Кластеризація обчислювального процесу в системах та мережах розгалуженого доступу - Автореферат

Сучасні системи доступу до розгалужених даних є комплексом апаратно-програмних засобів, що дають змогу швидко, ефективно одержувати доступ до даних та забезпечувати їх зберігання для подальшого використання. Разом зі збільшенням обсягів даних, збільшується й кількість допоміжних апаратно-програмних засобів для їх обробки; навантаження на вузли обробки передачі даних у багатьох випадках є незбалансованими. Уперше розроблено метод та програмне забезпечення балансування навантажень на сервери баз даних та маршрутизатори за програмно керованим критерієм з використанням кластерного програмного забезпечення OPENMOSIX на базі операційної системи Linux, що дозволяє у потрібний момент відокремити окремо взяте завдання, що вже виконується на сервері, від конкретної апаратної платформи й перемістити на іншу без значної затримки й припинення виконання завдання. Уперше виконано дослідження із застосуванням фізичної моделі обчислювальної мережі кластера для отримування параметрів балансування у мережах з великою різницею швидкостей передавання даних за методом використання штучно внесених допоміжних індексів, програмно керованими умовами міграції процесів та автоматичного перезавантаження процесів, що припинили своє існування. У статтях, що написано у співавторстві, автору належать: спосіб перерахунку координатної привязки до адаптивного розміщення графічних елементів програмного інтерфейсу та програми мовами програмування С та JAVA, способи портування програмного коду та динамічного облаштування на екрані дисплею [1;6;7], алгоритм, архітектура зєднання та код програм мовами програмування С і Python [2], аналіз методів зєднання прикладних програмних засобів, рекомендації щодо створення прикладних програмних засобів для використання в середовищі обчислювального кластера [3], алгоритм, програма, метод досліду та аналізу наслідків вторгнення в операційну систему [5], архітектура зєднань, алгоритм, програма, метод взаємодії програмних модулів у часі [8], реалізація алгоритму швидкого розрахунку векторних перетворень, демонстраційна програма [9].Для вирішення різних завдань прикладного програмування пропонується використання найбільш потужних серед універсальних мов програмування - С та Python. Але кластеризація доцільна лише при приєднанні клієнтів до кластера в односторонньому напрямку - клієнти не можуть використовувати кластеризованого ресурсу сервера, але сервер може використовувати клієнтські ресурси. Запит, що надійшов, на генерацію Web-сторінок, Web-сервер передає програмі-розширенню сервера, що формує необхідний документ, а потім Web-сервер відсилає готові Web-сторінки назад оглядачу. Сервер ППЗ може забезпечувати взаємодію з Web-серверами і серверами БД, що функціонують на різних апаратно-програмних платформах (компютерах різних типів і під керуванням різних операційних систем). Уведення додаткового рівня Web-сервера дозволяє публікувати інформацію з БД локальних мереж у мережі Internet, одержувати інформацію від інших intranet-мереж чи Web-вузлів.У дисертаційній роботі запропоновано способи, методи, алгоритми та обчислювальні засоби для рішення задач кластеризації обчислювального процесу в системах та мережах з розгалуженим доступом. Розроблено основи формування адресного простору та спосіб графічної розмітки обчислювальної мережі кластера на основі протоколу IPV4, що дозволяє забезпечити безперебійний звязок складових частин кластера та дозволяє уникнути помилок проектування підмереж мережі. Уперше розроблено метод та програмне забезпечення балансування навантажень на сервери баз даних та маршрутизатори за програмно керованим критерієм з використанням кластерного програмного забезпечення OPENMOSIX на базі операційної системи Linux, що дозволяє у потрібний момент відокремити окремо взяте завдання, що вже виконується на сервері, від конкретної апаратної платформи й перемістити на іншу без значної затримки й припинення виконання завдання. Розроблено засади щодо методик проектування програмних засобів за методом примусового балансування, що дозволяє зменшити навантаження на окремий сервер обчислювального кластера. Уперше виконано дослідження із застосуванням фізичної моделі обчислювальної мережі кластера для отримування параметрів балансування у мережах з великою різницею швидкостей передавання даних за методом використання штучно внесених допоміжних індексів, програмно керованими умовами міграції процесів та автоматичного перезавантаження процесів, що припинили своє існування.

Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі запропоновано способи, методи, алгоритми та обчислювальні засоби для рішення задач кластеризації обчислювального процесу в системах та мережах з розгалуженим доступом. На основі проведених досліджень отримано такі основні результати: 1. Розроблено основи формування адресного простору та спосіб графічної розмітки обчислювальної мережі кластера на основі протоколу IPV4, що дозволяє забезпечити безперебійний звязок складових частин кластера та дозволяє уникнути помилок проектування підмереж мережі.

