Спросить
Войти
УДК 681.324
СИНЕРГЕТИЧНИЙ ПІДХІД ДО РОЗВИТКУ ГЕТЕРОГЕННИХ КОМП’ЮТЕРНИХ РЕСУРСІВ
В.О. Алексієв, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Анотація. Розглянуто постановку задачі удосконалювання та розвитку існуючих гетерогенних великих комп’ютерних систем та мереж.
Ключові слова: синергетика, розподілені обчислювальні мережі, аналогія, динаміка популяції, GRID-системи.
Вступ
Історично склалося, що великі обчислювальні мережі будь-яких стабільно існуючих підприємств, організацій, ВНЗ різних профілів будувалися по мірі фінансування та удосконалення технічних можливостей комп’ютерних ресурсів. Практика впровадження нових технологій випереджувала науково-технічне
обґрунтування, оцінку ефективності проектних рішень та узагальнення результатів, яких було досягнуто. Поступово такі мережі перетворювалися із порівняно простих обчислювальних комплексів до взаємопов’язаних систем корпоративного рівня. Розглянемо вирішення проблеми теоретичного обґрунтування шляхів розвитку цих систем, що перш за все має велике значення для розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів.
Стан проблеми та постановка задачі
Подальший розвиток існуючих
обчислювальних комплексів великих розмірів (100-1000 та більше комп’ютерів) залежить від логічного сполучення різних за своїми технічними характеристиками, особливостями застосування та терміном існування підсистем та ланок, що складені із різних комп’ютерів та мережевих додатків. Розглянемо новий підхід до удосконалювання таких гетерогенних систем виходячи з аналогії до розвитку живих організмів та популяцій, використання новітніх тенденцій становлення теорії і практики комп’ютингу, застосування
синергетичного підходу до організації розподілених обчислювань.
Розвиток гетерогенних комп’ютерних ресурсів не можна аналізувати та планувати без визначення чисельності комп’ютерів, одиниць мережевої апаратури, серверних додатків на близьке і подальше майбутнє. У цьому випадку прогнозування простежується аналогія удосконалювання складної технічної системи та динаміки біологічної популяції (співіснування особин одного виду). Для відповідної інтерпретації задачі, що розглядається, використаємо спрощену відому модель динаміки такої популяції у термінах організаційно-технічної
комп’ютерної системи. В основі рішення лежить аналіз трьох процесів, які відповідають «природним народжуваності, смерті та видовій конкуренції»: придбання нового обладнання; фізичне старіння; моральне старіння.
Однак тільки визначення кількісних характеристик комп’ютерних ресурсів вирішує проблему їх розвитку лише
частково. Не менш важливим є завдання ефективного сполучення апаратних та програмних складових системи, визначення топології відповідної мережі, та особливості роботи програмного забезпечення,
операційних систем, серверних додатків, концептуальних проблем сполучення програмно-апаратних засобів та логіки організації прикладних обчислювальних
процесів [1, 2]. Завдання упорядкування та
узагальненого комп’ютерного простору визначено у GRID технологіях [3] та у
концептуальному обґрунтуванні їх застосування [4].
k >0, у>0, At ^ 0, х(ї0)= х0, отримаємо такі співвідношення:
Розглянемо у цьому розумінні постановку задачі на застосування синергетичного підходу на основі фундаментальних досліджень [5 - 7] з урахуванням
самоорганізації такої складної системи, а не простого отримання додаткового ефекту від відповідного об’єднання гетерогенних комп’ютерних ресурсі. За основу відповідного дослідження візьмемо формалізацію цієї проблеми, згідно з прикладом [8].
Кількісний аналіз
Приймемо у відповідність складності великої обчислювальної системи кількість одиниць комп’ютерного обладнання в момент часу t через х(ї). У початковий момент відповідна кількість відома: Х(ї0) = х0. Припустимо, що придбання нового обладнання за проміжок часу від t до t+At пропорційна величині At і числу комп’ютерних одиниць обладнання в момент часу ї, загалом число Б(ї, ї+ А0 відповідає придбаному обладнанню за проміжок часу (ї, t+ А0 таким чином, що Б(ї, ї+А ї) = а х(ї)Аї, де а -коефіцієнт пропорційності. Фізичне старіння обладнання за проміжок часу від ї до ї+Аї також пропорційне величині Аї і кількості одиниць обладнання в момент ї, тобто число М(ї, ї+ Аї) фізично застарілих одиниць за проміжок часу (ї, ї+ Аї) дорівнює М(ї, ї+ Аї) = Рх(0&Аї, де
в - коефіцієнт пропорційності фізичного старіння. Припустимо, що моральне старіння веде до додаткового фізичного старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі. Дати формалізований опис цьому процесу, з урахуванням вищезазначеної аналогії, можна безліччю способів. Наприклад, згідно з запропонованою моделлю динаміки популяцій приймемо, що моральне старіння та вилучення відповідних одиниць обладнання з мережі за проміжок часу від ї до ї+ Аї визначається за формулою М1(ї, ї+ Аї)=
= у(х(0)2- Аї, де у - коефіцієнт пропорційності морального старіння. Для визначених у постановці задачі трьох процесів розвитку гетерогенних комп’ютерних ресурсів можна формулювати: х(ї + Аї) = х(ї) + ах(ї)Аї -вх(ї) Аї - у(х(0)2-Аї. Прийнявши а - в = k,
х(ї + А ї) - х(ї)
= k Чх(ї) - ух2(ї);
dx , 2, ч
— = кх-ух (ї); dt
■ = dt.
кх - ух2
У результаті простих перетворень одержано такий результат
х(ї) = к Ш).
к - У хо(1 - е )
Таким чином, можна визначити складність обчислювальної системи х(ї) у будь-який час у майбутньому з урахуванням того, що відповідні коефіцієнти а, в, к, у мають не постійне значення, а є динамічними функціями на відповідному інтервалі часу. Відповідне ускладнення, збільшення масштабів та логічний розвиток комп’ютерної мережі є результатом логічного розвитку, синергетичної самоорганізації комп’ютерних ресурсів, що відповідає допущеному припущенню про аналогію та відповідність процесу гетерогенних комп’ютерних ресурсів динаміці біологічних популяцій. Проведений статистичний кількісний аналіз
обчислювальних мереж транспортних ВНЗ (на прикладі ХНАДУ) показав адекватність висловлених припущень розглянутої моделі [9], відповідність основному принципу синергетики - самоорганізації.
Удосконалювання топології
Будь-які комп’ютерні ресурси організацій та підприємств, що мають стабільні тенденції до розвитку, мають і тенденції розвитку комп’ютерних ресурсів. Як обчислювальне середовище, можливості координації
використання таких гетерогенних
розподілених ресурсів виступають Grіd -технології. Вони дають можливості застосування різноманітних ресурсів: обчислювальних, накопичення даних та комунікаційних. При чому надійність та продуктивність окремих систем може бути порівняно невеликою, але користувач такої розподіленої системи отримує єдину надійну та продуктивну платформу для обчислень, отримання доступу до баз даних та знань,
також може зберігати свої дані та користуватися різноманітними
комунікаційними технологіями [4]. Розвиток топології обчислювальних мереж практично проходить три рівні: Intragrid (внутрішні Grid, рис. 1); Extragrid (зовнішній Grіd, що об’єднують вже декілька організацій, рис. 2); найвищий за рівнем масштабу розмір Grіd-систем є Intergrid (глобальні системи, які об’єднують вже багато організацій, партнерів, кластерних рішень, рис. 2).
Рис.1. Intragrid-система
Рис. 2. Extragrid та Intergrid-системи
Звичайно таке об’єднання координується Grid-системою, а відповідна віртуальна мережа дозволяє технічно об’єднати розрізнені внутрішні Grid та кластери у єдиний інформаційний простір, що координується вже єдиною Grid-системою, яка надається користувачу як єдина віртуальна платформа.
Висновки
Розвиток гетерогенних комп’ютерних ресурсів передбачає принцип конкуренції, що забезпечує «виживання» найбільш ефективних зв’язків згідно з властивістю самоорганізації. Можлива поява нового об’єднання комп’ютерів та інший розподіл завдань між окремими комп’ютерами. Особливо це важливо для вирішення проблем комп’ютерного забезпечення розвитку транспортної інфраструктури міст та регіонів. Саме комп’ютерні ресурси у транспортних системах мають гетерогенний характер та потребують застосування GRID-технологій.
Застосування GRID-технологій у таких існуючих комп’ютерних системах будь-якої обчислювальної мережі потребує розвитку топології та засобів моніторингу серверних додатків для раціональної маршрутизації завдань. Результат - доступ споживачів до додаткових комп’ютерних ресурсів.
Література
системы. Принципы и парадигмы. - СПб.: Питер, 2003. - 877 с.
вирішення задач дослідження мехатронних систем у автомобільно-дорожньому ВГО // Вестник XHАДУ/ Сб. научн. тр. - Xарьков: XHАДУ. - 2007. - Вып. 3В. - С.111 - 113.
о взаимодействии. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. - 320 с.
- Москва: Институт компьютерных
исследований, 2002. - 272 с.
Г.Г. Прогнозы будущего. - М.: Едиториал УРСС, 2003. - 288 с.
транспортного ВНЗ на прикладі ХНАДУ // ХНАДУ, звіт з наукової роботи № держреєстрації 0107Ш08063. - Харків,
Рецензент: О.В. Бажинов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 25 січня 2008 р.
