NetBeans интегралданған ортасын қолдана отырып оқу үрдісінде Java-қосымшаларды үйрету

 

 

343 

Введение 

В настоящее время по мере усложнения структуры и состав Технических Систем (ТС), а также 

усложнения  законов  функционирования  как  отдельных    Распределенных  Вычислительных  Систем 

(РВС),  так  и  их  окружения  обеспечения  достаточным  уровнем  работоспособностью  этих 

компьютерных систем становится очень сложной задачи. 

«Инциденты»  в  РВС  являются  причинами,  нарушающие  работу  и  функционирования  РВС 

очень  разнообразны.  В  качестве  «инцидентов»,  вызывающих  нарушение  нормальной  работы 

распределенной вычислительной системы: выступают не только сбой, повреждение, отказ элементов 

системы, но и снижения или потери безопасности, как отдельных элементов, так и системы в целом; 

потери защиты внутренних ресурсов, некорректность и потери скорости работы и функционирования 

как отдельных элементов, так и системы в целом.  

Все  эти  факторы  приводят  к  потере  работоспособности  РВС,  а  это  в  свою  очередь  вызовут 

аварий в технической системе. 

В  настоящее  время  по  мере  усложнения  структуры  и  состав  ТС,  а  также  усложнения  законов 

функционирования,  как  отдельных  распределенных  систем,  так  и  их  окружения  обеспечения 

достаточным  уровнем  работоспособностью  этих  компьютерных  систем  становится  очень  сложной 

задачей.  Практика  и  опыт  доказывает,  работоспособность  системы  –  это  не  только  надежность 

системы, а нечто больше, комплексное качество.  

 

II. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИКО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ 

УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ РDС 

Описание  процессов  системной  реализации    моделей  и  методов  решения  задач  обеспечения 

работоспособности РВС будет базироваться на нижеследующих принципах: 

Принцип  1.  Принцип  интеграции.  Следует  использовать  готовые  отработанные 

инструментарий  для  выполнения  задачи  работоспособности.  Поэтому  целевая/искомая  система 

интегрирует индивидуальные функциональные модели (ФМ), специализированные для этой задачи и 

универсальные  ФМ,  которые  могут  быть  использованы/применены  в  составе  разных  систем  и  в 

составе  разных  процессов  для  решения  одной  типовой  задачи  (для  выполнения  определенного 

назначения/миссией в разной среде). Типовыми является задача диагностирование. 

Принцип 2. Принцип модульность. В соответствии данному принципу все виды обеспечения 

системы: программно-информационное и аппаратное следует построить по модульному принципу и 

хранить в виде библиотеки. 

Принцип  3.  Принцип  неполнота  математического  обеспечения  задачи.  Разработанные 

модели  и  методы  решения  задач  обеспечения  работоспособности  РВС  являются  не  машинно-

ориентированным математическим обеспечением задачи, а является задача-ориентированным. 

Принцип 4. Принцип инфраструктурность. Разработанные математические модели и методы 

решения  задач  работоспособности  РВС  составляет  математическую  инфраструктуры  (МИ)  системы 

управления  работоспособностью  РВС.  Принцип  инфраструктурность  предполагает,  что  разработка 

программного, 

информационного, 

аппаратного 

обеспечения 

системы 

управления 

работоспособностью РВС ведется исходя из математической инфраструктуры. 

Создание системы управления работоспособностью РВС ведется на основе: 

  разработанного  не  машинно-ориентированного  математического  обеспечения  процесса 

решения  задач  работоспособности  РВС;  Методика  построения  системы  на  основе  заданной 

математической инфраструктуры.  

  включение  в  свой  состав  имеющихся  инструментарии,  позволяющие  выполнять  отдельные 

операций и процессов: анализа текущего состояния РВС и принятия таких решений, которые, вместе 

с другими решениями, необходимы для восстановления работоспособности системы; 

  интеграционной 

технологий 

функциональных 

модулей 

специализированного 

и 

универсального типа, на функциональность которых в соответствии с проектом система базируется. 

