CC BY
51
УДК 681.324
СИНЕРГЕТИЧНИЙ П1ДХ1Д ДО РОЗВИТКУ ГЕТЕРОГЕННИХ КОМП'ЮТЕРНИХ РЕСУРС1В
В.О. Алекс1ев, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Анотаця. Розглянуто постановку задач1 удосконалювання та розвитку ¡снуючих гетерогенних великих комп'ютерних систем та мереж.
Ключов1 слова: синергетика, розподшет обчислювальм мереж1, аналог1я, динам1ка популяцп, GRID-системи.
Вступ
1сторично склалося, що велик обчислювальш мереж будь-яких стабiльно iснуючих пiдприeмств, органiзацiй, ВНЗ рiзних профiлiв будувалися по мiрi фiнансування та удосконалення технiчних можливостей комп'ютерних ресуршв. Практика впровадження нових технологiй випереджувала науково-технiчне
обгрунтування, ощнку ефективностi проектних рiшень та узагальнення результатiв, яких було досягнуто. Поступово таю мережi перетворювалися iз порiвняно простих обчислювальних комплексiв до взаемопов'язаних систем корпоративного рiвня. Розглянемо виршення проблеми теоретичного обгрунтування шлях1в розвитку цих систем, що перш за все мае велике значення для розвитку транспортно! iнфраструктури мiст та регюшв.
Стан проблеми та постановка задач1
Подальший розвиток iснуючих
обчислювальних комплекшв великих розмiрiв (100-1000 та бшьше комп'ютерiв) залежить вiд лопчного сполучення рiзних за сво!ми техшчними характеристиками, особливостями застосування та термшом iснування пiдсистем та ланок, що складеш iз рiзних комп'ютерiв та мережевих додаткiв. Розглянемо новий пщхщ до удосконалювання таких гетерогенних систем виходячи з аналоги до розвитку живих органiзмiв та популяцш, використання новiтнiх тенденцiй становлення теори i практики комп'ютингу, застосування
синергетичного шдходу до оргашзаци розподшених обчислювань. Розвиток гетерогенних комп'ютерних ресуршв не можна аналiзувати та планувати без визначення чисельносп комп'ютерiв, одиниць мережево! апаратури, серверних додаткiв на близьке i подальше майбутне. У цьому випадку прогнозування простежуеться аналопя удосконалювання складно! техшчно! системи та динамши бюлопчно! популяци (спiвiснування особин одного виду). Для вщповщно! штерпретацп задачi, що розглядаеться, використаемо спрощену вiдому модель динамiки тако! популяци у термiнах оргашзацшно-техшчно!
комп'ютерно! системи. В основi рiшення лежить аналiз трьох процесiв, якi вщповщають «природним народжуваностi, смертi та видовш конкуренци»: придбання нового обладнання; фiзичне старiння; моральне старiння.
Однак тшьки визначення кiлькiсних характеристик комп'ютерних ресуршв вирiшуе проблему !х розвитку лише частково. Не менш важливим е завдання ефективного сполучення апаратних та програмних складових системи, визначення топологи вщповщно! мережi, та особливосп роботи програмного забезпечення, операцiйних систем, серверних додатюв, концептуальних проблем сполучення програмно-апаратних засобiв та лопки оргашзаци прикладних обчислювальних процеав [1, 2]. Завдання упорядкування та узагальненого комп'ютерного простору визначено у GRID технологiях [3] та у
концептуальному обгрунтуванш !х застосування [4].
k >0, у>0, At ^ 0, x(t0)= x0, отримаемо такi сшввщношення:
Розглянемо у цьому розумiннi постановку задачi на застосування синергетичного шдходу на основi фундаментальних дослiджень [5 - 7] з урахуванням самооргашзаци тако! складно! системи, а не простого отримання додаткового ефекту вщ вщповщного об'еднання гетерогенних комп'ютерних ресурса За основу вiдповiдного дослiдження вiзьмемо формалiзацiю ще! проблеми, згiдно з прикладом [8].
Кшьккний анал1з
Приймемо у вiдповiднiсть складностi велико! обчислювально! системи кiлькiсть одиниць комп'ютерного обладнання в момент часу Х через х(Х). У початковий момент вщповщна кiлькiсть вiдома: Х(Х0) = х0. Припустимо, що придбання нового обладнання за промiжок часу вiд Х до Х+АХ пропорцiйна величинi ^ i числу комп'ютерних одиниць обладнання в момент часу Х, загалом число В(Х, Х+ Ах) вщповщае придбаному обладнанню за промiжок часу (Х, Х+ Ах) таким чином, що В(х, Х+А х) = а х(Х)Ах, де а -коефщент пропорцiйностi. Фiзичне стaрiння обладнання за промiжок часу вiд Х до Х+АХ також пропорцiйне величин Ах i кiлькостi одиниць обладнання в момент Х, тобто число М(Х, Х+ ах) фiзично застарших одиниць за промiжок часу (Х, Х+ Ах) дорiвнюe М(Х, Х+ Ах) = Рх(х)-Ах, де
в - коефщент пропорцiйностi фiзичного старшня. Припустимо, що моральне стaрiння веде до додаткового фiзичного стaрiння та вилучення вiдповiдних одиниць обладнання з мережа Дати формaлiзовaний опис цьому процесу, з урахуванням вищезазначено! аналоги, можна безлiччю способiв. Наприклад, зпдно з запропонованою моделлю динaмiки популяцш приймемо, що моральне стaрiння та вилучення вщповщних одиниць обладнання з мережi за промiжок часу вщ Х до Х+АХ визначаеться за формулою
Ы1(г, х+ Ах)=
= у(х(Х))2 Ах, де у - коефщент пропорцiйностi морального стaрiння. Для визначених у постaновцi зaдaчi трьох процешв розвитку гетерогенних комп'ютерних ресуршв можна формулювати: х(Х + Ах) = х(Х) + ах(Х) Ах --вх(Х) Ах - у(х(Х))2 Ах. Прийнявши а - в = k,
x(t + A t) - x(t)
At
= k Чx(t) - gx2(t);
— = kx - gx2(t); dt
dx
= dt.
