CC BY
23
2. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника. Теория и практика. - М.: Мир, 1992. 186 с.
3. Глазунова А. М., Колосок И. Н., Коркина Е. С. Новые источники информации при управлении режимами электроэнергетических систем // Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе: Труды XXXVI Международной конференции. - Гурзуф, Украина, 2009. С. 97-99.
УДК 62-501.72:681.326.7
ВРЕМЕННАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА СИСТЕМНОГО ВЗАИМНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО СОГЛАСОВАНИЯ В МНОГОКОМПЛЕКСНЫХ МНОГОМАШИННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
А. В. Лобанов, д. т. н., ученый секретарь Тел.: (499) 731-15-Q3, e-mail:lav@se.zgrad.ru ОАО «НИИ «Субмикрон» http://www.submicron.ru И. В. Ашарина, к. т. н., доцент Тел.: (499) 732-Q5-81, e-mail: asharinairina@mail.ru Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
http://miet.ru
This paper considers: 1) the optimization rules of the time characteristics for the process of mutual informative agreement in multicomplex processor networks using multilevel synchronization, 2) the ways for achieving the present goal.
В данной работе предлагаются: 1) определение условий оптимизации временных характеристик процесса взаимного информационного согласования в многокомплексных вычислительных системах при использовании многоуровневой синхронизации, 2) пути решения поставленной задачи.
Ключевые слова: многопроцессорные системы, репликация задач, отказоустойчивость, взаимное информационное согласование.
Keywords: multiprocessor systems, task replication, fault-tolerance, reaching information agreement.
Организация сбое- и отказоустойчивых параллельных многозадачных вычислений в многомашинных вычислительных системах и
сетях ЦВМ, основанная на введении динамической избыточности [1], должна использовать механизм взаимного информа-
ционного согласования (ВИС), обеспечивающего согласованность необходимых системных данных в условиях возникновения допустимого количества враждебных неисправностей [2]. В таких системах каждый комплекс представляет собой подсистему взаимосвязанных ЦВМ, удовлетворяющую определенным структурным требованиям [3,
4], и решает методом репликации одну из задач заданного множества. Межзадачный обмен информацией между двумя непересе-кающимися комплексами в этом случае осуществляется при помощи ЦВМ и каналов связи, принадлежащих среде межкомплекс-ных посылок между этими комплексами. В
[5] представлен метод выделения в системе комплекса заданной аппаратурной избыточности. В [6] предложен метод выделения в системе необходимой межкомплексной среды посылок.
Алгоритм системного ВИС (СВИС) в этом случае состоит из трех периодов: 1) внутрикомплексного ВИС, в процессе которого каждая исправная ЦВМ каждого комплекса определяет одинаковый для всех ЦВМ этого комплекса вектор согласованных значений (ВСЗ) этого комплекса; 2) межком-плексного обмена, при выполнении которого комплексы обмениваются копиями собст-
венных ВСЗ; 3) внутрикомплексного обмена полученными копиями ВСЗ и вычисления в каждой исправной ЦВМ каждого комплекса ВСЗ другого комплекса. При последовательном исполнении таких периодов длительность процесса СВИС равна сумме длительностей каждого из этих периодов. Однако процедура СВИС в процессе целевой работы рассматриваемых систем должна использоваться весьма часто, и ее длительность в значительной степени определяет пропускную способность системы. Сокращение длительности процедуры СВИС за счет возможного перекрытия периодов является целью данной работы, ставящейся в литературе впервые.
Существует ряд разновидностей моделей обмена сообщениями в МВС [7]. Управляющие МВС жесткого реального времени имеют подсистему общего системного времени, обеспечивающую каждую исправную ЦВМ системы единой системной временной шкалой. В таких системах для повышения пропускной способности и снижения накладных расходов заранее определяются моменты времени, в которые каждая ЦВМ должна послать или получить сообщение. В этом случае системное время целесообразно делить на неделимые далее временные отрезки - кванты, с точностью до которых обеспечивается определение моментов передачи и получения межмашинных сообщений и их обработки. Однако оперирование квантами вызывает значительные сложности при разработке и отладке алгоритмов функционирования таких систем. Для снижения трудоемкости разработки и отладки обычно вводят несколько иерархически организованных уровней дополнительных, более значительных единиц синхронизации, в которых единица второго и более высокого уровня составляет определенное число единиц предыдущего уровня. Например, следующим уровнем синхронизации после кванта может быть раунд, содержащий заданное количество квантов, следующими уровнями - этап, период и т. д.
