автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка методов и средств обеспечения живучести распределенных вычислительных систем

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР

Мэсковский ордена Трудового Красного Знамени институт связи

На правах рукописи ЧЕНСИЗБАЕВ БОРАНКУЛ АЛИБЕКОВИЧ

УДК 681. 324

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины, комплексы,

системы и сети

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата-технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте имени Е И.' Ленина на кафедре вычислительной техники.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Ж. С. Сарыпбеков

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ю. Е.Шльников,

- кандидат технических наук,

доцент М-' Ю. Артемьев

Ведущая организация - Институт проблем управления АН СССР ■ Защита диссертации состоится " с}0 " £f/GM&- 1991г. в ч.

на заседании специализированного совета К 118.06.02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени инстиЯуте связи по адресу: 111024, Москва, Е-24, Авиамоторная ул., д. 8а. '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "¡$,0 1991г.

Ученый секретарь специализированного совета К 118. 06.02, к.,т. н. , доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Распределенные вычислительные системы (РВС) - важное звено в развитии и применении средств вычислительной техники при создании различных типов распределенных автоматизированных систем управления'производственными и технологическими процэссами, предприятиями, научными организациями. Актуальность создания и применения РВС определяется также тем, что они служат частью технической базы инфраструктуры информатизации общества на основе новой информационной технологии. Наиболее актуальным направлением совершенствования и развития РВС остается повышение их эффективности. Одним ^з важных показателей эффективности функционирования РВС является живучесть. В связи с этим проблема комплексной оценки и обеспечения- живучести становится неотъемлемой частью проектирования РВС.

Вопросам исследования живучести сложных систем посвящен ряд работ советских и зарубежных ученых. Анализ этих работ показывает, что для большинства из них характерны следующие недостатки. Во-первых, оценка живучести сложных распределенных систем в основном, сводится к анализу связанности элементов при условии, что они абсолютно надежны, либо к анализу живучести отдельных элементов без учета связей между ниш. Во-вторых, большинство ранее предложенных моделей и методов оценки живучести являются, достаточно сложными и трудно реализуемыми для практического применения.

Актуальность работы подтверждается еще и тем, что данное научное исследование проводилось в соответствии, с целевыми программами N 555 от 30 октября 1985г. ГКНТ СССР и N 10/183 от 12 мая 1988г. ГКВТИ СССР, Совета Министров и АН Казахской ССР по созданию республиканской системы передачи данных и опытной зоны республиканской информационно-вычислительной сети как технической базы инфраструктуры ин-'фор'матизации КазССР, а татасе по хоздоговорным темам.

Целью диссертации являются: разработка метода комплексной оценки и обеспечения живучести РВЦ, методов синтеза стук-туры РВС по параметру живучести, создание демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести на примере распределенной-потоковой вычислительной системы . Для достижения этой цели решены следующие задачи:

развитие и обоснование общей модели, и разработка критериев комплексной оценки живучести РВС;

разработка инженерной методики расчета показателей живучести

РВС;

разработка алгоритмов и процедур управления процессами обеспечения живучести РВС в условиях полной и неполной информации о ее состоянии;

разработка модели и методов решения задачи синтеза структуры РВС с повышенной живучестью;

создание демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести РВС.

Метод-ы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены с применением методов теории надежности, теории принятия решений, теории управления, математического программирования и искусственного интеллекта.

Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:

1. Предложено развитие общей модели комплексной оценки и обеспечения живучести,РВС. Разработаны обобщенный показатель.и критерии оценки живучести РВС, учитывающие в отличие от известных критериев как структурные, так и функциональные изменения в системе при воздействии на нее неблагоприятных факторов.

2. Разработан метод оценки текущего состояния и обеспечения живучести РВС, позволяющий принять решения о необходимости реконфигурации структуры, изменения режима функционирования системы и динамического перераспределения нагрузки. Для оценки состояния системы разработаны методики расчета потенциальных, текущих и требуемых значений показателей живучести.

