из Сд не разрушало связность £к.

Таким образом, предложенная кластерная модель развивает известные уздели диагностики в направлении более адекватного учета свойств отказоустойчивости за счет учета связей между кластерами, представляющими группы процессов, и в направлении учета естественных информационных связей ме"'ду процессами, что позволяет совместить их со связью для обеспечения диагностики и тем самым . минимизировать накладные расходы на поддержку отказоустойчивости РПС.

•Свойство тестируемости обеспечивается, если гаждая вершина графа Бп входит а кластер с числом вериин не менее N (И-кластер). Следовательно, задача проектирования оптимальной струь.уры СРИЕС сведена после выбора размера кластера N к задаче оптимального а;е.1браЗоваинй графа Бп в К-кластепний граф, т.е. граф, в котором всякая вершина входит в кластер размера не менее N. Под йг.тимзльным ...зеобразозанисн понимается введение минимального .»ножества ребер в £п. Зта задача в диссерт~:ши реиена на основе

- 9 -

принципов теории харлктеризационного анализа.

Вершина Ui графа Gn. не входящая ни в какой кластер размера не менее N. представляет запрещенную фигуру для N-кластерннх графов. В качестве преобразования запрещенной Фигури в разрешенную предложим построение полного -подграфа на N вершинах графа Gn, одна из которых - Ui. Таких преобразований (Ui) для вершины Ui как запрещенной фигуры возможно множество: всякому подмножеству из N-1 вершины графа Gn-Ui . соответствует преобразование. Стоимость каждого преобразования - количество вводимых ребер для образования в Gn полного подграфа на N данных вершинах Пусть Ui> = { Ui ) - множество запрещенных Фигур, M Y (Ui)} - множество операций преобразования запрещенных Фигио. Предложенный метод оптимального преобразования графа Gn р N - кластерный предполагает построение семанти"еской таблицы -двоичной таблицы, строкам которой соотве..твуют вершины Ui £ 'Jo, стопбцам - операции преобразования F. Элемент (i,]l таблицы равен "1", если операция строит N-кластер с участием вершины Ui, и "О" - ~ противном случае. Кроме того, каждый столбец взвешен множеством Di вводимых в граф Gn операцией ребер и стоимостью операции С] = | Dj |.

Покрытие семантической таблицы определяет неизбыточное множество операций, выполнение которых необходимо для преобразования графа в tl-кластерный. Рассмотрим суммарное множество ребер, вводимых в граф Gn, всеми операциями, входящими в покрытие = (fu.fiî.....^¡.к ). Это будет

Gi -- и DU.

Стоимость покрытия Jfi будем оценивать как 1 G\ | , т.е как суммарное число вводимых ребер.

Таким образом, нахождение покрытия минимальной

стоимг^ти определяет преобразование графа Sn в Н-к.частерннй с минимумом вводимых ребер.

Рассмотрим следующий пример. На рис. 2,а гплоиныки линиями изображен граф Gn. Пунктирны'.' линии показывают на îtom рисунке способы преобразования запрещениях Фигур и i. С^-мггическая таблица преобразования in р N-кластерный :ipnf.eura н:-. Р<с. 2.6

У

а)

(1,2) (1) (2) (1,5) (2,4) (3) (4,5) (3,5) (3,4)

a,b,c а, с, е Ь,о, е а, d , е Ь , d , е с , d, е a,b,d а, с , d Ь, с, d

е 1 1 1 1 1 1

d 1 1 1 1 1 . 1

J¡У ={1,5}

J?, 7ТХ J}A

2,4}

3}

6)

Од:

в) рис. 2

- 11 - __ __ Эта таблица имеет три покрытия: .//,={1,5}, Ж-ИА). У/З=(3). Минимальную стоимо^ь имеет _?Г3 , т.е. добавлением одного ребра между вершинами с и (1 получаем (^-кластерный граф Ед (рис. 2,в).

Для задач проектирования структуры РИВС большой размерности предложим эффективный приближенный алгоритм, основанный на использовании для формирования кластеров имеющихся в Бл максимальных полных подграфов.