В качестве операций и/или задачи, которые в настоящее время являются унифицированными и 

для  их  выполнения  имеются  готовые  инструментарий  таковы:  тестирование,  сигнатурный  анализ, 

верификации функционирования РВС. 

Таким  образом,  система  управления  работоспособностью  РВС  является  интегрированной, 

состоящей из разработанных компонентов и функциональных модулей, а также из типовых систем и 

инструментарии. 

Работа системы базируется на такие инструментарии и технологий как Big Data OLAP (on-line 

analytical  processing),  Date  Mining,  Workflow  Engine,  Help  Disc,  выход  в  Internet  для  доступа  в 

Microsoft Service Center, а также Microsoft Analysis Services — OLAP-сервера фирмы Microsoft. 

 

 

344 

Разработанная  системы  может  полностью  размещаться  как  на  инфраструктуре:  сетевой 

платформы  и  платформы  вычислительной  системы  самой  РВС,  работоспособностью  которой 

планируется  вести  управления,  так  и  в  расширенном  варианте  инфраструктуры:  платформ  РВС. 

Причем в удаленной, мобильной версий и/или исполнении. 

 

 

 

Рисунок 1 - Концептуальная модель задачи обеспечения работоспособности РВС 

 

 

 

345 

III. Методология обеспечения работоспособности РВС 

Для исследования методологии обеспечения работоспособности РВС необходимо провести ряд 

анализов.  

Анализ  задач  эксплуатации  РВС.  Назначением  РВС  является  поддержка  вычислительных 

процессов  прикладных  задач.  Причем  вычислительные  процессы  задач  должны  выполнятся  так, 

чтобы 

выполнялись 

условия 

задач. 

Выполнение 

этих 

условии 

достигается 

решением 

эксплуатационных  задач  РВС.  В  ходе  эксплуатации  РВС  возникает  ряд  задач,  которые  охватывают 

основные процессы эксплуатации: 

ZE = (Ze

1

, Ze

2

, Ze

3

,…, Ze

h

,…, Ze

m

,), 

где Ze

1

,Ze

2

,Ze

3

 являются задачами планирования; Ze

4

,Ze

5

,Ze

6

,Ze

7

,Ze

8

,Ze

9

,Ze

10

 являются задачами 

управления: 

Ze

1

 - планирование прикладных задач. 

Ze

2

 - планирование вычислительных процессов прикладных задач; 

Ze

3

 - планирование функциональности РВС для выполнения прикладных задач; 

Ze

4

 - управление вычислительными процессами прикладных задач. 

Ze

5

  -  управление  функционированием  РВС  (например,  серверами,  станцией,  сетевого 

оборудования, конечных систем); 

Ze

6

 - управление (или обеспечение) функциональностью РВС.  

Ze

7

 - управление функциональными ресурсами РВС; 

Ze

8

  -  управление  качеством  функционирования  системы  и  решение  прикладных  задач 

(например, качеством сервиса); 

Ze

9

 - управление развитием РВС: качеством, функциональностью, ресурсом; 

Ze

10

 - управление корректностью действий человека над РВС. 

Отметим,  что  область  определения  задач  и  их  важность  определяется  исходя  из  отношений 

между  задачами,  которые  можно  представить  в  виде  графа:  G  =  (R,  ZE)  где  R  –  отношения  между 

задачами  из  ZE.  Отношения  могут  быть  причинное  (R

1

),  последствие  (R

2

),  важности  или 

предпочтительности (R

3

)для выбранной стратегии эксплуатации или обеспечения функциональности. 

На 

основе 

характеристики 

задач 

конструируется 

модели 

и 

методов 

управления 

эксплуатационных задач, в том числе задачи обеспечения функциональности РВС, на основе которых 

проектируется системы управления функциональностью РВС. 