3. - Разработана математическая модель задачи синтеза структуры РВС с учетом требований к ее показателям живучести. Предложены два алгоритма решения этой задачи. В основу первого алгоритма положен декомпозиционный подход, учитывающий структурные особенности задачи.

- Второй алгоритм основан на комплексном решении задачи с помощью модификации метода парных оценок или метода лексикографической оптимизации. Исследование предложенных алгоритмов показало, что первый алгоритм обеспечивает получение решения с заданной точностью, а второй - решение, отличающееся от оптимального не более чем на 8 - 15 %, при этом его вычислительная эффективность на порядок выше первого .

- 4 - . ■

4. Разработан демонстрационный образец экспертной системы обеспечения живучести РВС, основанный на смешанном продукционно - сетевом представлении знаний и дифференцированном подходе выделения множеств групп знаний в виде образцов со своими управляющими модулями.

Личный вклад. Все основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично.

Практическая ценность работы.

.Разработанные в диссертации модели, методы и средства могут быть использованы на этапах проектирования и эксплуатации РВС в условиях воздействия неблагоприятных факторов . Предложенные методы и средства позволяют повысить качество проектирования и управления ресурсами РВС при неблагоприятных воздействиях путем полного учета реальных условий функционирования системы.

Реализация результатов работы.

Основные результаты диссертации получены при выполнении научно-исследоватё'лъских работ в лаборатории " Вычислительные сети и системы передачи данных" Казахского политехнического института, проводимых в рамках вышеуказанных программ.

Разработанные методы комплексной оценки, обеспечения живучести и проектирование РВС с повышенной живучестью в виде пакета прикладных программ " Живучесть" , " Нагрузка", " Расписание " в совокупности с экпертной системой обеспечения живучести РВС использованы при создании опытной зоны республиканской системы передачи .данных , при разработке концепции и проекта программы информатизации республики, при создании Академсети АН КазССР и ЛВС САПР. - Материалы работы используются в учебном процессе Казахского политехнического института по специальностям 21.01 , 22.01 и 22,04. Результаты внедрения диссертации подтверждены соответствующими актами.

Апробация . работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на 15-ти конференциях, семинарах , совещаниях и школах , в том числе на 10-ти всесоюзных.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и включает в себя 50 рисунков, 2 таблицы, список литературы из 184 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту :

1. Организация распределенной обработки информации в РВС при оценке их живучести требует учета как структурных', так и функциональных изменений в системе.

2. Разработанный метод оценки текущего состояния РВС позволяет сократить более чем в три раза время идентификации состояния системы, что обеспечивает оперативность принятия решений для достижения поставленной цели.

3. Представление № - полной задачи синтеза структуры РВС в виде вычислительно-распределительной задачи транспортного типа позволяет провести ее декомпозицию и разработать алгоритм решения задачи с полиномиальной вычислительной сложностью.

4. Исследование и анализ результатов алгоритмов решения задачи синтеза структуры РВС показывают, . что полученные решения отличаются от оптимальнцх не более чем на 8 - 10 X.'

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ,

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность полученных результатов, кратко излагается содержание работы.

В первой главе дан анализ состояния проблемы оценки и обеспечения живучести сложных систем и приведены основные принципы, на основе которых целесообразно проводить комплексное исследование в даннэм направлении. В качестве объекта исследования'выделяется класс РВС, функционирующий в* реальном масштабе времени в условиях воздействий неблагоприятных факторов. Предлагается классификация существующих подходов к обеспечению живучести сложных систем, схема классификации РВС в соответствии с основными принципами их построения. Выделяются отличительные особенности РВС от других типов вычислительных сетей, ' -дается общая модель и критерии комплексной оценки живучести РВС.

• Классификация существующих подходов к обеспечению живучести сложных технических систем (ТС) произведена по следующим признакам: 1) концепциям обеспечения живучести; 2)природе и последствию отказов; 3) способам обеспечения живучести; 4) критериям оценки живучести.

Для выделения особенности построения и организации работы РВС предложена общая схема классификации по признакам, которые существен- 6 -

ным образом влияют на их показатели живучести. В соответствии с классификационной схемой выделяется класс РВС, который относится к специализированной многофункциональной системе с иерархической распределенной структурой и гибридными методами управления, функционирующих в реальном масштабе времени в' сложных промышленных условиях.

Такие классы РВС обладают следующими особенностями: 1) многопроцессорная или многомашинная организация структурных элементов системы, которая позволяет реализовать параллельные вычислительные процессы; 2) распределенная обработка информации на основе использования сетевой системы, распределенных операционных систем^ и базы данных ; 3) доступность и гибкость связей, как между модулями подсистем, так и между структурными элементами (СЭ) РВС, что обеспечивает организацию небольших динамических реконфигураций узловых и канальных ресурсов в зависимости от ситуации в РВС; 4) '-высокие скорости обмена информациями между СЭ (ВС, ВК, ЛВС и АС), обеспечиваемые с помощью локальных или коммуникационных сетей; 5)'РВС предполагает наличие некоторой избыточности вычислительных ресурсов (процессоров, памяти, пакетов прикладных программ, БД, ОС и др.), а также средств функционального контроля работы всех элементов системы.

В работе, согласно общей модели живучести (ОЩ), выделены и математически формализованы следующие этапы комплексной оценки и обеспечения живучести системы: 1) описание действия внешних и внутренних •неблагоприятных факторов (НФ) ; 2)-функциональный контроль и описание текущей ситуации; 3) оценка живучести РВС при возникшей ситуации; 4) обобщение и классификация текущей ситуации; 5) принятие решений по обеспечению живучести; 6) ■ планирование и реализация выбранных режимов функционирования.

Исходя из того, что работоспособность любой РВС определяется наличием- определенного множества жизненно важных ресурсов, которые по функциональному назначению можно разбить на внутренние и внешние. К внутренним ресурсам можно отнести такие вычислительные ресурсы,как производительность, объем памяти, распределенные базы данных, пакеты прикладных программ (ППГО и др; к внешним ресурсам - число исправно работающих сети передачи данных (СПД) и их пропускные способности, распределенная операционная система , сетевая система и . др. Для комплексной оценки живучести РВС, согласно ОШ, предлагается обобщенный ■ показатель (функционал)' следующего вида:

- 7 -

О = г ( (¡, Аг, 02, 01, Ьг ,и0, 11ь, Ё2 ), (1)

где С=(К,и,1,д)- неориентированный,взвешенный граф представления РВС, где N - множество вершин, соответствующих структурному элементу (СЭ), М- множество СПД, I- матрица инцидентности, Б - множество весов вершин и ребер графа; О - множество внешних (АО и внутренних (02) НФ; Б - множество векторов внешних №0 и внутренних. (Иг) ресуров РВС; и- множеств управляющих воздействий, состоящие из £Го- множество задач самоуправления СЭ и множество задач координации работ взоимосвя-занных СЭ; Б - множество обобщенных (Бт) и непредвиденных (Бг) ситуаций, возникающих в системе.

Основными результатами первой главы являются;обоснование поставленных в работе задач,сформулированных на базе структурно-целостного подхода к проектированию сложных ТС;основные задачи комплексного анализа и обеспечения живучести; определение этапа их решения с учетом особенностей функционирования РВС.

Вторая глава посвящена разработкам интегрального критерия оценки живучести, методики расчета показателей живучести, математических моделей и алгоритмов определения и классификации текущих состояний РВС, выбора реальной нагрузки и перераспределения ресурсов системы.

Пусть 1Ыс1г..,<1г.....й^}-множество вычислительных ресурсов РВС;

й -число вычислительных ресурсов г-го уровня иерархической системы, 1 о

1=ТГь; с^- число ресурсов .1-ой подсистемы, Зе^; Ва и Ва(1;) соответственно начальное и текущее значение вычислительного или сетевого ресурса а-го типа, ра- ценность или важность вычислительного или сетевого ресурса а-го типа, причем

Ь _

^ра=1 и О «: ра ^ 1 О € Лг, г=1,Ъ).