Разделим множество взриин 1Л графа Сп на множество VI вершин, каждая из которых входит в И-кластер, и множество ио вершин, не входящих в М-кластеры. Алгоритм итерационно дополняет £п ребрами, включая вершины из ио в VI. На каждой -итерации рассматривается множество максимальных полных подграфов Бп, включающих вершины из Чо. Выбирается максимальный полный подграф с наибольшим числом вершин из Уо. Для него рассматриваются все возможные способы преобразования его в И- кластер включением в Бп ребер. Выбирается способ с наименьшим соотношением к/ро , где к-число добавляемых в £п ребер, ро - число вершин из ио, входящих в образуемый И-кластер. (Заметим, что ро может быть разным для различных способов Формирования И-кластера из данного максимального полного подграфа). Согласно выбранному способу строится М-кластер. Входящие в него вершины из ио удаляются из этого множества и включаются в VI. Если Уо не пусто, выполняется следующая итерация.

Использование кластерной модели позволяет реши.ь вторую часть задачи - обеспечение необходимого уровня отказоустойчивости на уровне кластеров.

Для этого используется кластерный граф Бк. Пусть вершины К! и К] смежны в Бк. Взвесим соединяющее их ребро Ни множеством общих йершин. Рассмотрим произвольный разрез графа Бк

§ =( и1, и2..... ик ). Возьмем множество и = { 1Л, 112.....Чк )

множеств вершин, взвешивающих ребре $> . Если | и | >= Т+1, то удаление Т вершин из Бд не делаит граф Ск несвяяныс. Будем называть граф Ск (Т+1) - связным, если вес любого разреза I Л I >= Т+1.

В диссертации предложен алгоритм оптимального преобразования гра?а ('к в ( Т+! ) - связний, осноеои^мй на минимальном включении ребер в Сд.

Таким )бразом, разработан метод обеспечения заданного

уровня отказоустойчивости РИВС, основанный на установлении минимально необходимых дополнительных связей между кластерами и позволяющий за счет этого строить оптимальную структуру С Р И В Г.

Для использования предложенных методов проектирования структуры CPMBU в практике создания и эксплуатации РИВС в диссертации предложены алгоритмы процедур тестирования и диагностики распределенных информационно-вычислительных систем, на базе которых должно строиться^. системное про, раммное обеспечение СРИВС (SYSTEM LEVEL FAULT DIAGNOSIS). Целью этих процедур является реализация функций обнаружения неисправных процессов в информационно-вычислительных системах.

Мноаество процессов. обеспечивающих самодиагностику, состоит из процесса-менеджера TSTMEN и процессов -агентов EDflTST.

Процесс-менеджер TSTMEN включен в один из процессов РИВС и занимается формированием кластеров по проведению тестирования и диагностики, взаимодействует с менеджером конфигурации при изменении состояний процессов.

Процесс-агент EDflTST должен быть включен в каждый процесс системы, состояние которого может быть подвергнуто тестированию или сам этот процесс будет тестировать другие процессы.

Программное обеспечение EDflTST тестирования и диагностики является "организатором" процедуры выявления неисправных участков системы, который только запускает тестовые задания, а затем собирает и анализирует результаты их выполнения. В качестве тестовых заданий по желанию пользователей могут быть использованы любые программы, включая антивирусные программы, специальные тесты памяти, процессора, дисководов и других периферийных устройств. Если пользователя не удовлетворяют имеющиеся в EDflTST тесты и он хочет использовать какие-то другие, то он сам должен написать анализаторы результатов этих тестов, поскольку для tiJOTST существенным является лишь однозначный результат выполнения теста: либо процесс (устройство) исправен, либо неисправен.

Неисправным считается процесс, если он неправильно или несвоевременно выполнил тестовое задание. При этом даже е^ли тест носит специальный характер ( например, трет МД ), то неисправным для РИВС считается процесс в целом, а информация о конкретной неисправности интересна только для подсистемы (службы)

восстановления.

Модуль связи процесса с системой счи.ается неисправным. ecj.n через него невозможна связь данного процесса в одном ::з двух направлений - в РИВС или из РИВС. .Такую неисправность вэзмонно установить только в случае, если процесс подключен к системе через несколько модулей связи и хотя бы один из них исправьн. В противном случае с .юмощью EDATST невозможно опрепелить, что именно неисправно : процесс, модуль (модули) связи или то и другое вместе.-

Разработаны инструментальные средства оптимального проектирования структуры СРИ^С, представляющие собой набор процедур, обеспечивающих решение задачи оптимальной кластеризации. Программы написаны на Турбо-Паскале для MS DOS. Программные средства включают подсистемы:

SEMANTIC, реализующую точное решение задачи оптимальной кластеризации, которая включает модули:

UerlfyLink, возвращающий true (истино) или false (ложь) в зависимости от того, является граф (Т+1Ьсвязным или нет; BulldTree. осуществляющий построение дерева полных подграфов в графе Gn, заданного матрицей смежности; Plrain, осуществляющий определение минимального покрытия строк столбцами семантической таблицы; FULLGRAPH, реализующую приближенное решение задачи кластеризации.

Таким образом, разработанные инструментальные средства образуют программное обеспечение САПР структуры самодиагностируемой РИВС.

Разработаны инструментальные программные средства поддержки взаимодействия процессов в СРИВС, реализующие предложенные соглашения о взаимодействии процессов. Они обеспечивают:

- обработку запросов на проведение тестирования и диагностики;

- активизацию участников тестирования;

- рассылку тестов и получение результатов тестирования;

- расшифровку синдрома «¿исправности:

- распростоакение диагностической информации;

- сообщение менеджеру диагностики;

- 14 -

- обработку запроса об изменении состояния узла:

- построение диагностических графов менеджером.

Разработанные инструментальные комплексы внедрены б

промышленность а практику автоматизированного проектирования и обеспечения отказоустойчивого Функционирования сложных распределенных информационно-вычислительных систем, в том числе при создании РИВС (локальной вычислительной сети) управления производством микроэлектронной аппаратуры.

Управление технологическими процессами от ЭВМ в реальном масштабе времени требует повышенной надежности устройств управления. В условиях достаточно частых сбоев ЭВМ, например, вследствие условий эксплуатации (вибрации, загрязненности воздуха, напушения температурного режима, скачков напряжения в сети и т.п.), обеспечение повышенной надежности осуществляется за счет самодиагностики. Вследствие этого принципиально важным является применение для достижения требуемого уровня отказоустойчивости средств тестирования и диагностики процессов в РИВС. Решение этой задачи было получено с помощью разработанных в диссертации инструментальных средств проектирования и поддержки СРИВС.

Управление системой в целом и все виды передачи информации производились с помощью средств сетевой операциснной системы ЭРА.

Предложенные методы и протоколы, реализованные в сетевой операционной системе ЭРА. обеспечивают для рассматриваемой системы необходимые характеристики отказоустойчивости системы.

При полном внедрении системы гибкого проектирования и производства микроэлектронной аппаратуры на базе локальной вычислительной сети достигнуты следующие технико-экономические показатели:

- производительность труда персонала возросла в 3-5 раз;

- коэффициент загрузки оборудования возрос в 2-5 раз;

- численность персонала уменьшилась в 2 раза;

- сроки разработки новой продукции сократились в 4-5 раз;

- себестоимость продукции уменьшилась в 1,5-2 раза;

- процент выхода годных изделий достиг 50Х.

Приведенное повышение эффективности производственной

системы стало возможным благодаря принципиальному решению вопроса .'ткззоустойчивости. В случае использования средств

самодиагностики Г'ИВС без применения разработанных инструментальных средств оптимального проектирования структуры РИВС накладные расход» на ее поддержку по экспертной оценке возросли бы на 40-С02.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Задача построения самодиагностируемих распределенных информационно-вычислительных систем является актуальной задачей, позволяющей создавать сложные интегрированные системы на базе новых информационных технологий. ' Ее решение требует разработки новых моделей самодиагностики РИВС, адекватно учитывающих свойства диагностируемое™ систем на уровне связи отдельных элементов системы и на уровне связи частей системы в целом, и методов построения структуры РИВС, учитывающих накладные расходы системы на поддержание самидиагностики.

2. Предложена кластерная модель, развивающая известные графовые модели диагностики в направлении более адекватного учета свойств отказоустойчивости за счет учета связей между кластерами, представляющими группы процессов, и в направлении учета естественных информационных связей мемду процессами, чтс позволяет совместить их со связью для обеспечения диагностики и тем самым минимизировать накладные расходы на поддержку отказоустойчивости РИВС.

3. Разработан метод • решения задачи оптимального проектирования структуры РИВС с заданным уровнем отказоустойчивости, обеспечивающий минимизацию накладных расходов на самодиагностику. Предложен метод, дающьй решение задачи проектирования структуры самодиагностируемой РИВС большой структуры. Разработан метпд обеспечения заданного уровня отказоустойчивости РИВС, основанный на установлении минимально необходимых дополнительных связей между кластерами-и поззолякщиЯ за счет этого строить огни мальку л структуру СРИВС.

4. Предложены соглашения п ьзаи.чолействии процесс.;«, .три выполнении которых РИВС сможет успешно ^ункциокирсв-и-ь при

условии выхода из строя не более заданного числа процессов в каждом кластере, т.з. будет реализовала отказоустойчивость заданного уровня. Предложен алгоритм осуществления самодиагностики PI'BC. основанный на предложенной в диссертации кластерной модели диагностики. Разработаны конкретные выполняющие его процедуры, программная реализация которых практически обеспечивает свойство отказоустойчивости РИВС.

5. Разработаны инструментальные средства, которые образуют программное обеспечение САПР структуры самодиагностируемой РИВС. Разработан комплекс Функций, образующий полный инструментальный набор, необходимый для обеспечения взаимодействия процессов в самодиагностируемой РИВС.

6. Разработанные инструментальные комплексы внедрены в промышленность в практику автоматизированного проектирования и обеспечения отказоустойчивого функционирования сложных распределенных информационно-вычислительных систем, таких, как локальная вычислительная сеть управления произвсдством микроэлектронной аппаратуры.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Коваль И.В., Четвериков В.Н. Средства тестирования локальнных сетей. - В кн.: Логическое управление в промышленности. Тезисы докладов Uli Всесоюзного симпозиума. М.- Ижевск, ИСК АН СССР, 1984,- с. 170-171.

Личный вклад Коваля И.В. заключен в предложенном алгоритме взаимодействия узлов сети для проведения их тестирования.

2. Коваль И.В. Отказоустойчивость локальных вычислительных сетей. - Б кн.: Математическое обеспечение интегрированных систем САПР-ГАП. Куйбышев, КПИ. 19С5, с. 14-16.

3. Коваль И.В. Одношаговая параллельная диагностика в локальных вычислительных сетях. - В кн.: Логическое управление в промышленности. Тезисы докладов IX Всесоюзного симпозиума. К.-Ташкент, НСК АН СССР, 1986, с. 199-201.

4. Коваль И.В. Структура программного обеспечения средств

тестирования и диагностики локальных вычислительных сетей.— В кн.: Логическое управление с использованием ЭВМ. Тезисы докладов X Всесоюзного симпозиума. М.—'Устинов, ИСК АН СССР, 1987, с. 111—«1-14.

5. Коваль И. В. Организация диагностики узлов в сетевой операционной системе ЗРА. Тез. д'окл1. VI Московской городской конферении .молодых ученых и- специалистов по проблемам кибернетики и вычислительной техники. Москва, 1987, с. Мб.

6. (Коваль И. В. Организация тестирования и 'диагностики локальных вычислительных сетей в СОС ЭРА.— В 1кн.: Логическое управление с использованием ЭВМ. Тезисы докладов XI Всесоюзного симпозиума. М.—'Орджоникидзе, НОК АН СССР, 1988, с. 277—281.

7. Коваль И. В. Кластеризация узлов ЛВС для .проведения тестирования и- диагностики сети.— В кн.: Логическое управление с использованием ЭВМ. Тезисы докладов XIII Всесоюзного симпозиума. М.— Симеиз, НОК АН СССР, 1990, с. 359—360.

8. Коваль И. В., Подмосковное А. А. Кластеризация узлов ЛВС.— В кн.: Логическое управление с использованием ЭВМ. Тезисы докладов XIV Всесоюзного симпозиума'. М.— Феодосия, 'НСК АН ССОР, 199:1, с. 208—'211.

Личный вклад Коваля И. В. заключен в характеризацион-ном .подходе к кластеризации -процессов в ЛВС.

Поди, в печать 04.09.92 г.

Эбъе.м 1 печ. л. Тираж 100 экз.

Формат 60X90/16 Заказ № И51

Гипография Москоаского ордена Трудового Красного Знамени горного института.

Ленинский проспект, >5