Таким  образом,  в  ходе  эксплуатации  РВС  возникает  множества  задач,  решения  которых 

обеспечить  ее  функциональность  и  выполнения  вычислительных  процессов  прикладных  задач 

(которые вытекает от поддерживаемого бизнес-процесса).  

Анализ  задачи  управления  функциональностью  РВС.  Среди  эксплуатационных  задач 

рассмотрим задачу обеспечения функциональности, т.е. задачу управления функциональностью РВС. 

Уровень функциональность РВС определяется набором свойств: 

 надежностью (H), достаточной для обеспечение непрерывности решения прикладной задачи, 

 защищенностью внутренних ресурсов (N), 

 безопасностью (Q), 

 корректностью (K), 

 производительностью функционирования РВС (G), 

 наблюдаемостью РВС (Нб), 

 управляемостью РВС (Уп), 

 устойчивостью РВС (Ус), 

 сходимостью процесса управления РВС (Сх) и эффективностью функционирования РВС (Эф). 

Количество  и  величина  выполнения  каждого  свойства  определяет  уровень  функциональности 

РВС. Причем эти свойства относится как отдельным компонентам, так и системе в целом. 

Задачу, 

направленную 

максимальное 

выполнения 

требования 

по 

всем 

свойствам 

функциональности  РВС  назовем  максимальной  задачи  функциональностью  РВС.  Эти  требования 

назовем мета-требованиями (МТ) к выполнению прикладной задачи. 

Однако, одновременное достижения высокого уровня выполнения всех перечисленных свойств 

является сложной задачей. Поэтому при решении задач функциональности на практике максимальная 

задача редуцируется. Один из вариантов редукции задачи функциональности РВС такова. 

Определение  1.  РВС  обладает  функциональностью  для  решения  текущей  актуальной 

прикладной задачи Zdi  ZD в малом, если она обладает свойствами =(H, N, Q, K, G), достаточной 

для полного решения задачи Zdi  ZD в течение времени ее жизни (t

i

S

, t

i

F

).  

Предполагается, что свойства измеримы в определенной метрике и шкалы измерения. 

 

 

346 

Уровень выполнения каждого свойства характеризуется показателем =(Р

H

, Р

N

, Р

Q

, Р

K

, Р

G

). 

Отсюда,  для  решения  каждой  задачи  Zdi  требуется,  чтобы  РВС  обладал  минимальными 

уровнями функциональности по каждому свойству. 

 

Zdi

Н

(Zdi)=(Р

Н

H

(Zdi), Р

Н

N

(Zdi), Р

Н

Q

(Zdi), Р

Н

K

(Zdi), Р

Н

G

(Zdi)). 

 

Определение  2.  Для  задачи  Zdi  требованием  к  выполнению  (Zdi)  являются  МТ  (мета-

требования) задачи Zdi, а КТ являются качественными требованиями. 

В момент t величина показателя функциональности  определяется: 

 

(t) = F(H(t), N(t), Q(t), K(t), G(t)) = 

1

H(t)+

2

N(t)+

3

Q(t)+

4

K(t)+

5

G(t), 

 

где 

i

 = 1, величина 

i

 определяется, исходя из мета-требований. 

Определение 

3. 

РВС  функциональна  для  актуальной  задачи,  если 

уровень 

ее 

функциональности соответствует требованием МТ во все времена ее жизненного цикла. 

В ходе выполнения вычислительных процессов 1) меняется величина МТ, 2) меняется уровень 

функциональности  РВС  из-за  случайных  факторов.  Поэтому  для  установления  нужного  уровня 

функциональности и его стабилизации имеется ресурс, как в самой РВС, так и извне. 

Отсюда,  исходя  из  МТ,  указанной  в  задании  прикладной  задачи,  вытекает  задача  управления 

функциональностью РВС на основе имеющихся функциональных ресурсов. 

