Комплекс програмних засобів перетворення GL-моделей відмовостійких багатопроцесорних систем типу донор-реципієнт
| dc.contributor.advisor | Романкевич, Олексій Михайлович | |
| dc.contributor.author | Остапчук, Тетяна Андріївна | |
| dc.date.accessioned | 2024-12-26T08:28:03Z | |
| dc.date.available | 2024-12-26T08:28:03Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.description.abstractother | Relevance of the Topic. The use of fault-tolerant multiprocessor systems (FTMS) is becoming increasingly widespread every year. This trend is driven by their ability to enhance performance, scalability, capability for complex computations, and reliability. These qualities expand their application areas, including not only high-performance computing systems but also control systems for critical infrastructure. Such systems (nuclear power plants, aircraft, missiles, spacecraft, transportation systems, etc.) require the highest levels of reliability, as their failure can lead to severe economic, material, and environmental consequences. Modeling the behavior of such systems in a failure stream demands significant time and resources, complicating the reliability calculation process. An effective method for system reliability estimation involves the use of graph-logical models (GL-models). Developing a software toolkit for constructing GL-models and conducting experiments on them substantially reduces the time and resources required for simulating FTMS behavior under failure conditions, making this task both scientifically and practically significant. This study examines a GL-model for a non-basic system comprising subsystems referred to as “donor” and “recipient,” which interact by sharing resources to enhance overall system fault tolerance. This interaction involves reallocating processors from a more fault-tolerant and complex subsystem (the donor) to a less fault-tolerant specialized subsystem (the recipient), with a configurable limit on the number of transferable processors. Object of Research. Methods and algorithms for constructing and transforming GL-models for non-basic FTMS. Subject of Research. Simulation of FTMS behavior of the “donor-recipient” type in a failure stream using GL-models, subsequent modification of edge functions, and analysis of their influence on system behavior. Objective of the Study. To develop a software toolkit for constructing GL-models of FTMS of the “donor-recipient” type, modify edge functions of the constructed model, test and evaluate the proposed toolkit, and analyze the results obtained during the research. Methods of Research. The study employs principles of discrete mathematics, graph theory, GL-model theory, programming theory, and mathematical logic. Scientific Novelty. 1. Development of an algorithm and software toolkit for constructing GL-models for non-basic FTMS of the “donor-recipient” type. 2. Comparative analysis of edge function modifications applied to the general system model versus subsystem models. 3. Experimental validation showing that the implemented software adequately represents system behavior in a failure stream, with the modified model being suitable for fault-tolerance analysis. Practical Value. The developed software can be applied to reduce time and resource consumption during preliminary analysis and reliability calculations of FTMS of the “donor-recipient” type based on statistical data generated by the proposed toolkit. Using algorithms for edge function modification, the software enables the evaluation of model efficiency based on specified system parameters. It offers user-friendly features for modeling and testing, allowing parameter configurations and processor-sharing limitations between donor and recipient subsystems. This makes it a valuable tool for further research on systems with different configurations. Personal Contribution of the Author. Development of the software toolkit for constructing and modifying GL-models, including those for symmetrical redundancy in donor-recipient subsystems; conducting experiments to evaluate the impact of model modifications on their behavior in a failure stream; analysis and summarization of research results. Presentation of Results. The primary findings and results were presented and discussed at the XVII Scientific and Practical Conference of Master's and Postgraduate Students “Applied Mathematics and Computing” PMC-2024 (Kyiv, November 20–22, 2024) and the IV International Scientific Conference “Transformation Processes in Global Science: Challenges and Tasks” (Rivne, December 13, 2024). Structure and Scope of the Work. The master’s thesis includes an introduction, four chapters, and conclusions. The introduction outlines the study's general characteristics, relevance, objectives, and tasks, describing the research object and subject, scientific novelty, and practical significance. The first chapter provides an analysis of fault-tolerant multiprocessor systems, their importance, and current approaches to reliability assessment and modeling, with an introduction to GL-models. The second chapter examines GL-model properties, graph construction methods, edge function modification techniques, advantages, and limitations, detailing algorithms for constructing and modifying GL-models for the donor-recipient FTMS type. The third chapter describes the implementation of the software toolkit, tools and technologies used, system architecture, and example results obtained from the developed algorithms. The fourth chapter analyzes experimental results obtained using the developed software, including statistical data and conclusions based on the tested GL-model. Conclusions summarize the research findings. The master's thesis consists of four chapters, conclusions for each chapter, general conclusions for the entire study, and a list of references (14 sources). The total volume of the thesis is 106 pages, including 96 pages of main text, 14 figures, and 5 tables. Keywords: FTMS, GL-model, graph, reliability assessment, system behavior simulation, failure stream, software toolkit, donor-recipient subsystems, non-basic model, model modification. | |
| dc.format.extent | 106 с. | |
| dc.identifier.citation | 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 | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/71351 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | ВБС | |
| dc.subject | GL-модель | |
| dc.subject | Граф | |
| dc.subject | Засоби оцінки надійності | |
| dc.subject | Моделювання поведінки системи | |
| dc.subject | Потік відмов | |
| dc.subject | Програмне забезпечення | |
| dc.subject | Підсистеми типу «донор-реципієнт» | |
| dc.subject | Небазова модель | |
| dc.subject | Модифікація моделі | |
| dc.subject | FTMS | |
| dc.subject | GL-model | |
| dc.subject | graph | |
| dc.subject | reliability assessment | |
| dc.subject | system behavior simulation | |
| dc.subject | failure stream | |
| dc.subject | software toolkit | |
| dc.subject | donor-recipient subsystems | |
| dc.subject | non-basic model | |
| dc.subject | model modification | |
| dc.subject.udc | 004.8 | |
| dc.title | Комплекс програмних засобів перетворення GL-моделей відмовостійких багатопроцесорних систем типу донор-реципієнт | |
| dc.type | Master Thesis |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- Ostapchuk_TA_KV32mp_magistr_2024.docx
- Розмір:
- 894.99 KB
- Формат:
- Microsoft Word XML
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: