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

! 1 Ь»

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт связи

На правах рукописи ЧЕНСИЗБАЕВ БОРАЕКУЛ АЛИБЕКОВЙЧ

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 .

/ Д "/ ; ;/

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

Научный руководитель - кандидат технических наук,

' доцент Ж. С. Сарыпбеков

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ю. Е.Мельников,

- кандидат технических наук,

доцент М.' Ю. Артемьев ■

Ведущая организация - Институт проблем управления АН СССР ■ Защита диссертации состоится "<£О " i//o/iJX- 1991г. в /5 ч. на заседании специализированного совета К 118.06.02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте связи по адресу: 111024, Москва, Е-24, Авиамоторная ул., д. 8а '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "с? О " ?fU£t*2u 1991г.

Ученый секретарь специализировшшого 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 процессами, 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 элем-знтов без учета связей между ними. 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. ГКНГ 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-'форматизации КазССР, а также по хоздоговорным темам.

Целью диссертации являются: разработка метода комплексной оценки и обеспечения живучести РБСи 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:

о

развитие и обоснование общей «одели, 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 РБС, 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 задэт.ной точностью, а второй - решение, отличающееся от оптимального не более чем на 8 - 15 %, при этом его вычислительная эффективность на порядок выше первого .

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-исследовате'льских 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 используется 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 вычислителйно-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 показывает, . что полученные решения отличаются от оптимальнцх не более чем на 8 - 10 %.'

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 данном 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 типсв 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- б -

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 (ОМЖ), 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 (ППП) и.др; к внешним ресурсам - число исправно работающих сети передачи данных (СЕД) и их пропускные способности, распределенная операционная система , сетевая система и др. Для комплексной оценки живучести РВС, согласно ОМЖ, предлагается обобщенный• показатель (функционал)' следующего вида:

- 7 -

Q = / ( G, Q1, 02, Dr, Ъг ,Uc,'Uk, S1, S2 ), (1)

где G=(N,M,I,D)- неориентированный,взвешанный граф представления РВС, где N - множество вершин, соответствующих структурному элементу (СЭ), М- множество СГЩ, I- матрица инцидентности, D - множество весов вершин и ребер графа; П - множество внешних (Пт) и внутренних (П2) НФ; D - множество векторов внешних (Dt) и внутренних (Ü2) ресуров РВС; U- множеств управляющих воздействий, состоящие из Ус- множество задач самоуправления СЭ и Uk- множество задач координации работ взоимосвя-занных СЭ; S - множество обобщенных (S/) и непредвиденных (S2) 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 D={d(...,dl,...,di)-MH0KecTp0 вычислительных ресурсов РВС;

d,-число вычислительных ресурсов 1-го уровня иерархической системы, ' о

1=Т7ь; d- число ресурсов J-ой подсистемы, dcNj; Ва и Ba(t) соответственно начальное и текущее значение вычислительного или сетевого ресурса a-го типа, ßa- ценность или важность вычислительного или сетевого ресурса a-го типа, причем

ч _

£j3a=i И о « ßa «м (j е 1.-1,1).

а=»

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

£ ß^jg ( 3 е Nj.i = ТП ). (2)

a=f

Теперь, используя (2),можно записать выражение для onpöделения

- 8 -

потенциальной живучести подсистем 1-го уровня

10з[ I ] О -ТГС.). (3)

а=?

где О < < 1 - параметр, определяемый спецификой ¿-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 ¿-го СЭ согласно (2)

ва«>, = £ РдВдШ = £ рХо- -£-) С Зе н1.г= Т7С7),

а=1 а=1 а

где ^аи ца- интенсивность отказов и восстановления вычислительных ресурсов а-го типа.