Исходя из состава МТ структуру функциональности РВС в момент времени t определим таким 

образом  

 

(t) = F(H(t), N(t), Q(t), K(t), G(t)),=F({i(t): i=1,5}), 

 

где  (t)  –  текущий  показатель  функциональности,  H(t)  –  показатель  надежности,  N(t)  – 

показатель  защищенности,  Q(t)  –  показатель  безопасности,  K(t)  –  показатель  корректности,  G(t)  – 

показатель производительности. 

Формулировку задачи управления функциональности РВС (ZF) осуществим, сначала установив 

компоненты  состояний  РВС,  различные  комбинации  которых  порождают  различные  проявления  и 

соответственно  формулировку  задачи  управления  функциональностью  РВС.  Статус  и  форма 

включения  этих  компонентов  в  состав  задачи  зависит  от  их  способов  измерения,  а  также  от 

граничных  условий  пространства  функционирования  РВС,  охваченного  данной  задачей.  Граничные 

условия настоящей задачи формируются другими задачами эксплуатационного периода РВС.  

Исходя  из  предположения,  что  остальные  компоненты  формируются  другими  задачами 

эксплуатации,  выделим  следующий  состав  компонентов,  комбинация  (IZ)  которых  определяет 

различные проявления задачи управления функциональностью РВС: 

 

IZ={МР(t), ZD(t), ВП(t), С(t), (t), PС(t), СZ(t), МТ(t), КТ(t), (t), R(t), W(t)}, 

 

где: МР(t) – модель РВС для задачи функциональности; ZD(t) – множества прикладных задач, 

решаемые в интервале времени (t

S

, t

F

) на РВС: ZD={Zd

1

,Zd

2

,…,Zdi,…,Zd

n

}; t

S

 – стартовое время, t

F

 – 

финальное  время;  ВП(t)  -  граф-модель  вычислительных  процессов  (ВП)  задач  ZD  и  Zdi;  С(t)  – 

контролируемое  состояние  РВС;  (t)  –  инцидент,  возникший  на  РВС;  PС(t)  –  патологические 

процессы, возникаемые на РВС по причине (t); СZ(t) – целевое состояние функционирования РВС, 

СZ(t)=<СZ

j

 СK(СZ

j

)>, СZ

j

 – идентификатор экземпляра СZ(t), СK(СZ

j

) – характеристики; (t), R(t), 

W(t)–  уровень  функциональности  и  функциональные  ресурсы,  критерии  функциональности,  где 

R(t), имеет характеристики: R(t)=<(t), Q(t) Dc(t), Th(t), Ng(t)> – характеристики функциональных 

ресурсов,  где:  (t)  –  длительность  существования,  Q(t)  –  объем,  Dc(t)  -  доступность,  Th(t)  – 

технологичность;  W(t)=(Wi(t):  i=1,5)  –  общие  и  частные  критерии:  надежности,  защищенности, 

безопасности, корректности, производительности РВС. 

Плановые процессы, включая ВП, выполняемые на РВС и патологические процессы совместно 

создают текущие состояния РВС, которые представляются С(t). 

Время  жизни  прикладной  задачи  ZD{Zd

1

,Zd

2

,…,Zdi,…,Zd

n

}  задается  по  каждой  Zdi 

интервалом (t

i

S

, t

i

F

), где: t

i

S

, t

i

F

 – стартовое и финальное время Zdi. 

Процесс  решения  задача  функциональности  ZF  состоит  из  несколько  этапов.  Вес  периоды 

жизни задачи ZF состоят из следующих ключевых моментов: до наступления инцидента (t

n–

), момент 

наступления инцидента (t

n

), после наступления инцидента (t

n+

). 

Задача  управления  функциональностью  РВС  (ZF)  возникает,  когда  нарушаются  требования  и 

условия к решению ZD. Причинами такого нарушения являются: 1) нарушение нормального режима 

функционирования и работы РВС в результате возникновения инцидента; 2) изменение состава МТ; 

3) недостаточность запаса (t). 

 

 

347 

Предполагаем, что задача ZF по причине возникновения случай 1, т.е по причине инцидента. 