Наличие в системе нескольких уровней синхронизации ставит задачу оптимизированного использования этих уровней при разработке различных фрагментов программного обеспечения. Так, в часто приме -няемых программных примитивах и процедурах лучше использовать возможно более низкие уровни синхронизации и на более высокий уровень переходить только при практической необходимости такого уровня или
невозможности сохранения прежнего уровня. В данной работе рассматривается подход, который может быть использован при решении задачи оптимизированного совместного использования различных уровней синхронизации с целью уменьшения временных затрат и повышения пропускной способ-
ности многокомплексной многозадачной параллельной системы,
обеспечивающей сбое- и отказоустойчивость на основе введения репликации задач и динамической избыточности.
Возрастание затрат при переходе на более высокий уровень синхронизации может вызываться тем, что увеличиваются как объем операций (команд), выполняемых каждой ЦВМ между соседними событиями выбранного уровня синхронизации, так и несбалансированность таких фрагментов программ, выполняемых разными ЦВМ системы. Кроме того, при более высоких уровнях синхронизации будут возрастать неизбежно возникающие интервалы, в течение которых одни ЦВМ ожидают возникновения необходимого события в других ЦВМ.
Процедура ВИС [2, 8] в однокомплексной системе построена на интенсивном итерационном взаимообмене сообщениями между различными ЦВМ системы. Для ВИС в полных МВС, где непосредственная передача сообщений осуществляется между любой парой ЦВМ по каналам связи между ними, в качестве нижнего уровня синхронизации предложен уровень раунда, за который каждая ЦВМ системы должна сформировать сообщение, передать его всем другим ЦВМ системы, принять и разместить в памяти в необходимых форматах сообщения от других ЦВМ. Перенесение доказанных алгоритмов этой процедуры в неполносвязные МВС с дуплексными каналами межмашинной связи, описанное в [4], вызвало при сохранении ра-ундного уровня синхронизации необходимость использования как более низкого уровня синхронизации - уровня неделимых квантов, состоящих в передаче сообщений между соседними ЦВМ, так и более высокого уровня синхронизации - уровня этапов: 1) пересылки по непересекающимся путям согласуемого значения каждой неосновной
ЦВМ в более чем 2ц основных ЦВМ (ц -допустимое количество неисправных ЦВМ в данном комплексе); 2) выполнение ВИС в базовом подграфе комплекса, гомеоморфном полному; 3) пересылка по непересекающим-ся путям в каждую неосновную ЦВМ комплекса из более чем 2ц основных ЦВМ и вычисление в этой неосновной ЦВМ вектора согласованных значений всех ЦВМ комплекса, одинакового во всех исправных ЦВМ этого комплекса.
Предлагаемый подход временной оптимизации СВИС состоит в использовании допустимого перекрытия периода внутриком-плексного ВИС, периода межкомплексного обмена, а также, возможно, периода внутри-комплексного обмена СВИС.
Рассмотрим пример построения системы (см. рисунок), состоящей из двух комплексов К1 и К2 (со значениями Ц1 = 1 и ц2 = 1 соответственно) и среды посылок между ними, в смешанном исходном орграфе G с множеством вершин {a, Ь, c, d, e, а, g, h, i, ], k, I, 5, t, u}. На рисунке окружность отображает ЦВМ, симплексный канал показан дугой, а противоположно направленная пара симплексных каналов (дуплексный канал) - ребром.
ДНФ исходящей смежности вершин орграфа имеют следующий вид (терм, например, аЬ задает дугу, исходящую из вершины а и входящую в вершину Ь): аЬ + ас + ad + ае + ah + ak + а1;
Ьа + bd + Ье + bh + bk + Ь1; са + сЬ + cd + си;
da + db + dc + df + dg + dh + dk + dl; еа + ef + eg; fd + fe + fg + А; gd + gf + gs + gu; hg + Ы + Ы] + Ы; ig + Ш + у + ik + й + и + га; jg + Р + Л + jk + р + ]и;
Ы + Ы + Ы + Ы; 1Ы + и + 1Ы + 1и; 5е + sf + 5^ tg + + Ти; ис + ия + ut.
Пусть в результате выделен орподграф комплекса К1, гомеоморфный полному, с множеством основных вершин {а, Ь, с, d} и множеством неосновных вершин {е, / g, 5, t, и}, являющийся орподграфом орграфа G, порожденным множеством вершин {а, Ь, с, d, е, А g, 5, ^ и}, а также орподграф комплекса К2, гомеоморфный полному, с множеством основных вершин {Ы, /', ], Ы} и множеством неосновных вершин {I}, являющийся орподграфом орграфа G, порожденным множеством вершин {Ы, i, ], Ы, I}. Пусть методом из
[6] определены пути посылок копий вектора
V (К2) согласованных значений К1 (К2) из вершин, принадлежащих К1 (К2), в вершины из К2, (К1), обеспечивающих возможность
вычисления в вершинах Ы, Ы, I ^, t, и) комплекса К2 (К1) достоверного значения вектора V (К2) путем мажорирования всех копий У1, (^2), поступивших в вершину из К (К2). Так, в вершину Ы в результате межкомплекс-ной посылки из комплекса К1 поступает 3 копии вектора У1 по пересекающимся только в вершине Ы путям: аЫ, ЬЫ, dh, что удовлетворяет условию 2ц1 + 1 > 3 [6]. Также по 3 копии У1 поступает в вершины Ы и I. Наличие в К2 трех вершин с достоверными значениями
У1 при ц2 = 1 достаточно для вычисления в третьем периоде СВИС в каждой из оставшихся вершин К2 достоверного значения У1. Аналогичные рассуждения справедливы для вершин^, t, и} из К1 и вычислений достоверных значений У2 в них и других вершинах К1. При раздельном выполнении первого и второго периодов СВИС длительность первого периода для данной конфигурации системы составляет 15 квантов. Длительность второго периода СВИС составляет 1 квант. Тогда длительность первого и второго периодов СВИС при их последовательном выполнении будет составлять 16 квантов. Длительность третьего периода в К1 составляет 9 квантов, что в сумме дает общую длитель-
Рисунок. Орграф С системы ность СВИС в 25 квантов. Однако если К2 в своем первом периоде, содержащем 6 квантов, вычислит в каждой вершине достоверное значение У2, в седьмом кванте передаст по три копии У2 из различных своих вершин в каждую из вершин из ^, t, и}, а комплекс К1 параллельно с выполнением своего первого и второго периодов приступит к выполнению третьего периода СВИС, составляющего 9 квантов, то общая длительность СВИС вместо 25 квантов при раздельном выполнении периодов, составит только 16 квантов.
Перспективным направлением дальней-
шего научного поиска является разработка цию временных характеристик на основе
строгого метода СВИС в многокомплексных предложенного подхода.
МВС и сетях ЦВМ, включающего оптимиза-
Литература
1. Пархоменко П. П., Согомонян Е. С. Основы технической диагностики (Оптимизация алгоритмов диагностирвоания, аппаратурные средства) / Под ред. П. П. Пархоменко. - М.: Энергия, 1981. 320 с.
2. Pease M., Shostak R., Lamport L. Reaching agreement in the presence of faults // Journal of the Association for Computing Machinery, 1980. Vol. 27. No. 2. P. 228-237.
3. Ашарина И. В., Лобанов А. В. Проблема взаимного информационного согласования в отказоустойчивых многокомплексных вычислительных системах // Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения (УКИ'08): Материалы российской конференции с международным участием (Москва, 10-12 ноября 2008). - М.: ИПУ РАН, 2008. С. 272-273.
4. Ашарина И. В., Лобанов А. В., Мищенко И. Г. Взаимное информационное согласование в неполносвязных многомашинных вычислительных системах // Автоматика и телемеханика, 2003. № 5. С. 190199.
5. Лобанов А. В. Алгебраический подход к задаче выделения комплексов при организации сбое- и отказоустойчивых параллельных вычислений в сетях ЦВМ // Открытое образование, 2011. № 2 (85). Ч. 2. С. 36-39.
6. Ашарина И. В. Алгебраический метод определения достаточной среды межкомплексной посылки при организации сбое- и отказоустойчивых параллельных вычислений в сетях ЦВМ // Открытое образование, 2011. № 2 (85). Ч. 2. С. 29-32.
7. Топорков В. В. Модели распределенных вычислений. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 320 с.
8. Генинсон Б. А., Панкова Л. А., Трахтенгерц Э. А. Отказоустойчивые методы обеспечения взаимной информационной согласованности в распределенных вычислительных системах // Автоматика и телемеханика, 1989. № 5. С. 3-18.
УДК 681.5.03
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЛАСТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
А. Б. Марков, начальник отделения Тел.: (8495) 651-08-86, доб. 300, e-mail: markov@elins.ru ЗАО «НТЦ ЭЛИНС» http://elins-ic.ru
Cluster approach for computer information system construction is described and high availability cluster with cold reserve realization is shown. The cluster provides capacity for the operation of the whole computer information system, under DBMS refusal beginning. The cluster control program of data base servers for operation system МСВС 3.0 (russian) is developed and certificated.
Описан кластерный подход к построению автоматизированных информационных систем (АИС), а также реализация кластера высокой доступности с холодным резервом, обеспечивающего работоспособность АИС при возникновении отказов в управлении базами данных (БД). Программа управления кластерной конфигурацией серверов БД разработана для операционной системы МСВС 3.0 и сертифицирована.
Ключевые слова: кластерные технологии, отказоустойчивый кластер, кластер высокой доступности, МСВС, СУБД, повышение надежности автоматизированной информационной системы.
Keywords: cluster technology, high availability cluster, DBMS, ^mputer information system reliability improvement.