Аналогично (3),для СЭ 1-го уровня имеем

¿=1 а=т

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

й

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

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

Определения потенциальной и текущей производительности СЭ (ВС или ВК) в момент времени г, 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

= 2 £ »ц ен ' (1 е н,. 1= ТП), (7)

г V Ъ ! ■

к^т м»у в,М - £ т-5- (Зе^, г=Т71), (8)

где к^(г)= т)^) ^(1)(или к?1)-коэф1ициент,учитывающий простои заявок в ожидании обслуживания и из-за конфликтов при обращении к модулям общей оперативной памяти (ООП), с учетом возможных отказов процессоров (ЭВМ), модулей ООП и элементов коммутатора, т^Ш и ^(Ю -текущие значения коэффициентов использования коммутатора и процессоров (ЭВМ);

-средняя производительность з-й ВС (ВК), в оп/сек; длина машинного слова процессора з-й ВС (ВК), в байтах; а (Ю - число исправных процессоров (ЭВМ) д-й ВС (ВК) в момент времени I; и ц® - интенсивности .азов и восстановление процессора (ЭВМ) 3-й ВС (ВК).

Пусть Oj('t)- математическое ожидание числа исправных процессоров (ЭВМ) в момент врембни при условии,что в начальный момент времени было исправно а^ процессоров (ЭВМ). Тогда текущую производительность

ВС (ВК) можно определить как

к^) а^Ш WJ (3 е Ыг, г= Т71). (9)

Если ъ^ и Ь^Ш, соответственно, число исправно работающих модулей ООП в начальный момент времени 1;, тогда потенциальный и текущий

-Ю -

объем памяти ¡¡-й ВС (ВК), соответственно, определяется Ъ,

I I

где -текущий объем памяти ъ-го модуля ООП в момент времени

т

и 1 - суммарные объемы л-го модуля ООП и В5У 3-й ВС(ВК).

Для определения потенциональной и текущей производительностей и объемов памяти РВС в момент времени г мс-"чо воспользоваться формулами следующих видов согласно (7)-(8): I , . Ъ

^ ] и. W^&fE^ (t)

1 = 1 К J 1=1 L JtNJ " J

(11)

VPBC= I kxfZvr] и <12>

1 = 1 JCN^ J 1 = 1 LJ€Wj J

кг- системный коэффициент, учитывающий возможные связи между СЭ, О.Т ^ кг ^ 1.

Для вычисления времени реализации заданий в РВС предположим заданными: H(t)={1,2l....i,...ln)(t)} -'множество заданий,требующих реализации в РВС в момент времени t, У{-обьем информации, обрабатываемой при реализации 1-го задания; ^-интенсивность реализации i-ro задания; t( и d{- соответственно, время реализации на исправной РВС и директивный срок выполнения 1-го задания; = (d-d{; / d - важность 1-го задания, где d=maxid.). Тогда определение текущего значения времени 1€НСЪ

реализации заданий на РВС можно производить с помощью выражения Т = lit т', + £ e, 7t'(*t+ 5t).. (13)

i<EH 1ЧВ/К

*

где H и Н/Я -соответственно, подмножества заданий, для которых не нарушаются ji нарушаются директивные сроки их реализации из-за воздействия НФ; Т,- текущее время реализации задания с учетом нехватки вычислительных ресурсов. При этом параметр Тl(i=i,m.(t)) определяется как

T{=t{+(1-ii(n,t))t{ и (i=i;ra(t)),

w , + w + w

Tl-1 n tl+ i . n

где (i(n,t)=-5- (n ^ а )-коэффициент принадлежности то-

3«

го,что РВС в момент времени t имеет'п исправно работающих СЭ,с суммарной текущей производительностью Wn; И0- потенциальная производительность РВС, а°-начальное число СЭ. Эксплуатационную пропускную способность j-й двухполосной СЕД между любыми СЭ можно определить как 11^= ^кд^к^П^, где keJ=TnJ / - коэффициент использования j-й СЦЦ, Т^

и - соответственно, время передачи информации и общее время эксплуатации СПД;' knJ - коэффициент эффективности использования СДЦ при применении способов повышения достоверности информации; П - номинальная пропускная способность д-й СЦЦ по Шеннону. Оценки потенциальной и текущей пропускной способности СЦД РВС, после воздействия НФ, в момент времени t соответственно , определяются как

Ф I и П<*>= I ржи Aj + I Р«Ш . (14)

JèM je unct) jeuPct)

где и соответственно, вероятности живучести j-й СПД с

коммутацией пакетов (КП) и'коммутацией каналов (КК); 11 (t) и U (t) -соответственно множества СЦЦ,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 СЦД'можно производить, соответственно, с помощью формул (1Г)-(14). Для определения требуемых значений этих параметров задаются следующие Исходные данные: N(t) и M(t)- соответственно, множества исправно работающих СЭ и СЕД в момент времени t; tt- среднее время решения задачи в системе; у - интенсивность решения 1-й задачи. Тогда имеем :

met J

m ft;

V

1=1 1=1

W(t)rp= £7tW <I5> ™>ТР = Е WV' <I6>

m(t)

n(t)

ЩХ)ТР= 2 £at7tW - £ кп{Т{У{<9(). (17) тгр= d = mz wt},(18)

iti lit ItS(t)

где У{(и{)- 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 выранения (10)-(13) и (17)-(20), можно определить множества ситуаций, которые возникают в РВО. Для этого вводятся признаки следующих видов:

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

4 liE(t) 4 *

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 принимаются 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 РВС . Математические модели соответствующих задач имеют следующий вид :

т( t)

m(t)

m(t)

m(t)

LWV *«<*<*>• "2JWT{ vet)<n(t)

1=1

та)

та) та) . та)

1=1 1=1 1=1

та)

р А < 5 ! . Х{= О V 1

1=1

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

V0 и П°- соответственно, потенциальные производительность , объем памяти и пропускная способность СГЩ РВС.

Задачи (19) и (20) относятся к классу задач целочисленного программирования (ЦП) с булевыми переменными и являются ИР - полными. В работе предлагается новый эффективный -метод решения задач (19) и (20), названный методом лексикографической оптимизации (ГАЛО), 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.....ш> , где при

выполнении каждой задачи требуется обработать ({£т) объема информации за директивные 'сроки й{. При этом каждая сложная задача в свою очередь состоит из множества подзадач (или типовых программных конструкций (ТЛК)), реализуемых в виде программных модулей ( ПМ ). распределение задач го СЭ и организация обмена информацией между ними 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

НЩ1: 1(х^)=т1п { 1(г,х)

(20)

Wr(reR), в байт/сек. и R =Í1,...,r,...,d(} - вариантов построения КС. Математическая модель задачи имеет вид:

l L т

1 = 1 rtmiR' 1=1 t=1

£ ylr = 1 . Угтг 0 v 1 (I=T7I ,r€R\R' ). (22)

rtRUR'

T

1=1 t=1

X' Y, Xilt= 1 ^ir071 ( t€H(l=TTI ,t=T7t)), (23)

T

£ ZV< /TUxiit (24)

t=í r(R

J^P^j^ ?*(T). (Z=TTE), (25)

r€R

. Ихг»^ (26>

Ь Г

X X ги ^чн « й1 (««>• (27)

г=1 t=í

если г{1 неизвестно, тогда вместо (24) и (27) можно лспользовать г

Е & * & Т у1г С1=17ы. (28)

«ея гел

ь г

X Е * ({ег)* (29)

г=1 t=í

где Сг - приведенные затраты на создание в г- м сегменте г-го варианта СЭ и СПД , для связи ЦУУ с сегментом Ст- приведенные затраты на передачу из ЦУУ и реализацию 1-й задачи на г-й ВС в 1;- м интервале времени; т{1- среднее время реализации 1-й задачи в г-й СЭ; г - длина 1;-го интервала времени .

Задачи (21)-(27) относятся к классу НР-полных вычислительно-рас-■т - 15 -

пределительных задач ( ВРЗ ) нелинейного целочисленного программирования с булевыми переменными большой размерности . В настоящее время неизвестны эффективные метода 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 у1г и xllt(iza,гсП,, гея v я'), 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 итег раций в зависимости от точности задания вариантов построения , СЭ и учета некоторых условий, определяющих требования к живучести СЭ и СЦД.

