CC BY
67
УДК 004.651.54/004.652
СИСТЕМЫ МАТРИЧНЫХ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ОБЪЕКТНО-РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ
ДАННЫХ
Микляев Иван Александрович, канд. физ.-мат. наук, доцент, Филиал Северного (Арктического) федерального университета в Северодвинске “СевмашВТУЗ”, Россия, Северодвинск,
Ivanmia1@rambler.ru
Введение
При рассмотрении условий работы в системе МЧС на первый план выходят условия неопределённости основного места источника информации, т.к. место происшествия нельзя определить заранее. Т.к. каждое происшествие особенно по-своему, то неопределённость структуры информации налицо. С другой стороны, предъявляются максимальные требования по скорости и полноте передаваемой информации для формирования управленческого решения, поэтому требуется максимально быстро и максимально подробно получить информацию с места происшествия.
Всё это требует наличия простой локальной информационной системы на месте происшествия, которая может быстро принять любую форму информации, не упуская малейшие нюансы, независимо от наличия и формы связи с центром. Сотрудник, вносящий информацию, должен быть минимально загружен знанием системы, при этом иметь возможность максимально подробно предоставить информацию в центр.
В центре, куда стекается информация, она должна быть максимально структурирована и нормализована, что является необходимым требованием автоматизированной обработки.
Такие задачи достаточно актуальны в наше время и в военных структурах, пожарных, скорой помощи и даже лесном хозяйстве, где лесник достаточно просто может иметь ноутбук при обходе вверенной территории, при этом необходимо не зависеть от того, есть связь с центром или её нет.
Очевидным решением в данной ситуации является использование объектноориентированных информационных систем, с динамическим расширением структуры.
Примеры систем, предназначенных для решения подобных задач, представлены на основе матричной универсальной объектно-реляционной базы данных [1].
1. Универсальное приложение для работы с МУОРБД
Универсальное приложение представляет собой один исполняемый файл размером в несколько мегабайт, который не требует какой либо предустановки и может быть скопирован на любой носитель информации в любом месте.
После запуска основной программы развёртывается МУОРБД со всем своим инструментарием, которая по умолчанию располагается в директории рядом с программой, либо в месте указанном пользователем.
Пользователь может приступать к работе в МУОРБД сразу после запуска программы, без какой-либо дополнительной подготовки или каких-либо дополнительных настроек.
Универсальное приложение для работы с МУОРБД представляет собой всего две формы: форма администрирования МУОРБД и рабочая форма [1].
Форма администрирования МУОРБД предназначена для управления метаданными.
Рабочая форма универсального приложения МУОРБД таблиц предназначена для работы с основными данными МУОРБД.
2. Универсальный сервер универсального приложения МУОРБД
Универсальное приложение переходит в режим сервера выбором соответствующего пункта меню, после чего оно готово отвечать на запросы клиентских приложений.
Система взаимодействия сервера и клиентского приложения определяется внешним файлом параметров у клиентского приложения, в котором находится лишь местонахождение
83
сервера, а у сервера файл параметров определяет систему связи и её параметры, которые могут быть изменены даже во время работы сервера.
Форма связи может быть многоканальной, от простой передачи запроса и ответа через файл, до прямой передачи на IP-адрес через выделенный порт, с различным протоколированием TCP/IP, UDP и др.
Передача данных через порт на IP-адрес достаточно стандартная.
Использование же файлов для общения сервера и клиентского приложения -достаточно редкий случай и, на первый взгляд, очень не эффективный. Однако при разработке информационной системы очень полезно иметь максимально открытую систему контроля, также это очень эффективно при широком вещании сервера на все клиентские приложения, когда сервер загружен только при формировании ответа на запрос и образовании файла, а клиентские приложения считывают информацию самостоятельно, тогда как при сокетной технологии общения необходимо каждому клиенту направить ответ.
3. Специализированный сервер над универсальным приложением МУОРБД
При разработке МУОРБД закладывалась концепция открытого программного обеспечения.