2. Уперше розроблено метод та програмне забезпечення балансування навантажень на сервери баз даних та маршрутизатори за програмно керованим критерієм з використанням кластерного програмного забезпечення OPENMOSIX на базі операційної системи Linux, що дозволяє у потрібний момент відокремити окремо взяте завдання, що вже виконується на сервері, від конкретної апаратної платформи й перемістити на іншу без значної затримки й припинення виконання завдання.

3. Розроблено засади щодо методик проектування програмних засобів за методом примусового балансування, що дозволяє зменшити навантаження на окремий сервер обчислювального кластера.

4. Уперше розроблені методики дослідження поведінки кластера типу OPENMOSIX з діючими маршрутизаторами Internet трафіку під керуванням операційної системи Linux та додатковими програмними засобами, які можуть бути використані в кластері.

5. Уперше виконано дослідження із застосуванням фізичної моделі обчислювальної мережі кластера для отримування параметрів балансування у мережах з великою різницею швидкостей передавання даних за методом використання штучно внесених допоміжних індексів, програмно керованими умовами міграції процесів та автоматичного перезавантаження процесів, що припинили своє існування.

6. Доведено, що кластер OPENMOSIX доцільно використовувати. Використання обчислювального кластера у найгіршому випадку не заважає внутрішній кластеризації систем керування базами даних та іншого програмного середовища, а в багатьох випадках збільшує потужність обчислень в декілька разів.

7. За наявності модулів розширення сервера зі значними вимогами до розрахункової потужності сервера запропоновано використовувати керовану міграцію процесів до інших серверів, що менше завантажені. Це в багатьох випадках збільшує потужність обчислень у декілька разів. При використанні запропоновоного способу послідовного розвитку обчислювальної системи уможливлює маштабування системи в цілому.

8. Пропонується для серверів, що також є маршрутизаторами, використовувати обчислювальний кластер в односторонньому напрямі. Тобто, маршрутизаторам недоцільно приймати процеси від інших серверів, так як це може порушити взаємодію по мережі, але можна відправляти процеси до інших серверів, де працюють програми усунення вибраних до припинення процесів та їх перезавантаження в правильному режимі. За допомогою цього методу забезпечується правильне функціонування звязку між нодами кластера.

9. Використання графічного способу розмітки IPV4 мереж уможливлює балансування навантажень на магістралі передачі даних за допомогою протоколу OSPF.

10. Пропонується використовувати скриптові мови для створення тестових версій програмних засобів з подальшим профілюванням та заміщенням місць, що потребують більшої швидкості, мовою програмування з попередньою компіляцією. Цей спосіб розроблення програмного забезпечення прискорює процес розробки в 2-3 рази і часто зменшує вимоги до кваліфікації персоналу.

1. Скрипка В.М., Фабричев В.А. Портування координатно розрахованого графічного інтерфейсу на мову програмування JAVA // Проблеми інформатизації та управління: Зб. наук. пр. - К.: НАУ, 2005. - Вип. 1(12). - С. 147-150.

2. Скрипка В.М., Фабричев В.А. Використання симбіозу мов програмування для швидкого досягнення мети експериментів // Проблеми інформатизації та управління: Зб. наук. пр. - К.: НАУ, 2006. - Вип. 1(16). - С. 152-155.

3. Скрипка В.М., Фабричев В.А. Клієнт-серверна технологія в заходах кластеризації обчислювального процесу // Проблеми інформатизації та управління: Зб. наук. пр. - К.: НАУ, 2006. - Вип. 2(17). - С. 149-152.

4. Скрипка В.М., Забезпечення пріоритетності виконання програмних засобів за рахунок примусової міграції процесів // Проблеми інформатизації та управління: Зб. наук. пр.- К.: НАУ, 2006. - Вип. 3(18). - С. 120-123.

5. Скрипка В.М., Фабричев В.А. Моделювання процесу вторгнення в операційну систему // Матеріали V Міжнар. наук.-техн. конф. “Авіа-2003”. - К.: НАУ, 2003. - С. 14.163-14.166.

6. Скрипка В.М. Створення координатно розрахованого графічного інтерфейсу з використанням мови програмування JAVA // Матеріали IV Міжнар. наук.-техн. конф. студ. та молодих учених “Політ-2004”. - К.: НАУ, 2004. - С. 54.

7. Скрипка В.М. Створення координатно розрахованого графічного інтерфейсу з використанням мови програмування JAVA // Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції “Авіа-2004”. - К.: НАУ, 2004 - С. 23.

8. Скрипка В.М., Фабричев В.А. Допоміжні засоби балансування навантажень на бази даних, що динамічно оновлюються // Матеріали VII Міжнародної науково-технічної конференції “Авіа-2006”. - К.: НАУ, 2006. - Т.1. - С.13.21-13.24.

9. Скрипка В.Н., Харченко А.Г. Векторная графика // Матеріали XLVI студ. наук.-техн. конф. - К.: НАУ, 1998. - С. 43-44.