Четвертая-глава посвящена созданию демонстрационного образца экспертной системы обеспечения живучести (ЭСОЖ) РВС. В главе даются обоснование целесообразности создания, описание принципов построения и архитектуры ЭСОЖ РВС. Разработка ЭСОЖ РВС базируется на использовании системы представления данных и знаний (СПДЗ) h-p/rex.b которой используется модель смешанного продукционно-сетевого представления знаний. Инструментальным языком этой системы является mulisp-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 НФ, 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 -

мых задач: обобщение и классификация текущего состояния системы; принятие решений по оценке и обеспечению живучести РВС; определение и перераспределение нагрузки системы при возникшей ситуации; планирование и реализация выбранных режимов РВС.

Предлагаемый демонстрационный образец ЭСОЖ РВС реализован на примере распределенной потоковой вычислительной системы , с использованием ПЭВМ PC/XT, AT.

Заключение. В диссертации получены следующие результаты:

1. На основе анализа состояния решения проблемы оценки и обеспечения живучести сложных систем развита общая модель живучести на основе структурно-целостного подхода и обоснован критерий комплексной оценки живучести РВС выделенного класса Предложенные критерии позволяют получить интегральную оценку живучести РВС с учетом ворможных воздействий неблагоприятных факторов, текущего состояния системы, времени решения задачи и алгоритмов эффективного распределения ресурсов системы по заданиям. Отличительной особенностью предложенных критериев являются возможности одновременного учета параметров оценки структурной и функциональной живучести РВС.

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

3. Разработаны методики расчета основных показателей живучести (производительность, объем памяти, время решения задачи и пропускные способности СПД) при нормальных условиях функционирования и при воздействии неблагоприятных факторов на РВС. Предложены формализованная методика описания, обобщения и классификация текущих ситуаций,возникающих в РВС, выдачи рекомендаций по принятию решений, по управлению процессами обеспечения живучести системы.

4. Разработана математическая модель и новый эффективный метод решения задачи оптимизации процесса выбора нагрузки при полной и неполной информации о текущем состоянии РВС. Данный метод, названный методом лексикографической оптимизации, позволяет получить решение с заданной точностью. Рассмотрены алгоритмы перераспределения ресурсов РВС по заданиям так, чтобы обеспечивалось их эффективное использование для полного достижения цели функционирования система

5. Предложена математическая модель и итеративный алгоритм решения задачи синтеза централизованно-распределенной структуры РВС специального класса по параметру живучести, основанный на декомпозиции

8адачи 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 1ШП "Живучесть", "Нагрузка" и "Расписание".

' СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Сарыпбеков Ж. С., Ченсизбаев Е 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 Б. 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. М. 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 Ж. 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 вычислительны;.® 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 Э. А. Оптимизационная модель проектирования живучих распределенных вычислительных систем //14 Всесоюзная школа-семинар по вычислительным сетям:

- 18 -

труды, ч. 1,-Москва-Минск, 1989. - С. 146-152.

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

9. Ченсизбаев Б. 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 Б. А., Ахметов Э. А. Продукционно-сетевая система представления знаний о вычислительной системе в СПДЗ "Н -P/REX". там же, .1990. -С. 60-61. .

11. Ченсизбаев Б. А., Гузенко а Г., Сарыпбеков Ж. С. Структура экспертной системы обеспечения живучести вычислительных систем//Всес. науч.-техн. школа по 'новым информационным технологиям. -Одесса, 1990. -С. 80.

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

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

14. Мырзабаев'М.Е., Ченсизбаев Б. А. 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., Ченсизбае" В. А.-,' Ахметов Э. А. Метод оценки и управления процессами обеспечения живучести распределенных вычислительных систем//4 Всес. совещ. 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. Тирак 100 экз. Заказ 316. Бесплатно.

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