автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Исследование и разработка службы управления заданиями для автоматизированных систем специального назначения

Введение.

Глава 1. Обзор методов и средств управления заданиями.

1.1. Средства удаленного ввода заданий.

1.2. Средства распределенной обработки заданий.

1.3. Концептуальные модели СУЗ.

1.3.1. Модель удаленного вызова процедур.

1.3.2. Модель DCNA.

1.3.3. Модель службы JTM ISO.

1.4. Анализ методов и средств управления заданиями.

1.5. Анализ области применения.

1.6. Постановка задачи.'.'.:.

Глава 2. Разработка модели управления заданиями.

2.1. Исследование и выбор принципов управления заданиями.

2.1.1. Запуск работ.

2.1.2. Параллельное выполнение работ.

2.1.3. Синхронизация выполнения работ.

2.1.4. Мониторинг работ.

2.2. Состав и функциональные возможности примитивов.

2.3. Структура информационных компонент.

2.4. Структура функциональных компонент.

2.5. Протокол обмена.

2.6. Протокол обработки спецификаций.

2.7. Управление транспортными пересылками спецификаций

2.8. Выводы.

Глава 3. Разработка службы управления заданиями.

3.1. Функциональная структура.

3.2. Информационная структура.

3.3. Структура управления.

3.4. Модульная структура исполнительной системы.

3.5. Исполнительные средства СУЗ.

3.6. Функциональные средства СУЗ.

3.7.Вывод ы.

Глава 4. Реализация и использование СУЗ в АС СН.

4.1. Отказоустойчивая обработка заданий.

4.2. Автоматизированная подсистема решения задач суточного планирования.

4.3. Управление регламентными процессами.

4.4. Выводы.

Актуальность проблемы. Современный этап научно-технического прогресса характеризуется интенсивной информатизацией общества, которая невозможна без передовой компьютерной техники и информационных вычислительных сетей.

Разработка и реализация сетей ЭВМ требует решения множества проблем, вызванных различием типов объединяемых компьютеров, их архитектур и конфигураций, операционных систем и коммутационного оборудования, физических принципов и алгоритмов передачи данных. Решение этих задач предусматривает разработку системного программного обеспечения, предоставляющего пользователям набор различных сетевых услуг.

Существует класс задач, который предполагает выполнение множества заданий, не требующих интерактивного взаимодействия с пользователями. Задания выполняются на различных ЭВМ в неоднородной вычислительной сети. Такие ЭВМ в данной работе названы исполнительными. При этом необходимо обеспечить пересылку исходных данных в исполнительную ЭВМ, а также пересылку результатов выполнения задания в исходную или другую ЭВМ. Завершение выполнения определенных заданий может служить сигналом для активизации выполнения других заданий. Кроме того, необходимо осуществлять контроль и управление ходом выполнения распределенной обработки заданий. Совокупность заданий, обработка которых объединена одним замыслом, названа сетевым заданием. Пример графического представления выполнения сетевого задания приведен на рис. 1.

Описанный класс задач характерен для предметных областей, которые имеют отработанный производственный цикл, состоящий из совокупности отлаженных технологических процессов, не требующих вмешательства человека.

Этот класс задач характерен для предприятий и ведомств, чья деятельность четко формализована и жестко регламентирована нормативными и распорядительными документами. К таким организациям и ведомствам относятся Вооруженные Силы РФ, а также различные конструкторские организации, например, создающие авиационную технику.

ЭВМ1

ЭВМ2

ЭВМЗ

ЭВМ4

Рис.1. Диаграмма выполнения сетевого задания

Автоматизированные системы специального назначения (АС СН), рассматриваемые в данной работе, - это АС, предназначенные для автоматизации вычислительного процесса в организациях приведенного выше типа. АС СН предъявляют к используемым системным и прикладным программным продуктам требования технологической независимости, информационной безопасности и сертификации. Сертификация предполагает наличие исходных текстов программ, комплектов конструкторской документации и предприятий, сопровождающих жизненный цикл используемых программных продуктов.

Для повышения эффективности функционирования таких АС СН, сокращения сроков их разработки, улучшения управления распределенными процессами необходимо создание службы управления заданиями. Как показал обзор, существующие средства не обладают необходимыми функциональными возможностями и неприемлемы по условиям сертификации. Важность и сложность управления распределенной обработкой заданий в АС СН выдвигают в число актуальных задач исследование и разработку службы управления заданиями.

Дополнительным подтверждением актуальности данной работы являются материалы по стандартизации JTM (Job Transfer and Manipulation) ISO [1,2].

Целью диссертационной работы является исследование и разработка службы управления заданиями для автоматизированных систем специального назначения, которая позволила бы выполнить в неоднородной вычислительной сети распределенную синхронизированную обработку заданий, не требующих интерактивного взаимодействия с пользователем.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы теории сложных систем, теории массового обслуживания, теории вероятностей, математической статистики, теории моделирования.

Научная новизна. Разработана модель службы управления заданиями (СУЗ), выбраны средства описания сетевых заданий и определена их функциональность. Предложены состав и структура исполнительной службы, определен протокол взаимодействия элементов службы. Созданы информационные и управляющие структуры. Разработана имитационная модель для качественной оценки эффективности распределения выполнения заданий для различных алгоритмов. Показана потенциальная эффективность распределения заданий при наличии накладных расходов.

Основными положениями работы, выносимыми на защиту, являются:

1. Модель управления заданиями.

2. Протокол взаимодействия элементов СУЗ.

3. Исследование модели и протокола СУЗ.

4. Исследование эффективности алгоритмов распределения заданий.

5. Прикладные аспекты (модульная структура и состав СУЗ, информационные структуры СУЗ).

Практическая значимость работы. Разработанные средства СУЗ могут быть использованы в автоматизированных системах предприятий и ведомств, чья деятельность четко формализована и жестко регламентирована нормативными и распорядительными документами: в АС ВС РФ, а также в АС различных конструкторских бюро, создающих сложную технику.

Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, подтверждена корректностью анализа возможных вариантов построения СУЗ и экспериментальной проверкой принятых решений.

Реализация результатов исследования. Служба управления заданиями использовалась при создании системы управления регламентными процессами и программного комплекса обеспечения отказоустойчивой обработки заданий, разрабатываемых в интересах Военно-воздушных сил, Управления Начальника вооружения ВС РФ и Управления Начальника связи ГШ ВС РФ.

С помощью СУЗ удалось уменьшить время разработки прикладных систем, повысить оперативность решения задач, сократить сроки принятия решений, повысить надежность выполнения ответственных заданий при минимизации накладных расходов, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Апробация. Отдельные результаты диссертационной работы излагались на следующих научных конференциях:

VIII Всесоюзном семинаре «Персональные ЭВМ и локальные сети» (г. Новый Афон), на IV Всесоюзном межвузовском семинаре «Диалоговые средства распределенной обработки данных в комплексах и сетях ЭВМ» (г. Москва), на Московской научно-технической конференции «Информатика, телеобработка и персональные компьютеры» (г. Москва), на Всероссийской научно-технической конференции "Перспективы развития оборонных информационных технологий" (г. Воронеж). Также некоторые положения работы обсуждались на научных семинарах, проводимых на кафедре "Компьютерные системы и технологии" МИФИ.

Научные публикации. По теме диссертации автор имеет 7 печатных работ, список которых приведен в конце диссертации.

13. Основные результаты работы докладывались на VIII Всесоюзном семинаре «Персональные ЭВМ и локальные сети» (1986г. г.Новый Афон), на IV Всесоюзном межвузовском семинаре «Диалоговые средства распределенной обработки данных в комплексах и сетях ЭВМ» (1990г. г.Москва), на Московской научно-технической конференции «Информатика, телеобработка и персональные компьютеры» (1991г., г.Москва), на международной конференции "Computer science and information technologies" (1999г. г. Москва), на научно-технических семинарах в МИФИ.

14. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Заключение

В настоящей работе решена задача исследования и разработки службы управления заданиями для автоматизированных систем специального назначения, которые характеризуются отработанными производственными циклами, не требующими удаленного интерактивного взаимодействия.

1. ISO/IEC 8831 " Information technology Open Systems Interconnection -Job transfer and manipulation concepts and services, Second Edition, 1992-03-01. p.lll.

2. ISO/IEC 8832 " Information technology Open Systems Interconnection -Specification of the Basic Class and Füll Protocol for job transfer and manipulation, Second Edition, 1992-03-01. р. 111.

3. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных. Под ред. Ф.Ф.Куо.Москва , "Радио и связь", 1985. Глава 3. Дж.Дей. Протоколы терминала, протоколы передачи файлов и удаленного ввода заданий для неоднородных сетей ЭВМ.

4. Я.А.Кикутс.Выполнение заданий в вычислительных сетях. Тезисы докладов второй Всесоюзной конференции "Вычислительные сети коммутации пакетов", г.Рига, 1981. Часть 1. С. 192-193.

5. В.П.Шурабура. Распределенная операционная система вычислительной сети ЕС ЭВМ. Тезисы докладов второй Всесоюзной конференции "Вычислительные сети коммутации пакетов", г.Рига, 1981. Часть 2. С.30-33.

6. В.В.Кравченко, С.Б.Сорокин. Удаленный ввод заданий в вычислительной сети ЕС ЭВМ. -В кн.: Четвертая Всесоюзная конференция "Вычислительные сети коммутации пакетов КОМПАК-85", г.Рига, 15-17 октября, 1985. Том 2. С.84-86.

7. А.И.Никитин, С.С.Шалугин, Я.П.Дорий, А.К.Школяренко. Локальная вычислительная сеть ПРОЦЕСС. УСиМ, 4(78), 1985, С.40-45.

8. А.Т.Бондаренко, В.В.Гусев, А.И.Никитин, В.Л.Озерный, Г.С.Серынов, С.С.Шалугин. Протокол удаленного ввода заданий для сети коммутации пакетов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, г.Рига, 1979.С.61-62.

9. В.А.Короткевич, И.В.Максимей, А.Л.Щерс. О реализации диспетчера коллективного пользования для ЕС ЭВМ. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, г.Рига, 1979.С.132-138

10. С.В.Круминь, Ф.А.Скляревич. Программное обеспечение ввода-вывода заданий в неоднородных многомашинных комплексах. Тезисы докладов Всесоюзной конференции, г. Рига, 1979.С.138-144.

11. О.Вайт.Фирма Digital. Сети, №2, 1994. С.55-58.

12. Энди Брэй. Компьютерные сети фирмы Digital. Сети №7, 1994. С.4046.

13. Alpha АХР Applications Catalog, Digital, November, 1994,p.671.

14. Э.Немет,Г.Снайдер, С.Сибасс, Т.Хейн. UNIX: Руководство системного администратора.С-Петербург, 1997. 832с.

15. Д.Армстронг. Секреты UNIX. Диалектика, Киев, 1996, 572с.

16. Ли Мак-Лахлин. UNIX в исходных текстах для IBM PC. Открытые системы, Весна, 1994. С.3-7.

17. Сергей Кузнецов, Глеб Ладыженский. UNIX в мире и в России: вчера, сегодня, завтра. PC Magazine/Russian Edition, №6, 1993. С.55

18. Дэвид С.Линтикам, Стивен Дж.Воэн-Николс. UNIX на платформе Intel: чудесное превращение. PC Magazine/Russian Edition, №6, 1993. С.7-15.

19. Г. Кузнецов. Многозадачность в UNIX. Компьютерра №29 (109), 28 Августа 1995. С.34-39.

20. David Fielder. UnixWare 2.0: достоинства и недостатки. Computerweek-Moscow, №32, 1995. С.31-44.

21. Полина Борсук. Спокойное плавание с UNIX. Мир ПК, №10, 1992. С.51-55.

22. Н.Дубова. HP SharedX-инструмент для построения коллективных приложений. Открытые системы, Осень, 1994. С.62-67.

23. Николай Гукасьян. Banyan решение для любых компьютерных сетей. Read.me. №2, 1993. С. 16-19.

24. Mark Gibbs.Сетевые инструментальные средства: программы выполнения пакетных заданий и проникновения в NetWare с черного хо-fla.Computerworld-Moscow.№40 (148), 20-26 октября 1994, С. 1-12.

25. В.Б,Карабутов, Л.Ю.Беляев. Новые сетевые ОС фирмы Novell. Мир, ПК №6, 1993, С.57-64.

26. Каталог продуктов фирмы Novell. Компьютер Пресс, №3, 1992.

27. Каталог продуктов фирмы Novell. Компьютер Пресс, №7, 1992.

28. М.Б.Постовский. Межсетевые коммуникации в сетях NetWare. Сети. №2, 1994. С.47-54.

29. Барри Нанс. Создание загружаемых модулей NetWare. PC Magazine/Russian Edition, №1, 1994, С. 117-124.

30. А.Э.Чернин. NetWare 3.11 или NetWare Lite? Мир ПК, №4, 1993. С.4045.

31. Руководство пользователя продуктов Novell. ТОО «Руслан», г.Иваново, 351с.

32. Брайан Ливингстон. И наконец новая и улучшенная. Мир ПК №4, 1992, С.111-118.

33. Джефф Просис. Многозадачный режим в Windows. PC Magazin/Russian Edition/ №6.1994. С. 188-191.

34. И.Г.Федоров.Новые технологии в Windows NT, или Назад в будущее. Мир ПК, №7, 1994. С.96-100.

35. Д.Рогаткин. Windows NT 3.5 перед выходом. Компьютер Пресс, Октябрь, 1994, С.35-36.

36. Е.Ленгрен. Windows NT год спустя после дебюта. Открытые системы сегодня. №13, Сентябрь 9,1994. С.3-4

37. Leo Spiegel. Microsoft SMS управляет распределенными системами. Computer World-Moscow. №13. 1995. С. 16-18.

38. Бен Эзел. Windows NT: больше не оболочка. PC Magazine/Russian Edition, №6, 1993. С.41-53.

39. Ф.Хоулетт.Семь ключей к изучению Windows NT. "Пергамент", г.Санкт-Петербург, 1995 С.350.

40. Решения Microsoft. Microsoft АО. 1995.С.94.

41. А.Кожемяко. Solaris или Windows NT ? Компьютерра №28 (108) 21 Августа 1995. С.30-31.

42. Alan S.Kay. Windows NT или UNIX ? Computerweek-Moscow №32, 1995.С.19-20.

43. М.Серебряный. Windows NT или UNIX? Открытые системы, Зима, 1994. С.4-7.

44. Edwin E.Mier, David С.Mier,Robert J.Smithers. Сравнение трех сетевых операционных систем: IBM LAN Server, Microsoft Windows NT и Novell NetWare. Computerweek-Moscow, №32, 1995. C.23-29.

45. Кэвин Фогэрти. NetWare и NT. Сети, №5,1995, C.62-64.

46. Фред Шпаниер. Windows NT против NetWare 4.0. Мир ПК, №3, 1993, С.54-55.

47. Ольга Беликова, операционная система OS/2. Мир ПК, №7, 1994, С.128-129.

48. В.А.Груздев. OS/2 и AIX: одноранговые сети персональных систем и UNIX-рабочих станций. Открытые системы, Весна, 1994. С. 12-16.

49. Николас Петрели. OS/2 Warp Connect новая разработка IBM.Сети №5, 1995, С.120-121.

50. Джо Сейлеми. OS/2 2.1: 32-разрядный посланник IBM возвращается. PC Magazine/Russian Edition. №6, 1993. С.31-37.

51. Михаил Чернышев, Владимир Кириллов. Страна OS/2. Hard and Soft. Март,1995. С.38-45.

52. Э.С.Таненбаум. Распределенные вычисления. Открытые системы,№2,1993.

53. С.Элсоп. Распределенные вычисления исповедь Web-наркомана.Точка зрения. Computerworld №32, 1996.

54. Г.Ладыженский.Распределенные вычисления. Технология «клиент-сервер» и мониторы транзакций. Открытые системы, №3, 1994 г.

55. Н.И.Вьюкова. Продукты Informix и распределенные вычисления. Системы управления базами данных. №4, 1995.

56. Ф.Бернстайн. Middleware: Модель сервисов распределенной системы. Системы управления базами данных. №2, 1997.

57. Проект DCE: Распределенные Объекты Повсюду. Открытые системы, Зима, 1994. С. 17-20.57. "Еще раз о "/"". Открытые системы, Зима, 1994, с. 13-16.

58. Paul Kapustka. OSF расширяет возможности Среды DCE. Computerweek-Moscow, №19.1995.

59. Shawn Willett. IBM рекомендует менеджерам систем клиент/сервер: выбирайте DCE. Computer World-Moscow, №42.1994.С.50.

60. Paul Korzeniowski. В ожидании Distributed Computing Environment. Computer World-Moscow. №12, 1995. C.23-24.

61. К.В.Ахтырченко, В.В.Леонтьев. Распределенные объектные технологии в информационных системах. Системы управления базами данных №5-6, 1997, С.52-64.

62. Г.Ладыженский."Технология "клиент-сервер" и мониторы транзакций". Открытые системы.Лето, 1994.С.4-11.

63. Г.Барон, Г.Ладыженский. Технология тиражирования данных в распределенных системах. Открытые системы, №2, 1994. С. 17-22.

64. В.И.Артемьев.Обзор способов и средств построения информационных приложений. Системы управления базами данных, №5-6, 1996.

65. В.Коржов. Сетевые вычисления Oracle. Computerworld Россия. №19,1997.

66. Г.Ладыженский. Распределенные информационные системы и базы данных. Computerworld Россия, №9, 1996.

67. Протоколы распределенной обработки информации. Серия «Технологии электронных коммуникаций», том 26, Москва, Эко-Трендз,1993.

68. RPC: Remote Procedure Call Protocol Specification /Version 2/.Sun Microsystems Inc., June, 1988.

69. Birrell A.D., Nelson B.J. Implementing Remote Procedure Calls. XEROX CSL-83-7, October, 1983.

70. John Bloomer. Power Programming with RPC.O'Reilly&AssociatesJnc., 1992, p.486.

71. James Finnegan. Building Windows NT-Based Client/Server Applications Using Remote Procedure Calls. MSJ:1994 #10(Oct).P.l-24.

72. RPC Programmer's Guide and Reference. Windows NT 3.5 SDK, Microsoft Development Library.

73. M.Miyazawa, K.Murata, Y.Kato. DCNA File Transfer/Access and Job Transfer Protocols. Review of the Electrical Communication Laboratories. Vol.30., No 1. January, 1982, pp. 181-196.

74. Iwao Toda. DCNA Higher Level Protocols. IEEE Transaction on Communications, Vol.COM-28, No 4,April,1980, pp.575-583.

75. A.Ruszkowska. Optimal Job Sharing in a Distributed Computer System. Proceedings of International Symposium "Network in office automatization", 25-30 September, 1984, Sofia, p.522.

76. Experience in File and Job Service Implementation Using the British "Color Books". Proceedings of International Symposium "Network in office automatization", 25-30 September, 1984, Sofia, p.50.

77. Л.Б.Богуславский, В.И.Дрожжинов, Т.А.Семенова. Исследование сети СЕКОП с помощью моделирования и измерений.АВТ,№2,1983, С.21-31.

78. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Процессы управления потоками задач в вычислительной сети. Тезисы докладов второй Всесоюзной конференции "Вычислительные сети коммутации пакетов", г.Рига, 1981. Часть 2. С.22-26.

79. Лазарев В.Г. Процессы управления распределением задач в сетях ЭВМ. В кн.: Пятая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Часть 1. Москва-Владивосток. Научный совет по комплексной проблеме "Кибернетика" АН СССР, 1980, С. 15-18.

80. Никитин А.И.,Серыков Г.С., Шалугин С.С. Подсистема планирования работ локальной сети. В кн.: Сети ЭВМ: Материалы семинаоа. М.:МДНТП, 1982, С.150-151.

81. В.И.Васильев, K.P. Гуарян, В.М.Коновалов. Адаптивная диспетчеризация задач в сетях ЭВМ. УСиМ, 5 (55), 1981, С. 17-22.

82. И.И.Дзегеленок, Е.Г.Волков, О.А.Брежнева. Потоковая обработка больших задач на сетях ВЦ. В кн.: Шестая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Часть 2. 1981, С.9-14.

83. О.Г.Монахов, И.Н.Авдеенко. Исследование децентрализованного алгоритма распределения заданий в вычислительных системах с программируемой структурой. В кн.: Шестая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Часть 2. 1981, С.33-35.

84. О.Г.Монахов. Об одном методе децентрализованного распределения заданий в вычислительных системах с программируемой структурой. АВТ, №1,1983, С.7-13.

85. Ю.Н.Потапова. Об алгоритмах распределения задая в вычислительных системах с программируемой структурой. В кн.: Девятая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Часть 3.1. С. 114-118.

86. О.Н.Рубальская. Оценка эффективности алгоритмов распределения заданий в сети ЭВМ. В кн.: Девятая Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Часть 3.1. С. 119-123.

87. С.П.Гриша, Ю.П.Зайченко, Е.Б.Мисюра. Алгоритмы диспетчеризации потоков задач в сетях вычислительных средств. УСиМ, №4, 1976, С.42-46.

88. Miron Livny, Myron Melman. Load Balancing in Homogeneous Broadcast Distributed Systems. PER, Vol.11,No 1, 1982.

89. Chow Y.C., Kohler W.H. Models for dynamic load balansing in a heterogeneous multiple processor system. IEEE Transactions on computer. 1979/ Vol.C-28. No 5. P.354-361.

90. Roome W.D., Torng H.C. Modeling and design of computer networks with distributed computation facilities. Proceedings of the 1974 Symposium IEEE Computer Society Trends and Applications, Gaithersburg, Maryland, 1974.P.30-39.

91. Жуков И.Ю., Окороченко Г.Е. Моделирование алгоритмов распределения заданий в сети ЭВМ с шинной архитектурой. В сб.Теоретические и прикладные вопросы автоматизации проектирования вычислительной техники. М., Энергоатомиздат, 1989, с.61-65.

92. Жуков И.Ю., Короткое С.В., Окороченко Г.Е. Концептуальная модель системы управления заданиями локальной сети ЭВМ. В сб.: ЭВМ и локальные сети в автоматизированных системах. М., Энергоатомиздат. 1990, С.81-83.

93. Окороченко Г.Е., Жуков И.Ю. Взаимодействие протокола управления заданиями с другими сетевыми службами. В кн.: Материалы VIII школы-семинара "Персональные компьютеры и локальные сети".Новый-Афон, 1986. С.40-41.

94. Жуков И.Ю., Окороченко Г.Е., Короткое С.В. Монитор службы управления заданиями ЛВС МИФИР. Тезисы докладов IV Всесоюзного межвузовского семинара "Диалоговые средства распределенной обработки данных в комплексах и сетях ЭВМ". МИФИ,М., 1990, с.12-13.

95. Igor Yu. Zhukov. The Server Cluster for a Task Management Service. Proceedings jf the Workshop on Computer Science and Information Technologies CSIT'99, Moscow, Russia, 1999.1. ИОССИЙСОА^rwWSl""1. Jicnîlp1. G-0{