Простота формирования МУОРБД даёт возможность среднему по квалификации программисту создать за достаточно малый срок собственную СУБД такого формата, масштабы времени сопоставимы с временем создания собственной информационной системы на базе стандартных СУБД. Таким образом, появляется новая методология создания информационных систем с нуля, которая в результате даёт возможность создавать максимально специализированную информационную систему под конкретную предметную область, с максимально эффективными производительностью и использованием аппаратных средств.
Ещё одна возможность создать полностью специализированную информационную систему состоит в том, что есть возможность создавать специализированную надстройку над универсальным приложением, просто включая его модули в свой проект. Тогда весь инструментарий универсального приложения МУОРБД полностью доступен разработчику.
Такой путь решения позволяет создать и собственный специализированный сервер над универсальным приложением МУОРБД. В этом случае важными достоинствами являются:
• возможность распределять задачи между клиентским приложением и сервером, максимально эффективно для конкретной задачи;
• использовать самые различные пути связи между ними, исходя из конфигурации аппаратных средств у пользователя и задач, которые на них возложены;
• есть возможность само серверное приложение использовать как одно из клиентских приложений;
• открывается возможность серверному приложению управлять клиентскими приложениями по требованиям поставленной задачи;
• и т.д., и т.п.
Примером можно привести задачу проведения конференции с нуля. Т.е. выбирается место проведения, например, на природе, устанавливаются несколько компьютеров, соединяются в сеть любой конфигурации. На один из них копируется серверное приложение с базой данных конференции, на остальные - клиентское приложение, или делается его общий ресурс. Указывается клиентским приложениям местонахождение сервера и параметры связи. Всё, система проведения конференции готова.
Серверное приложение управляет клиентскими приложениями по ходу конференции, пользователи клиентских приложений имеют возможность самостоятельно пользоваться клиентским приложением.
Подобная задача решалась и для проведения защиты дипломов в СевмашВТУЗе: серверное приложение было установлено у секретаря, а клиентские приложения у членов ГАК, которые под управлением секретаря автоматически получали всю информацию о
84
выступающем дипломнике и материалы диплома, а член ГАК мог работать с данными других дипломников или получать другую информацию по процедуре проведения защиты дипломов.
Рис.1 - Специализированный сервер над универсальным приложением МУОРБД
4. Сеть самостоятельных серверов
Сохраняют актуальность в настоящее время задачи распределённых баз данных, которые работают в единой системе и используют информацию друг друга, но при этом сохраняя возможность работать автономно при отсутствии окружения.
Например, в ВУЗе есть отдел кадров, где находятся все данные по сотрудникам и преподавателям, деканаты, где находятся данные по группам, рабочие и учебные планы, отдел кадров студентов с данными о конкретно студентах, кафедры, где происходит закрепление дисциплин за преподавателем, учебно-методический отдел, где формируется расписание, бухгалтерия, остальные отделы пока опустим.
Очевидно, что все эти подразделения тесно переплетены. По предметной области какие-то отделы могут ставить условия иметь возможность выполнять задачи автономно, например, заведующий кафедрой возьмет распределение нагрузки домой, или кто-то производит работу удалённо, могут быть условия и информационной безопасности, важным условием задачи может быть независимость от состояния сетевых ресурсов и т.д.
В системе МУОРБД предусмотрена возможность создания комплекса баз данных, с основной локальной и внешними подключаемыми [2]. В основной базе данных при подключении внешней БД появляется возможность в её таблицах делать ссылки на записи таблиц из внешних БД.
Для этого регистрируется в основной БД внешняя БД и вносится отражение необходимой таблицы в основную БД, которое состоит из ссылки в метаданных рис. 2.
5. Сеть тяжёлых дублирующихся самостоятельных серверов с лёгкими серверами-«сателитами»
Комплексы БД могут создаваться не только по структурному признаку, а и по функциональному. При решении задачи централизованного расчёта заработной платы в образовательных учреждениях, необходимо из ста учреждений организовать ежемесячный сбор табелей. Соответственно, имеются стационарные БД в образовательных учреждениях и общая БД в Управлении образования, по системе подключения внешних БД к основной были
85
созданы БД-сателиты табелей, которые могли сосуществовать и в образовательных учреждениях и в Управлении образованием (рис. 3).
Рис. 2 - Система подключения внешней МУОРБД к основной
Таким образом, необходимо было передать по любым каналам связи или даже на дискете только эту БД-сателит.
Рис. 3 - Сеть тяжёлых дублирующихся самостоятельных серверов с лёгкими серверами «сателитами»
Выводы
В данной работе показана лишь малая часть открывающихся возможностей перед разработчиком. Важным является лишь то, что теперь разработчик не связан требованиями стационарного расположения сервера и клиентских приложений. Он сам может распределять информационное пространство по БД и, более того, пользователь также может иметь возможность перераспределять структуру при изменении предметной области.
Система взаимосвязи сервера БД и клиентских приложений также задаётся разработчиком информационной системы и может изменяться как по форме связи, начиная от передачи файлов и заканчивая прямым общением через IP-адрес и выделенный порт по
86
любому доступному протоколу, также и по структуре передаваемой информации, от обычной системы «запрос-ответ», до передачи целых БД-сателитов.
Литература
1. Микляев И.А., Концепция разработки матричной универсальной базы данных с поддержкой древовидной структуры единицы информации и её универсального приложения // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2010. № 2., Воронеж, С. 101-108
2. Микляев И.А., Формализованное описание основной структуры представления данных матричной универсальной объектно-реляционной базы данных // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2011. № 1., Астр., С. 61-68
УДК 004.042, 004.272.44
ФОРМАЛИЗАЦИЯ DATAFLOW-МОДЕЛИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА1,2
Салибекян Сергей Михайлович, ст. преподаватель, Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Москва,
salibek@yandex.ru
Панфилов Пётр Борисович, к.т.н., доцент, Министерство экономического развития, Москва,
panfilov@,miem .edu.ru
В статье представлены основные элементы разрабатываемого формального аппарата для описания и анализа вычислительных систем и приложений, создаваемых в dataflow-парадигме организации вычислительного процесса. Парадигма управления вычислениями потоком данных (dataflow-парадигма) более приспособлена к реализации параллельных вычислений, чем классическая controlflow-парадигма, предусматривающая управление вычислениями потоком инструкций. Кроме того, в dataflow-парадигме более естественно и просто реализуется объектный принцип построения приложений, т.к. на основе dataflow-модели вычислений появляется возможность создавать сложно структурированные описания объектов и моделировать их поведение. Тем не менее, до сих пор вычислительные системы и приложения на основе dataflow-модели вычислений не могут занять своего достойного места среди параллельных вычислительных систем и приложений, одной из причин чему является не только сложность в аппаратной реализации модели, но и недостаточная формальная проработка самой dataflow-модели вычислений. В данной работе предлагается вариант решения задачи формализации вычислительного процесса, построенного в dataflow-парадигме, при этом фокусом наших исследований является вариант dataflow-модели организации вычислений на основе предложенного авторами объектно-атрибутного (ОА) подхода к организации вычислительного процесса [1, 2].
Основой формального аппарата для описания вычислительного процесса в ОА-системе послужили теория конечных автоматов [3] и процессная сеть Кана [4]. Процессная сеть Кана была выбрана ввиду того, что она неплохо подходит к моделированию параллельных вычислительных систем (ВС) с управлением потоком данных (dataflow), хотя при данной модели и существуют определенные проблемы при описании совместной обработки данных несколькими вычислительными узлами в случае параллельной вычислительной архитектуры с общей оперативной памятью. Поэтому модель Кана пришлось дорабатывать. Переработки также потребовала и модель конечных автоматов, т.к. классический автомат не приспособлен к обработке сложно структурированных типов данных и тем более к работе с объектами. Также потребовалось разработать и формат данных для описания сложно структурированных информационных конструкций.
1 Исследование осуществлено в рамках программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в 2013 году
2
Статья рекомендована к опубликованию в журнале "Информационные технологии и вычислительные системы"
87