Теоретически  возможно  три  варианта  идентификации  состояния  в  формулировке  задачи  ZF 

через  определения:  инцидента  (t),  состояние-последствие  PС(t),  вызванное  инцидентом  (t), 

нарушения условия выполнения МТ(t) и КТ. В формулировке принимаем вариантом идентификация 

(t)  через  PС(t),  проявляемые  на  состояниях  элементов  РВС.  Задачу  ZF  сформулируем  на  основе 

компонентов (1.1) таким образом: 

1. Пусть начальное состояние и условия РВС задачи IZ таковы: 

 

состояние задается в виде С(t) = С(t), или С(t)={С

i

(t)}; 

 

для задачи существует три момента времени: t

n–

, t

n

, t

n+

; 

 

пусть  начальное  состояние  КИС  в  момент  t

n–

=t  состояния  таково  С(t)СZ,  при  этом  W

c

  = 

1

c

,w

2

c

,…,w

i

c

,…,w

n

c

>. Назовем его до инцидентное состояние; 

 

запас ресурсов: R(t). 

2.  Пусть  в  момент  t

n

=t  обнаружен  факт  С(t)  СZ,  который  соответствует  тому,  что: 

w

i

W(w

i

(t)

i

c

), где w

i

W = {Т(Нп), Т(Оп), Т(Пл), Т(Тч), Т(Эф)}. 

Тогда:  

1) 

По состояниям РВС за отрезок времени (t

n+

, t

n+

), снятые через каждый интервал времени: 



1

: <С(t

n

+

1

), С(t

n

+2

1

), …, С(t

n

+k

1

), …, С(t

n

+m

1

)>. 

в  момент  времени  t

n+

  необходимо  установить  наличие  патологии  PС(t)  и  его  характеристики: 

(PС(t)) = (

P

1

,

P

2

,…,

P

i

,…,

P

n

) при (t

n+

-t

n

)min. 

2) 

По характеристикам (PС(t)) = (

P

1

,

P

2

,…,

P

i

,…,

P

n

) необходимо идентифицировать тип и 

экземпляр (t) в момент времени t

n+

 при (t

n+

-t

n+

)min. 

3) 

На основе <(t), R(t)> принимается такой новое целевое состояние СZ

н

 (новое), которое 

обеспечивает выполнения условия: (Мт

i

 - w

i

) min, i=1,n. 

4) 

Установить  на  РВС  СZ

н

,  при  котором  следует  минимизировать  затраты:  времени, 

ресурсов, стоимость 

i

 min: i=1,n. 

5) 

Определить  такие  управляющие  решения  U,  обеспечивающие  установление  на  РВС 

выбранного состояния СZ

н

.  

6) 

На  основе  (С(t)СZ

ОК

,  U,  СZ

н

)  в  момент  времени  t

n+

  установить  такое  состояние  КИС 

С

н

(t

n+

), для которого выполняются условия: С

н

(t

n+

)СZ

н

, U,) и q

i

min, i=1,n. 

Одним  из  критериев  является  минимизация  затрат  времени  на  перевод  РВС  из  текущего 

состояния  в  область  выбранного  целевого  состояния,  которого  представим  так:  q

i

=(t

n+

  -  t

n+

)min, 

где СZ

ОК

 – окружение СZ, СZСZ

ОК

, t

n+

 - момент времени установления нового состояния Z

ОК

. 

Из  состава  компонентов  IZ  для  реализации  задачи  могут  быть  использованы  различные 

компоненты  с  различной  комбинацией.  Например,  для  периода  времени  (t

n–

,  t

n

)  текущие  состояния 

для задачи могут задаваться таким образом: С(t)<МР(t), ВП(t), (t), PС(t), (t)>, С(t)<ВП(t), (t), 

PС(t)>,  С(t)<(t),  PС(t)>.  При  этом  в  качестве  прогнозного  состояния  могут  выступать  различные 

комбинации состава компонентов из IZ, например:  

 

С

пр

(t)<МР(t), ZD(t), ВП(t), С(t), (t), PС(t), СZ(t), R(t), МТ(t), КТ(t), W(t)>, 

С

пр

(t)< С(t), (t), PС(t), СZ(t), R(t), МТ(t), КТ(t), W(t)>, 

С

пр

(t)< PС(t), СZ(t), R(t), МТ(t), КТ(t), W(t)>. 

