Комплекс програмних засобів перетворення GL-моделей відмовостійких багатопроцесорних систем типу донор-реципієнт
Ескіз недоступний
Дата
2024
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми. Застосування відмовостійких багатопроцесорних систем (ВБС) набуває з кожним роком все більшого поширення, що пов’язано з можливостями одночасного підвищення як швидкодії, масштабованості, можливостей до складних розрахунків, так і надійності. Це призводить до розширення області їх використання, що відноситься не тільки до високопродуктивних обчислювальних систем, але і до систем управління складними відповідальними об’єктами, які мають найбільшу потребу у забезпеченні високого рівня надійності (атомні електростанції, системи керування літаками, ракетами, космічними апаратами, транспортом та інші), чия відмова може призвести не лише до великих матеріальних втрат, а й до тяжких наслідків економічного та екологічного характеру. Моделювання поведінки таких систем в потоці відмов займає досить велику кількість часу та ресурсів, що ускладнює процес розрахунку надійності досліджуваної системи. Ефективним методом розрахунку надійності систем є використання графо-логічних моделей (GL-моделей). В свою чергу розробка комплексу програмних засобів для побудови GL-моделей ВБС та подальші експерименти над нею значно зменшує витрати часу та ресурсів для моделювання поведінки ВБС в потоці відмов, що робить дану задачу актуальною та важливою як з наукової, так і з практичної точки зору.
В даній роботі розглядається GL-модель для небазової системи, що складається з підсистем «донор» та «реципієнт», які взаємодіють між собою, розділяючи ресурси для підвищення відмовостійкості загальної системи. Це забезпечується шляхом розподілення процесорів від більш відмовостійкої та складної системи до менш відмовостійкої спеціалізованої системи, тобто від «донора» до «реципієнта» з можливістю обмеження кількості переданих процесорів.
Об’єктом дослідження є методи та алгоритми побудови та перетворення GL-моделі небазових ВБС.
Предметом дослідження є моделювання поведінки ВБС типу «донор-реципієнт» в потоці відмов за допомогою графо-логічних моделей (GL-моделі), подальша модифікація реберних функцій та її вплив на поведінку системи.
Мета роботи: розробка комплексу програмних засобів для побудови GL-моделей ВБС типу «донор-реципієнт» та наступної модифікації реберних функцій побудованої моделі; тестування та оцінка ефективності запропонованого комплексу; аналіз та підведення результатів дослідження.
Методи дослідження: в роботі використовуються засади дискретної математики, теорії графів, теорії GL-моделей, теорії програмування, математичну логіку.
Наукова новизна полягає в наступному:
1. Розроблено алгоритм та комплекс програмних засобів для побудови GL-моделей небазової ВБС типу «донор-реципієнт».
2. Порівняно застосування модифікації реберних функцій для загальної моделі системи та моделей підсистем.
3. Виведено результати експериментів і показано, що реалізоване програмне забезпечення адекватно відображає поведінку системи у потоці відмов, і модифікована модель може бути використана для аналізу відмовостійкості систем.
Практична цінність отриманих результатів полягає в тому, що розроблене програмне забезпечення може бути використана на практиці для зменшення витрат часу та ресурсів при виконанні попереднього аналізу та розрахунку надійності ВБС типу «донор-реципієнт» на основі статистичних даних, отриманих за допомогою розробленого комплексу. За допомогою використання алгоритмів модифікації реберних функцій моделі можна досліджувати їх ефективність для систем в залежності від вказаних їх параметрів. Програма забезпечує зручне використання для проведення моделювання та тестування, з можливістю вказання параметрів системи та бажаного обмеження кількості використовуваних процесорів системи «донора» системою «реципієнт». Це є корисним інструментом для подальших досліджень систем інших конфігурацій.
Особистий внесок магістранта полягає у: розробці комплексу програмних засобів побудови та модифікування GL-моделей, в тому числі GL-моделі системи з пари підсистем з симетричним резервуванням; проведенні експериментів для дослідження впливу модифікації моделей на їх поведінку у потоці відмов; аналіз та підведення результатів дослідження.
Апробація роботи. Основні положення і результати роботи були представлені та обговорювались на XVII науково-практичній конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2024 (Київ, 20-22 листопада 2024 р.) та на IV Міжнародній науковій конференції «Період трансформаційних процесів в світовій науці: задачі та виклики» (13.12.2024; м. Рівне, Україна).
Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається з вступу, чотирьох розділів та висновків.
У вступі подано загальну характеристику роботи, наведено оцінку сучасного стану питання, приклади використання, обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі дослідження, описано об’єкт і предмет досліджень, показано наукову новизну та практичну цінність роботи, наведено дані про апробацію результатів.
У першому розділі проведено аналіз і опис відмовостійких багатопроцесорних рішень та їх значимості, поняття надійності, наведено сучасні рішення для розрахунку надійності ВБС та методи моделюванні ВБС, розглянуто сутність методу використання графо-логічних моделей.
У другому розділі досліджено та описано властивості GL-моделей, методи і особливості побудови графів, існуючі та використані методи модифікації реберних функцій GL-моделей, визначено переваги та недоліки, детально описано алгоритми побудови та обрані методи модифікації GL-моделей з наведеними алгоритмами виконання для досліджуваного виду ВБС з підсистемами типу “донор-реципієнт”.
У третьому розділі детально описано реалізацію комплексу програмних засобів, розглянуто вибір інструментів та технологій, наведено архітектуру розробленого програмного забезпечення, надано приклади отриманих результатів використання створених алгоритмів.
У четвертому розділі проведено аналіз отриманих результатів виконаних експериментів над досліджуваною GL-моделлю за допомогою розробленого комплексу програмних засобів, наведено статистичні дані та оформлено висновок зробленого аналізу.
У висновках представлені результати проведеної роботи.
Магістерська дисертація складається з чотирьох розділів, висновків по кожному розділу та загальних висновків по роботі в цілому, списку використаних літературних джерел (14 найменувань). Повний обсяг дисертації – 106 сторінок, у тому числі 96 сторінок основного тексту, 14 рисунків, 5 таблиць.
Ключові слова: ВБС, GL-модель, Граф, Засоби оцінки надійності, Моделювання поведінки системи, Потік відмов, Програмне забезпечення, Підсистеми типу «донор-реципієнт», Небазова модель, Модифікація моделі.
Опис
Ключові слова
ВБС, GL-модель, Граф, Засоби оцінки надійності, Моделювання поведінки системи, Потік відмов, Програмне забезпечення, Підсистеми типу «донор-реципієнт», Небазова модель, Модифікація моделі, FTMS, GL-model, graph, reliability assessment, system behavior simulation, failure stream, software toolkit, donor-recipient subsystems, non-basic model, model modification
Бібліографічний опис
Остапчук, Т. А. Комплекс програмних засобів перетворення GL-моделей відмовостійких багатопроцесорних систем типу донор-реципієнт : магістерська дис. : 123 Комп'ютерна інженерія / Остапчук Тетяна Андріївна. – Київ, 2024. – 106 с