Размещено на http: //www. allbest. ru/

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15

Информатика

Архитектура программного комплекса определения надежности информационной системы

А.А. Бушуев

Аннотация

архитектура программный надежность бесперебойный

Современные информационные системы занимают важное место в жизни организации. Выход их из строя может повлечь остановку работы всей организации. Поэтому крайне актуальным становится обеспечение их надежной и бесперебойной работы. В статье описывается архитектура программного комплекса, предназначенного для определения уровня надежности существующей информационной системы, разработки комплекса изменений, позволяющего повысить уровень надежности ИС до приемлемого уровня, а также для подготовки системных администраторов.

Annotation

The Architecture of Software Determining Information System's Reliability

A. A. Bushuev

Perm State University, 614990, Perm, Bukireva st., 15

Modern information systems occupy an important place in the life of the organization. Failure of these systems may lead to stop work the whole of the organization. Therefore, it is becoming essential to ensure their safe and undisturbed operation. The article describes the architecture of software system designed to determine the reliability of existing information systems, to develop a set of changes for improvement of the reliability of information system up to an admissible level, and also for system administrators training.

Введение

Разнообразные информационные системы (ИС) прочно вошли в жизнь современного человека и охватывают многие сферы человеческой деятельности. Сегодня уже трудно найти организацию, в которой нет информационной системы. В большинстве организаций информационные системы заняли важное место в работе персонала, а в ряде организаций информационные системы являются основой деятельности. В связи с этим надежность информационной системы, ее работоспособность и доступность для конечного пользователя становится основой современного бизнеса, который, по словам Б.Гейтса, совершается "со скоростью мысли".

Обеспечение постоянной бесперебойной работы информационной системы - не простая задача, так как современные ИС состоят из огромного числа аппаратных и программных компонентов, от работоспособности которых зависит работа всей ИС. Чаще всего в ИС можно выделить программные и аппаратные компоненты, а также компоненты, которые обеспечивают работу ИС (помещение, линии связи, линии электрического обеспечения и т.д.).

Каждая ИС требует своего особого, уникального подхода к обеспечению высокого уровня надежности и доступности, что обусловлено следующими причинами:

· уровень надежности и доступности различных ИС определяется бизнес-процессами, происходящими в организации;

· наличие огромного числа различных вариантов компонентов, которые можно применить в ИС;

· не существует специалиста, который знает все обо всех возможных компонентах, а также то, как они поведут себя в окружении уже действующей ИС;

· для повышения уровня надежности и доступности ИС требуются финансовые вложения, которые ограниченны в любой организации.

В обеспечении надежного функционирования информационной системы, помимо аппаратных и программных средств, важное место занимает системный администратор. От уровня его подготовки зависит скорость восстановления работоспособности ИС в случае отказа.

Целью данной работы является разработка программного комплекса, который позволит определить уровень надежности существующей информационной системы, предложить изменения, которые могут повысить ее уровень надежности, а также позволит обучать администраторов этой информационной системы действиям в случае возникновения критических ситуаций.

Разрабатываемый программный комплекс позволит:

· анализировать уровень надежности и доступности ИС в ее текущей компоновке;

· изменять структуру ИС с целью повышения ее уровня надежности;

· проводить обучение системных администраторов для более адекватного поведения их в различных критических ситуациях.

Основной особенностью разрабатываемой системы является то, что обучение системных администраторов планируется проводить на модели ИС предприятия, с которой работает этот системный администратор.

В практической деятельности системным администраторам приходится не только настраивать и поддерживать работоспособность информационной системы, но и периодически сталкиваться и бороться с ее отказами. В этих случаях по достаточно ограниченному набору данных (так как часто основные узлы ИС находятся в удаленных центрах обработки данных (ЦОД)) системному администратору необходимо определить причину произошедшего отказа. Эта задача является трудной не только для начинающих системных администраторов, но и для специалистов высокого уровня. Связано это с тем, что существует достаточно большое количество аппаратных и программных компонентов ИС, которые могут выйти из строя.

Чтобы минимизировать время, необходимое для восстановления работоспособности информационной системы после отказа, системный администратор должен быть обучен поведению в критических ситуациях, а также должен знать, отказ каких компонентов мог привести к отказу.

Традиционные методы обучения не всегда позволяют добиться желаемого результата по следующим причинам [1]:

· высокая стоимость учебного оборудования;

· высокая стоимость эксплуатации оборудования;

· высокая опасность выполняемых работ;

· высокая сложность изменения конфигурации оборудования и параметров среды;

· большая длительность проведения работ и т.д.

В таких ситуациях применение компьютерных имитационных тренажеров имеет большое практическое значение, так как позволяет получать необходимый практический опыт. Кроме формирования профессиональных навыков и умений, компьютерные имитационные тренажеры успешно развивают творческие способности, профессиональную интуицию, а самое главное, умение работать в команде. Все это способствует значительному повышению качества подготовки специалистов.

Донской А.Н. выделяет следующие типы компьютерных тренажеров [2]:

1. Электронный экзаменатор. Основная функция данного типа тренажера - это замена живого экзаменатора в строго регламентированных областях (техника безопасности различных производств, правила дорожного движения и т.п.). Как правило, такой экзаменатор содержит набор билетов из нескольких вопросов, предлагаемых экзаменуемому в случайном порядке, и ряда неправильных и одного правильного ответа на каждый вопрос. В зависимости от сложности экзаменатор может обеспечивать:

· показ рисунков в кадре вопроса;

· показ мультфильмов (анимация) в кадре вопроса;

· анализ ответа экзаменуемого в виде чисел и формул;

· предварительное обучение (показ правильных ответов);

· редактирование старых и создание новых вопросов.

2. Статические (или логико-динамические) тренажеры. Наиболее широко в этом классе распространены тренажеры по оперативным переключениям в электрических сетях. Основная особенность заключается в том, что в таких программах отсутствует физико-математическая модель процессов, происходящих в оборудовании, но показывается и проверяется определенный порядок действий. Порядок действий обычно жестко задается; в более сложных случаях предусматриваются разветвления в цепочке действий, что обеспечивается логическими функциями (логико-динамическая модель). Главные недостатки:

· невозможность отклонения обучаемого от сколь угодно сложной, но все равно жестко заданной цепочки действий;

· трудность программирования динамических эффектов (даже простого изменения показаний приборов).

К тренажерам такого типа относятся: "ТОР-2" (ГВЦ Минтопэнерго, г.Москва), "СОКРАТ" ("Корона ЛТД", г.Саратов), тренажеры Центра подготовки и тренажа Пермской ГРЭС (Добрянка).

3. Динамические тренажеры. Имеют в своей основе математическую модель реальных физических процессов, потому они наиболее эффективны для качественного обучения персонала. С целью сокращения необходимого для моделирования времени модель процесса упрощают, но так, чтобы ее поведение соответствовало поведению реальной системы с определенной точностью. Это сложная творческая задача для инженера и научного работника.

4. Пультовые тренажеры. В тренажерах данного типа, кроме компьютера, присутствует аппаратная часть (например, копия реального пульта управления). На пульте могут быть представлены только основные приборы и органы управления (упрощенный тренажер), приборы по управлению какой-либо частью, отдельной установкой (локальный тренажер); наконец, пульт может быть копией реального пульта управления (полномасштабный тренажер). Компьютер в данном случае заменяет реальный управляемый объект; здесь, как правило, необходима хорошая динамическая модель.

В качестве примера тренажера данного типа можно назвать полномасштабный тренажер по турбине Т-100 (ТЭЦ-25, г.Москва).

5. Мультимедийные тренажеры. Современный уровень развития компьютерных технологий позволяет создавать диалоговые обучающие программы и тренажеры, включающие звуковые эфекты и видеоэффекты. Это позволяет усилить ощущение реальности при работе с тренажером и открывает новые возможности в процессе обучения.

Сегодня тренажеры востребованы в различных отраслях хозяйства, и производители промышленного оборудования в последние годы заинтересованы в их выпуске. Ведущие отрасли отечественной промышленности - нефтяная и газовая - занимаются развитием собственных тренажно-моделирующих средств, позволяющих минимизировать затраты на подготовку высококвалифицированных специалистов [3].

1. Архитектура программного комплекса

Архитектура программного комплекса представлена на рисунке.

Рисунок 1 Архитектура программного комплекса

1. Модель прикладной системы. Ядром разрабатываемого тренажера является имитационная модель прикладной информационной системы, представленная в виде, обрабатываемом системой имитационного моделирования Triad [5, 6].

Условно модель ИС можно разделить на два уровня:

· модель аппаратных средств, образующих вычислительную систему, в которой действует прикладная ИС;

· модель программных средств, которые образуют ИС.

2. Модуль построения моделей прикладных ИС. C помощью данного модуля пользователь может построить модель прикладной ИС. Предусматривается два режима построения:

· автоматический - на базе сбора информации о компонентах вычислительной системы автоматически строятся модели аппаратных и программных средств с использованием готовых моделей компонентов, получаемых из БД моделей;

· ручной - пользователь самостоятельно строит модель ИС, либо использует модели из БД моделей, либо моделирует собственные компоненты, более точно отражающие используемые компоненты ИС.

3. БД моделей аппаратных и программных компонентов. В этой базе данных хранятся модели программных и аппаратных компонентов ИС, которые могут быть многократно использованы.

Часто в различных информационных системах используются одинаковые аппаратные (процессоры, сетевые платы, жесткие диски и т.п.) или программные компоненты (ОС, антивирусное ПО, СУБД, web-серверы), поэтому есть возможность переиспользовать модели компонентов.

4. Модуль построения моделей для программных и аппаратных компонентов предназначен для создания моделей компонентов информационной системы (программных и аппаратных) и занесения их в БД для последующего использования.

Используется два способа построения таких моделей:

· автоматический - с помощью средств "Data mining" на основе технической документации строится модель компонента ИС;

· ручной - пользователь самостоятельно указывает существенные характеристики компонента ИС.

5. Модуль статического анализа структуры ИС. Данный модуль используется для анализа структуры ИС.

Существует большой набор частных методов, позволяющих повысить надежность информационных систем. Примерами таких методов можно считать:

· дублирование данных (различные варианты RAID массивов жестких дисков);

· настройка репликации данных - создание копии важных данных на каком-то удаленном ресурсе;

· создание резервных копий функциональных компонентов ИС и распределение их по узлам вычислительной системы таким образом, что при выходе из строя любого из них в ИС будут присутствовать все функциональные модули;

· создание резервных копий на медленных носителях (магнитные ленты, оптические диски); это вариант для восстановления работоспособности ИС в случае полного уничтожения исходной информации.

Для выдачи рекомендаций по использованию этих методов нет необходимости проводить имитационное моделирование поведения ИС, достаточно информации о ее структуре.

В рамках данного модуля планируется, используя информацию о существующих методах повышения надежности ИС (оформленных в виде продукционной экспертной системы), а также информацию о структуре ИС (представленной в модели прикладной системы), выдавать системным администраторам рекомендации по повышению уровня надежности ИС.

6. Компонента ситуационных моделей.

Одной из целей создания программного обеспечения была разработка тренажера, который позволит системным администраторам совершенствовать навыки в обеспечении высокого уровня надежности ИС, а также научит, как вести себя в различных критических ситуациях.

Существует много различных ситуаций, при которых информационная система будет функционировать неправильно либо не будет функционировать вообще. Данный модуль предназначен для того, чтобы обучающийся системный администратор получил навыки обеспечения устойчивости ИС к наибольшему числу отказов.

7. Модель пользователя. Для осуществления наиболее гибкого и эффективного процесса обучения используется модель пользователя.

Модель пользователя позволяет не только обучать в новых, ранее не рассмотренных ситуациях, но и повторять обучение, анализируя те ситуации, в которых были получены плохие результаты в прошлом.

8. Модуль обучения системных администраторов. На основе модели пользователя и модели различных исключительных ситуаций (оформленных в виде фреймовой сети) будут вноситься изменения в модель прикладной информационной системы с целью получения отказа определенного вида. Во время имитационного моделирования получаемой ИС будет происходить отказ. Обучаемый системный администратор должен будет обнаружить причину отказа и предпринять действия по его устранению.

По окончании тренировки система выдаст оценку действий пользователя и предложит наиболее правильное решение, позволяющее восстановить функционирование ИС в кратчайшие сроки.

В результате обучающийся системный администратор не только приобретает опыт в устранении отказа и восстановлении работоспособности ИС, но и получит рекомендации по более эффективным действиям.

Заключение

Применение программного комплекса для анализа уровня надежности информационных систем позволит определить потенциально узкие места в архитектуре уже существующей ИС. Помимо того, применение программного комплекса даст возможность выработать план изменений, благодаря которому уровень надежности ИС можно будет поднять до приемлемого.

Использование программного комплекса в качестве тренажера позволит повысить уровень подготовки системных администраторов, а также приобрести необходимые навыки поведения в критической ситуации.

Список литературы

1. Гаммер М.Д. Применение компьютерных имитационных тренажеров и систем виртуальной реальности в учебном процессе / http://cde.tsogu.ru/publ1/

2. Донской А.Н. Тренажеры на базе ЭВМ для оперативного персонала ТЭЦ / http://simulators.narod.ru/intro.htm

3. Трубицын А. Прежде чем лететь к звездам. /http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=72276

4. Evan Marcus, Hal Stern. Blueprint for High Availability. Second edition // Wiley Publishing, Indianapolis, 2003.

5. Mikov A.I. Simulation and Design of Hardware and Software with Triad // Proc.2nd Intl.Conf. on Electronic Hardware Description Languages, Las Vegas, USA, 1995. P.15-20.

6. Миков А.И., .Замятина Е.Б., Фатыхов А.Х. Система оперирования распределенными имитационными моделями сетей телекоммуникаций // Тр. II Всероссийской научной конф. «Методы и средства обработки информации». М.: Изд-во МГУ, 2003.

7. Миков А.И., Замятина Е.Б., Осмехин К.А. Динамическое распределение объектов имитационной модели, основанное на знаниях // Proceedings of XIII International Conference «Knowedge-Dialogue-Solution» KDS, ITHEA, Sofia, 2007. Vol.2. P.618-624.

8. Миков А.И., Замятина Е.Б.,Козлов А.А. Оптимизация параллельных вычислений с применением мультиагентной балансировки // Тр. конф. ПАВТ-2009. С.599-604.

9. Mikov A., Zamyatina E., Firsov A. Software for Remote Parallel Simulation // International Journal «Information Theories & Applications». 2007. Vol.14, №4. Р.389-395.

Размещено на Allbest.ru