 

Выбор  того  или  иного  варианта  представления  состояния  РВС  зависит  от  особенностей 

свойства РВС, от стратегии и цели управления и от требования к полноте процессов управления РВС. 

Состояния  РВС  определяются  совокупностью  состояний  отдельных  модулей,  каждый  из 

которых  выполняет  определенные  операции  общего  ВП.  Состояние  модуля  Mi  операции  Опi  ВП 

определяется РВС таким образом: С(t) = <А

1

, А

2

, А

3

, А

4

>, где: А

1

 - идентификационный код модуля, 

выполняющий  операции  Оп

i

ВП;  А

2

  -  значения  рабочих  параметров;  А

3

  -  значение  тестовых 

параметров;  А

4

  -  параметры,  характеризующие  функциональность  (Н,  З,  Б,  К,  П),  вычисляемые  по 

моделям/формулам зависимости функциональности. 

 

REFERENCES 

1.  Богатырев  В.  А.  Надежность  и  эффективность  резервированных  компьютерных  сетей.  // 

Информационные технологии. — 2006. — №9. — С. 25—30. 

2. Моделирование и анализ информационной архитектуры  методами теории модульно-кластерных сетей 

/ Сундеев П.В. // Системы управления и информационные технологии.- 2007. - №  2.1 (28), С. 201-205.  

 

 

348 

3.  Ахметов  Б.С.,  КуандыковА.А.,  Рысбекова  А.А.,  Касымова  А.  Принципы  управления  функциональности 

распределенной компьютерной системы 

ВЕСТНИК  Восточно-Казахстанского  государственного  технического 

университета им. Серикбаева. Вычислительные Технологии, г. Усть-Каменогорск, 2013  

4.  Ахметов  Б.С.,  Куандыков  А.А  Принципы  обеспечения  надежностью  функционирования 

распределенной компьютерной системы  «СДУ Хабаршысы» Вестник  №3-4 c. 19-20. 

  

5.  Akhmetov  B.,  Dalabaev  S.,  Liao  C.,  Muhammad  A.  Research  of  multi-mode  noise  suppression  based  on 

variable step-size NLMS-Newton algorithm CSQRWC-2012,  Cross  Strait  Quad-Regional  Radio  Science  and  Wireless 

Technology Conference 2012 

6. Ахметов Б.С., Куандыков А.А Задачи динамического управления функциональностью распределенной 

компьютерной системы   2 номер журнала Министерство индустрии и новых технологий РК «Промышленность 

Казахстана»  2012г. 

7.  Ахметов  Б.С.,  Куандыков  А.А.  Постановка  задачи  надежности  РКС  исходя  из  требования  бизнес-

процесса Труды Международная конференция «Актуальные проблемы современной математики, информатики 

и  механики-II»,  посвященной  100-летию  академика  О.А.  Жаутыкова,  100-летию  член-корреспондента  Е.И. 

Кима и 75-летию академика У.М. Султангазина  

8.  Ахметов  Б.С.,  Куандыков  А.А.  Анализ  задачи  обеспечения  надежности,  исходя  из  требований 

поддерживаемого бизнес-процесса 

Труды 

Международная 

конференция 

«Актуальные 

проблемы 

современной  математики,  информатики  и  механики-II»,  посвященной  100-летию  академика  О.А.  Жаутыкова, 

100-летию член-корреспондента Е.И. Кима и 75-летию академика У.М. Султангазина 

 

Ускенбаева Р.К., Аманжолова С.Т., Темірболатова Т.Т. 

жүктеу/скачать 35,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: