Модели и методы поддержки оптимального проектирования резервированных систем сбора и обработки информации кластерной архитектуры

• Автор: Голубев, Иван Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Задачи автоматизации проектирования вычислительных систем кластерной архитектуры
Выводы
Глава 2. Модели поддержки автоматизированного проектирования отказоустойчивых кластерных систем
2.1 Описание исследуемой системы
2.2 Модель оценки надёжности системы
2.3 Оценка надёжности ДВК
2.4 Организация диспетчеризации запросов в кластере
2.4.1 Оценка времени пребывания запросов в кластере
2.4.2 Выбор количества диспетчеров
2.4.3 Выбор доли обрабатываемых диспетчерами запросов
2.5 Модель оценки среднего времени пребывания запросов в системе
2.5.1 Модель оценки среднего времени пребывания запросов в локальном кластере
2.5.2 Модель оценки среднего времени пребывания запросов в коммутационной подсистеме
2.5.3 Модель оценки среднего времени пребывания запросов в общедоступном кластере
2.6 Имитационная модель системы
Выводы
Глава 3. Оптимальное проектирование структуры системы и процесса распределения запросов
3.1 Оптимизация структуры системы
3.2 Пример оптимизации структуры системы
3.3 Оптимизация процесса перераспределения запросов

3.4 Пример оптимизации перераспределения запросов
Выводы
Глава 4. Методика проектирования вычислительных систем кластерной архитектуры с дублированием ресурсов
4.1 Постановка задачи проектирования
4.2 Методика проектирования
4.2.1 Определение базовой конфигурации системы
4.2.2 Оптимизация структуры системы на основе предлагаемых моделей
4.2.3 Оптимизация организации системы диспетчеризации
4.2.4 Выбор и оптимизация процесса перераспределения запросов на основе предлагаемых аналитических моделей
4.2.5 Уточнение результатов оптимизации на основе проведения имитационных экспериментов
Выводы
Список сокращений
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Современный этап развития вычислительной техники характеризуется стремительным ростом производительности вычислительных устройств и скорости передачи данных в компьютерных сетях. Сопутствующее снижение стоимости вычислительного и сетевого оборудования способствуют широкому распространению распределённых вычислений и интенсивному внедрению компьютерных технологий во все сферы человеческой деятельности.
Компьютеры всё чаще используются для хранения и обработки данных критичных приложений: в автоматизированных системах управления
технологическими процессами (АСУ ТП), в том числе в контурах сбора и обработки данных с датчиков, с измерительных и управляющих приборов различного назначения. Функционирование критичных приложений сопряжено с риском причинения вреда окружающей среде, жизни и здоровью людей. В этом случае повышенные требования предъявляются не только к производительности, но и к надёжности и отказоустойчивости вычислительных систем (ВС).
Повышение надёжностных характеристик ВС достигается за счёт введения различных видов избыточности, реализации адаптивных к потокам функциональных запросов и отказов алгоритмов распределения нагрузки [1-4]. При построении ВС сбора и обработки информации с датчиков управляющих и измерительных приборов в системах критичного применения, не допускающих наличие узлов, отказ которых может вызвать отказ системы, в качестве базовых средств вычислений используются резервированные вычислительные комплексы [5,6] с реализацией резервированных вычислений для потока критичных запросов. В системах ответственного назначения вычислительные средства, в том числе дублированные вычислительные комплексы, объединяются в отказоустойчивые кластеры, и в качестве дополнительных возможностей повышения отказоустойчивости и надежности систем рассматривается возможность перераспределения запросов между кластерами.

где Р =
Езда-р,)""
- вероятность исправности коммутационной

подсистемы, при этом значения а и Ъ определяются из соображений отсутствия перегрузки кластеров;
е= если /<от, иначе е= 0;
Ро, Р - коэффициенты готовности вычислительного и коммутационного узла соответственно.
Альтернативная формула расчёта вероятности работоспособного состояния системы выглядит следующим образом:
п д-1 т
^=1еда-р0г+/>х I с'с:рГ(1-а)1"”н'*“ .
1—0 ^= к=Ь-]
Различные варианты построения модели надёжности при расчёте дают одинаковые результаты (представленные на рисунке 2.2), что подтверждает достоверность моделей.
Коэффициенты готовности узлов могут быть рассчитаны по интенсивностям отказов и восстановлений составляющих элементов [1,32]:
Ро = РрРм, (2.2)
Р =ь/(Ч+ь),
где рр,рм - коэффициенты готовности процессора и памяти;
М-1 -интенсивность восстановления коммутационно узла; кс - интенсивность отказов коммутационного узла.
Коэффициенты готовности для восстанавливаемых процессора и памяти могут быть вычислены как:
Рр = М-р I + Рр ) ! Рм Рм ! {^м ■*" Рд'/) ,
где Рр,Рм - интенсивности восстановлений соответственно процессора и памяти вычислительного узла;