kx - gx2
У результaтi простих перетворень одержано такий результат
x(t) =
k -J x„(l - e")
Таким чином, можна визначити складшсть обчислювально! системи x(t) у будь-який час у майбутньому з урахуванням того, що вщповщш коефiцiенти а, в, k, у мають не постiйне значення, а е динамiчними функцiями на вщповщному iнтервалi часу. Вiдповiдне ускладнення, збшьшення масштабiв та логiчний розвиток комп'ютерно! мереж е результатом лопчного розвитку, синергетично! самоорганiзацi! комп'ютерних ресуршв, що вiдповiдае допущеному припущенню про аналопю та вiдповiднiсть процесу гетерогенних комп'ютерних ресуршв динамiцi бiологiчних популяцш. Проведений статистичний кшьюсний аналiз
обчислювальних мереж транспортних ВНЗ (на прикладi ХНАДУ) показав адекватнiсть висловлених припущень розглянуто! моделi [9], вiдповiднiсть основному принципу синергетики - самооргашзаци.
Удосконалювання топологн
Будь-яю комп'ютернi ресурси оргашзацш та пiдприемств, що мають стабшьш тенденцi! до розвитку, мають i тенденцi! розвитку комп'ютерних ресурсiв. Як обчислювальне середовище, можливостi координацi! використання таких гетерогенних розподшених ресурсiв виступають Grid -технологи. Вони дають можливост застосування рiзноманiтних ресурсiв: обчислювальних, накопичення даних та комунiкацiйних. При чому надшнють та продуктивнiсть окремих систем може бути порiвняно невеликою, але користувач тако! розподшено! системи отримуе едину надшну та продуктивну платформу для обчислень, отримання доступу до баз даних та знань,
також може збер^ати сво! данi та користуватися рiзноманiтними
комунiкацiйними технологiями [4]. Розвиток топологи обчислювальних мереж практично проходить три рiвнi: Intragrid (внутршш Grid, рис. 1); Extragrid (зовшшнш Grid, що об'еднують вже декшька органiзацiй, рис. 2); найвищий за рiвнем масштабу розмiр Grid-систем е Intergrid (глобальнi системи, яю об'еднують вже багато органiзацiй, партнерiв, кластерних рiшень, рис. 2).
Рис.1. Intragrid-система
Звичайно таке об'еднання координуеться Grid-системою, а вщповщна вiртуальна мережа дозволяе техшчно об'еднати розрiзненi внутршш Grid та кластери у единий шформацшний простiр, що координуеться вже единою Grid-системою, яка надаеться користувачу як едина вiртуальна платформа.
Висновки
Розвиток гетерогенних комп'ютерних ресурсiв передбачае принцип конкуренци, що забезпечуе «виживання» найбшьш ефективних зв'язкiв згiдно з властивютю самооргашзаци. Можлива поява нового об'еднання комп'ютерiв та iнший розподш завдань мiж окремими комп'ютерами. Особливо це важливо для вирiшення проблем комп'ютерного забезпечення розвитку транспортно! шфраструктури мiст та регюшв. Саме комп'ютерш ресурси у транспортних системах мають гетерогенний характер та потребують застосування GRID-технологш.
Рис. 2. Extragrid та Intergrid-системи
Застосування GRID-технологiй у таких юнуючих комп'ютерних системах будь-яко! обчислювально! мережi потребуе розвитку топологi! та засобiв монiторингу серверних додаткiв для рацюнально! маршрутизацi! завдань. Результат - доступ споживачiв до додаткових комп'ютерних ресуршв.
Лiтература
1. Таненбаум Э., Ван Стеен. М. Распределенные
системы. Принципы и парадигмы. - СПб.: Питер, 2003. - 877 с.
2. Алекаев В.О. Концептуальний анал1з автомобшьних мехатронних систем // Автомобшьний транспорт. - Харшв: ХНАДУ. - 2005. - Вип. 16. - С. 321 - 323.
3. IBM Corp. (2005) Introduction to Grid Compu-
ting. SG24-6778-00. http://ibm.com/redbooks.
4. Алекаев В.О. Новггня GRro-технолопя для
виршення задач дослвдження мехатронних систем у автомобшьно-дорожньому ВНЗ // Вестник ХНАДУ/ Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2007. - Вып. 38. - С.111 - 113.
5. Хакен Г. Тайны природы. Синергетика: учение
о взаимодействии. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 320 с.
6. Хакен Г., Хакен-Крелль М. Тайны восприятия.
- Москва: Институт компьютерных исследований, 2002. - 272 с.
7. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малиновский
Г.Г. Прогнозы будущего. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 288 с.
8. Владимирський Б.М., Горстко А.Б., Ерусалимский Я.М. Математика. - СПб.: Лань, 2004. -960 с.
9. Анал1з топологи обчислювально!' мереж
транспортного ВНЗ на приклад1 ХНАДУ // ХНАДУ, звгг з науково! роботи № держреестраци 0107и008063. - Харшв, 2007. - 78 с.
Рецензент: О.В. Бажинов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття нaдiйшлa до редакцп 25 сiчня 2008 р.