а=г

Тогда потенциальную (или номинальную) живучесть- 3-го СЭ РВС можно определить как

£ раз° ( 3 е н,,! = Т71 ). (г>

а=)

Теперь, используя (2),можно записать выражение для определения- 8 -

потенциальной живучести подсистем г-го уровня

Q?= I931 Z PaBa ] U = T7E.). (3)

j=t a=1

где 0 ^ ^ 1 - параметр, определяемый спецификой j-го СЭ, способами организации его взаимодействия с другими элементами системы и требованиями, которые предъявляются к.ее живучести. При определении реальной текущей живучести подсистемы в момент времени t предположим, что потери вычислительных или сетевых ресурсов могут происходить из-за ненадежности функционирования ТС и программного обеспечения. Тогда для j-ro СЭ согласно (2)

d . а

Q3(t), = ]Г Wt) = £ 0aBS(1" 11а-> ( Nг,1= Т7С7), así a=í а

где Л.аи ца- интенсивность отказов и восстановления вычислительных ресурсов a-го тша.

Аналогично (3),для СЭ г-го уровня имеем

<4 áj ка

¡=i a=f

Если учесть,что задания в РВС выполняются независимо друг от друга и в реальном времени на отдельны. СЭ, тогда, используя выражения (3) и (4), можно записать формулы, соответственно для определения потенциальной и реальной живучести РВС в виде:

1 = 1 J = 1 cu=t

L dl ÜJ X

W*> = I { I [ Ífcfi (1- ) ] } • (6)

MÍ - 9 -

Таким образом, выражения (5) и (6) позволяют получить интегральную оценку живучести РВС.

Теперь рассмотрим методики определения составляющих выражения (5), т.е. потенциальных и текущих значений производительности, объема памяти, пропускной способности СЩ,временные характеристики реализации заданного множества задачи в РВС.

Определения потенциальной и текущей производительности СЭ (ВС или ВК) в момент времени t, с учетом средней потери,являющейся следствием ненадежного'функционирования ТС, при условии, что в выполнении любой операции используются не менее двух операторов,которые, соответственно, можно определить как

'(j е нг, i= T7I). (7)

г aj(t) К ! '

W^(t)=2 kj(t) Oj(t) Wj gj 1 -Г-3— UeNj. I=T7I), (8)

где kj(t)= T)j(t) Zj(t}(um k^)-коэффициент, учитывающий простои заявок в ожидании обслуживания и из-за конфликтов при обращении к модулям общей оперативной памяти (ООП), с учетом возможных отказов процессо-ров(ЭВМ), модулей ООП и элементов коммутатора, T}j(t) и îj(t) -текущие значения коэффициентов использования коммутатора и процессоров (ЭВМ); ll^-средняя производительность ¿-й ВС (ВК), в оп/оек; g}- длина машинного слова процессора j-й ВС (ВК), в байтах; a (t) - число исправных процессоров (ЭВМ) j-й ВС (ВК) в момент времени t; и ц® - интенсивности .азов и восстановление процессора (ЭВМ) д-й ВС (ВК).

Пусть âj(t)- математическое ожидание числа исправных процессоров (ЭВМ) в момент в_рем0ни t^O при условии,что в начальный момент времени было исправно а^ процессоров (ЭВМ). Тогда текущую производительность

ВС (ВК) можно определить как

Bj(t)=2 kjtt) ôj») Wj gj и € Nj, 1= TTC). (9)

Если b^ и b^(t), соответственно, число исправно работающих модулей ООП в начальный момент времени t, тог да потенциальный и текущий

-■10 -

h=1

объем памяти 3-й ВС (ВК), соответственно, определяется

■ I ^ и V*) ■ I М*> V**+ V (,0)

где -текущий объем памяти л-го модуля ООП в момент времени ^У*

и У^- суммарные объемы к-го модуля ООП и ВЗУ 3-й ВС(ВК).

Для определения потенциональвой и текущей производательностей и объемов памяти РВС в момент времени г мг.-"чо воспользоваться формулами следующих видов согласно (7)-(8): Ъ г % Ь

(11)

г=1 } г=» -I

кг- системный коэффициент, учитывающий возможные связи меаду СЭ, 0.7 < кг $ 1.

Для вычисления времени реализации заданий в РВС предположим заданными: Н(*)={1,2,...,1,...,т(1)> -"множество заданий,требующих, реализации в РВС в момент времени ^ У{-обьем информации, обрабатываемой при реализации 1-го задания;^-интенсивность реализации 5.-го задания;

и <1{- соответственно, время реализации' на исправной РВС и директивный срок выполнения 1-го задания; = г) / й - важность 1-го задания, где йяшахМЛ. Тогда оцределение текущего значения временя ееягЬ

реализации заданйй на РВС можно производить с помощью выражения

т = Ть 7< + Г*«}' (13)

(ея «ея/я

где Н и Н/Н -соответственно, подмножества заданий, для которых не нарушаются^ нарушаются директивные сроки их реализации из-за воздействия НФ; текущее время реализации задания с учетом нехватки вычислительных ресурсов. При этом параметр Т{({=77т7ТТ) определяется как

?,=г{+(1-ц(п,гт{ и (ЫТтЩ),

(n $ а°)-коэффициент принадлежности то-

где n(n,t)=

о

3W

го,что РВС в момент времени г имеет п исправно работающих СЭ,с суммарной текущей производительностью *п; потенциальная производительность РВС, а°-начальное число СЭ. Эксплуатационную пропускную способность 3-й двухполосной СПД между любыми СЭ можно определить как П3J= где / - коэффициент использования д-й СПД, Т^

и TgJ - соответственно, время передачи информации и общее время эксплуатации СПД;- коэффициент эффективности использования СПД при применении способов повышения достоверности информации; П - номинальная пропускная способность 3-й СПД по Шеннону. Оценки потенциальной и текущей пропускной способности С1Щ РВС, после воздействия НФ, в момент времени t соответственно , определяются как

где Р" , и - соответственно, Вероятности живучести 3-й СПД с

коммутацией пакетов (КП) и коммутацией каналов (КК); М (t) и M (t) -соответственно множества СПД,работающих с КП и КК в момент времени t.

согласно ОМЖ, для обобщения и классификации текущего состояния РВС требуется определение текущих и требуемых значений показателей живучести,которые используются для оценки степени достаточности ресурсов к реализации заданного множества задач H(t) в момент времени t. Определение текущих значений производительности, объема памяти, времени реализации задач и пропускной способности СПД можно производить, соответственно, с помощью формул (1Г)-(14). Для определения требуемых значений этих параметров задаются следующие исходные данные: N(t) и 11 (t)- соответственно, множества исправно работающих СЭ и СДЦ в момент времени t; t{- среднее время решения' задачи в системе; у - интенсивность решения 1-й .задачи. Тогда имеем :

я

(14)

J(.M

jeun(t) j(.vP(t)

m(t)

m(t)

(15)

t=f

(16)

m(t)

m(t)

n(t)rp= 2 JYWV - I VW8t>' d7) ttp= d -

[ где У( (1>{)- общий объем ООП, требуемый для хранения информациии программы при реализации 1-й задачи, в байтах; а{- коэффициент, учитывающий соотношение той части информации, циркулируемой в СПД за единицу времени, к объему информации, обрабатываемой в РВС.

Теперь, используя выражения (Ю)-(13) и (17)-(20), можно определить множества ситуаций, которые возникают в РВС. Для этого вводятся признаки следующих видов:

где Z,(t)=max{0;T.-d,}.C помощью этих признаков можно оценить и обоб-

1 l€H(t) 1 1

щить ситуации, возникающие в РВС, разбить их на подклассы : обобщенные и непредвиденные ситуации.В зависимости от принадлежности текущего состояния РВС к одному из подклассов ситуаций приштглотся решения, которые сводятся, к выбору готового решения из заданного списка либо

к методу определения реальной нагрузки РВС.

Во втором случае принятие решения может осуществляться при полной или неполной информации о текущем состоянии гас . Математические модели соответствующих задач имеют следующий вид :

mft)

m(t)

m(t)

m(t)

n(t)

m(t)

1=1

i=i

3/6

та)

НЦД: 1(хЛ)=т1п | Кг.х) < ,

I ' 1=1

та) та) . та)

1=1 1=1 {=7

та)

Т«( ь / *

р А < 5 » , V О Т 1 } , •

1-1 л

Х{= О Т 1 | , (20)

Т=1

где С{- стоимость обработки единицы объема информации 1-й задачи; И0,

V0 и Л°- соответственно, потенциальные производительность . объем памяти и пропускная способность СЦД РВС.

Задачи (19) и (20) относятся к классу задач целочисленного программирования (цп) с булевыми переменным^ и являются мр - полными. в работе предлагается новый эффективный >метод решения задач (19) и (20), названный методом лексикографической оптимизации ((АЛО), обеспечивающий получение решений с заданной точностью.

следующим этапом управления процессами обеспечения живучести является перераспределение ресурсов РВС по заданиям так, чтобы обеспечивалось их эффективное использование для полного достижения цели функционирования РВС. решение этой задачи выполняется с помощью алгоритмов перераспределения нагрузок в РВС , которое реализовано в виде ППП "Расписание". .

В третьей главе' рассматриваются математическая модель и алгоритм решения задачи проектирования РВС специального типа с централизованно-распределенной структурой по параметру живучести. В РВС решаются множества сложных задач Н = {1,...,1,...,и> , где при выполнении кзадой задачи требуется обработать (кт) объема информации за директивные с^оки <1{. Щи этом каждая сложная задача в свою очередь состоит из множества подзадач (или типовых программных конструкций (ТИК)), реализуемых в виде программных модулей ( Ш ). распределение задач по СЭ и организация обмена информацией между ниш осуществляется с помощью коммуникационной сети(КС) под управлением центрального устройства управления (ЦУУ) . В РВС может использоваться

И = {1,...,г.....а,> - вариантов построения СЭ с производительностью

' - 14 -

Яг(г<еЮ, в байт/сек. и й ={1,...,г,...,й(} - вариантов построения КС. Математическая модель задачи имеет вид: ъ ъ х

1=1 г^тт (ея 1=1 г=1

(21)

£ у1г = 1 , О V 1 (г=ТЛ .геНмГ ), (22)

Ъ Т

£ X 1 х<14=071 ( «я(1=Т7Е ,*=Т7Т)), ■ (23)

1=1 t=1

г

£ рс /ти хш < »Хг (г=Т^>. (24)

р^Р'Ц), (г=ТП), (25)

(1в1'Ь)» (26)

гея'

Ь Г

£ ¡Г < й1 (27)

г=)

если т{г неизвестно, тогда вместо (24) и (27) можно лспользавать г

£ (28) «ен t=l гёя

х т

£ £ V х<г* « ({€Я>- (29)

где С - приведенные затраты на создание в I- м сегменте г—го варианта СЭ и СПД , для связи ЦУУ с сегментом &{и- приведенные затраты на передачу из ДУУ и реализацию 1-й задачи на г-й ВС в t- м интервале времени; ги- среднее время реализации 1-й задачи в г-й СЭ; т - длина Ъ-го интервала времени1 .

Задачи (21)-С2Т) относятся к классу МР-полных вычислительно-рас-Ю - 15 -

пределительных задач ( ВРЗ ) нелинейного целочисленного программирования с булевыми переменными большой размерности . В настоящее время неизвестны эффективные методы решения задачи ВРЗ. Поэтому в работе предлагаются два подхода к решению задачи.

Первый из них основывается в декомпозиционном подходе, позволяющем разбить исходную задачу на две подзадачи в соответствии с ее структурой и переменными уг и cr{lt ({ея, геТТь, т-ед а к' j, которые решаются методом парной оценки и методом лексикографической оптимизации, соответственно.

Второй подход к решению задачи основывается на использовании модификации метода парных оценок .который позволяет сокращать число ите-г раций в зависимости от точности задания вариантов построения , СЭ и учета некоторых, условий, определяющих требования к живучести СЭ и СПД.

Четвертая-глава посвящена созданию демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести (ЭСОЖ) РВС. В главе даются обоснование целесообразности создания, описание принципов построения и архитектуры ЭСОЖ ЕВС. Разработка ЭСОЖ РВС базируется на использовании системы представления данных и знаний (СДЦЗ) H-P/REX.B которой используется модель смешанного продукционно-сетевого представления знаний. Инструментальным языком этой системы является muliep-87•

В работе предложены методики построения базы данных (БД) и базы знаний (БЗ) о РВС с учетом особенностей их построения и режимом функционирования. При этом построение БД основывается на модели представления данных с помощью семантической сети, а БЗ на продукционно-фреймовых моделях. Предложенные методики позволяют реализовать модульный принцип-построения- БД и БЗ о предметной области, посредством разбиения их на независимые группы, согласно сферам применения. Это ускоряет процессы проведения идентификации, поиска и манипуляции над данными. В БД содержится информация о типе и составе РВС, о показателях и признаках живучести, о воздействии Кб, о возможных ситуациях, возникающих в СЭ и РВС в целом, об условиях и режимах их функционирования, способах обеспечения живучести системы, которые представляются в виде совокупности фактов. В БЗ знания о предметной области представляются в виде продукционных правил, которые в достаточно естественной форме позволяют отражать правила поведения экспертов. База знаний ЭСОЖ РВС структуирована в соответствии со следующими классами решае-

- 16 -

лых задач: обобщение и классификация текущего состояния системы; тринятие решений по оценке и обеспечению живучести РВС; определение и юрераспределение нагрузки системы при возникшей ситуации; планирова-ше и реализация выбранных режимов РВС.

Предлагаемый демонстрационный образец ЭСОЖ РВС реализован на 1римере распределенной потоковой вычислительной системы , с использо-занием ПЭВМ PC/XT, AT.

Заключение. В диссертации получены следующие результаты:

1. На основе анализа состояния решения проблемы оценки и обеспе-юния живучести сложных систем развита общая модель живучести на ос-юве структурно-целостного подхода и обоснован критерий комплексной зценки живучести РВС выделенного класса. Предложенные критерии лозво-тяют получить интегральную оценку живучести РВС с учетом во?иожных зоздействий неблагоприятных факторов, текущего состояния системы, зремени решения задачи и алгоритмов эффективного распределения ресурсов системы по заданиям. Отличительной особенностью предложенных фитериев являются возможности одновременного учета параметров оценки зтруктурной и функциональной живучести РВС.

2. В рамках предложенной формализованной общей модели живучести зыделенного класса РВС сформулированы основные задачи комплексной эценки и обеспечения живучести и этапы их решения.

3. Разработаны методики расчета основных показателей живучести производительность, объем памяти, время решения задачи и пропускные ;пособности СПД) при нормальных условиях функционирования и при воз-(ействии неблагоприятных факторов на РВС. Предложены формализованная «етодика описания, обобщения и классификация текущих ситуаций,возни-ающих в РВС, выдачи рекомендаций по принятию решений, по управлению роцессами обеспечения живучести системы.

4. Разработана математическая модель и новый эффективный метод ешения задачи оптимизации процесса выбора нагрузки при полной и не-олной информации о текущем -состоянии РВС. Данный метод, названный етодом лексикографической оптимизации, позволяет получить решение с аданной точностью. Рассмотрены алгоритмы перераспределения ресурсов ВС по заданиям так, чтобы обеспечивалось их эффективное использова-ае для полного достижения цели функционирования системы.

5. Предложена математическая модель и итеративный алгоритм реше-1Я задачи синтеза централизованно-распределенной структуры РВС спе-¡ального класса по параметру живучести, основанный на декомпозиции

- 17 -

вадачи на две подзадачи меньших размерностей с учетом ее специфической структуры и обеспечивающий получение решений с заданной точностью. Рассмотрены способы применения к решению задач метода лексикографической оптимизации и модификации метода парной оценки .

6. Разработан демонстрационный образец экспертной системы обеспечения живучести РВС на базе системы "Н-Р/йЕХ". Для достижения этой цели поставлена задача интеллектуализации механизма управления процессами обеспечения живучести системы, предложены методики построения БД и БЗ, процедуры управления функционированием экспертной системой для принятия решения. В состав экспертной системы также входят ППП "Живучесть", "Нагрузка" и "Расписание".

' СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Сарыпбеков Ж. С., Ченсизбаев Б. А. Метод управления вычислительными процессами в многопроцессорных вычислительных системах. // 4 Всес. школа-семинар по РОИ.- Львов, 1983.-С.70-71.

2. Сарыпбеков Ж. С., Трумов А. Ч., Ченсизбаев В. А. Интерактивная система анализа и синтеза структур ЛВС // 2 Всес. совещ. -семинар по методам синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем. - Саратов, 1986.- С. 84-85.

3. Ченсизбаев Б. А ., Куандыков А. А., Луцкий Г. Ы. Метод ситуационного управления процессом обеспечения живучестью многопроцессорных систем вычислительной сети / 13 Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям. Ч.1.- М: - Алма - Ата, 1988.- С. 376-381.

4. Ченсизбаев Б. А., Сарыпбеков К. С., Куандыков А. А. Метод обеспечения живучести многопроцессорных . систем//2 Всес. науч. -техн. конф. "Живучесть и реконфигурация ИВУС",ч. 2.-М:-Харьков, 1988.-С. 84-85.

5. Ченсизбаев Б. А. Ситуационное управление вычислительными процессами в многопроцессорных системах // 2 Респуб. конф. по проблемам ВМ и АНИ, том 3,-Алма-Ата, 1988. - С. 94.

6. Ченсизбаев Б. А., Сарыпбеков К. С., Куандыков А. А. Принципы создания системы управления процессом обеспечения живучести вычислительных систем // там же. - С. 85.

7. Ченсизбаев Б. А., Мырзабаев М. Е., Байкенов А. С., Ахметов 9. А. Оптимизационная модель проектирования живучих распределенных вычислительных систем //14 Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям:

- 18 -

труды, ч. 1.-Москва-Шнек, 1S89. - С. 148-152.

8. Ченсизбаев R А., Куандыков А. А., Ахметов Э. А. Модель оптимизации проектирования многопроцессорных систем по параметру живучести //11 1 Всес. совещ. по проблемам управления. 4.1.-М. -Ташкент, 1989. -С. 241-242. '

9. Чэнсизбаев R А. Архитектура экспертной системы обеспечения живучести вычислительных систем // Науч. -техн. конф. аспирантов и молодых ученых института. -Алма-Ата: КазПГИ, 1990. - С. 62-63.

10. Гузенко В. Г.,, Ченсизбаев R А., Ахметов Э. А. Продукционно-сетевая система представлении знаний о вычислительной системе в СВДЗ "Н -P/REX". там же, 1990.-С. 60-61. .

11. Ченсизбаев RA. .Гузенко КГ. .Сарьшбеков Ж. С. Структура экспертной системы обеспечения живучести вычислительных систем//Всес.

1 науч. -техн. школа по новым информационным технологиям. -Одесса, 1990. -С. 80.

12. Сарыйбеков Я.С.,Ченсизбаев RA. Метод комплексной оценки живучести распределенных потоковых вычислительных систем//Всес. науч. -техн. конф. "Качество информации".-М., 1990,- С. 109-111.

13. Ченсизбаев RA., Куандыков A.A. Метод обеспечения живучести многопроцессорных систем/Щюектярование информационно-измерительных и вычислительных систем.-статья, Алма-Ата: КазПГИ, 1990.-С.13-18.

14. Ыырзабаев' М. Е., Ченсизбаев RA. и др. Алгоритм распределения нагрузки в распределенной потоковой вычислительной системе//4 Всес. совещ, по распределенным ВС-массового обслуживания.-М.-Душанбе, 1991. -С. 160-161.

15. Сарыпбеков Ж. С., Ченсизбаев R А., Ахметов Э. А. Метод оценки и управления процессами обеспечения живучести распределенных вычислительных систем//4 Всес. совеш, по распределенным ВС массового обслуживания. там же. -С. 161-163.

Подписано в печать 14.05.91 г. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Объем 1,0 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 316. Бесплатно.

Отдел оперативной печати МИС. Москва, ул. Авиамоторная, 8,