Файл: Исследование возможностей средств функционального контроля компьютерных систем.docx

Департамент образования и науки города Москвы

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
города Москвы «Московский колледж управления, гостиничного бизнеса
и информационных технологий «Царицыно»

Отделение

Курсовая работа

на тему: Исследование возможностей средств функционального контроля компьютерных систем

По дисциплине (профессиональному модулю)

Выполнил(а)

Студент

группа

Специальность

Руководитель курсовой работы

Фамилия И.О. Подпись

Дата сдачи работы

Москва
2022г.

Содержание

Введение

В настоящее время большое значение имеет задача исследования и разработки методов анализа данных мониторинга вычислительных сетей с автоматиче¬ским прогнозированием критических ситуаций для обеспечения автоматизации процесса принятия реше-ния по действиям в критических ситуациях, таких как отказы обеспечивающих подсистем, угрозы информа-ционной безопасности, перегруженность оперативной либо физической памяти.

На данном этапе развития систем мониторинга особый интерес представляют вопросы, связанные с разработкой алгоритмического и математического обеспечения систем мониторинга с внедрением ин-теллектуальных технологий анализа данных, расши-рения функциональных возможностей систем мони-торинга крупномасштабных вычислительных ком-плексов.

---

Потенциал современных вычислительных систем очень велик, но достижение максимальной эффектив-ности их работы невозможно без наблюдения адми-нистратором системы за потоком задач. С ростом вы-числительных систем становится более сложной и задача определения эффективности их работы. И чем сложнее система, чем больше процессоров и ядер она использует, тем сложнее понимать её поведение, оп-ределять узкие места и причины снижения произво-дительности

Для наблюдения за поведением системы админи-стратор должен иметь возможность собирать количе-ственные данные о работе системы и уметь их анали-зировать.

Целью работы является исследование возможностей средств функционального контроля компьютерных систем.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Изучить средства и методов функционального контроля компьютерных систем

2. Сформулировать задачи функционального мониторинга компьютерных систем

3. Определить требования к системам функционального контроля компьютерных систем

4. Провести анализ методов разграничения и ограничения доступов. Функциональная матрица доступа к компьютерной системе

5. Рассмотреть имеющиеся программно-аппаратные средства функционального контроля компьютерных систем

1. Средства и методов функционального контроля компьютерных систем

1.1 Задачи и способы функционального контроля компьютерных систем

Задачами функционального контроля системы являются своевременное обнаружение сбоев, неисправностей и программных ошибок, исключение их влияния на дальнейший процесс обработки информации и указание места отказавшего элемента, блока программы с целью последующего быстрого восстановления системы.

Выделяют следующие способы функционального контроля вычислительной системы: программный, аппаратный и комбинированный.

Программный контроль подразделяют на программно-логический, алгоритмический и тестовый.

Наиболее распространенная форма программно-логического контроля – это двойной счет со сравнением полученных результатов.

Программно-логический контроль позволяет надежно обнаруживать сбои, и для его осуществления не требуется дополнительного оборудования. Однако при нем более чем вдвое снижается производительность вычислительной системы, не обнаруживаются систематические сбои, нельзя указать место отказа и тем более сбоя, требуется дополнительная емкость памяти для программы вычислений.

---

Алгоритмический контроль заключается в том, что задача, решенная по какому-либо алгоритму, проверяется повторно по сокращенному алгоритму с достаточной степенью точности.

При алгоритмическом контроле производительность вычислительной системы выше, в остальном он обладает теми же недостатками, что и программно-логический, кроме того, имеет ограниченное применение, так как не всегда удается найти для основного алгоритма сокращенный, который был бы значительно короче основного.¹

Тестовый контроль, как правило, применяют для проверки работоспособности комплекса средств автоматизации с помощью испытательных программ. В отличие от программнологического тестовый контроль проверяет не процесс переработки информации, а пребывание компьютерной системы или ее части в работоспособном состоянии. Помимо этого тестовый контроль не всегда обнаруживает сбои и во время проверки нс может решать задачи по рабочей программе.

Аппаратный контроль в отличие от программного может обеспечивать указание о наличии сбоя или неисправности непосредственно в момент их возникновения. Аппаратный контроль в компьютерной системе подразделяют на контроль по модулю, при дублировании оборудования и при троировании оборудования с использованием мажоритарных элементов.

Техническая реализация контроля по модулю заключается в разработке специальных схем, которые в технической литературе получили название "свертки". Эффективность контроля повышается с увеличением модуля. Однако с увеличением модуля непропорционально возрастает количество дополнительного оборудования и усложняются схемы контроля.²

Дублирование оборудования позволяет путем сравнения выходных сигналов обнаружить отказ аппаратуры. Высокая эффективность такого контроля основывается на том, что вероятность одновременного отказа двух одинаковых элементов исчезающе мала. Недостаток этого метода заключается в том, что не всегда возможно определить, какой из каналов является исправным, и поэтому для непрерывности процесса функционирования приходится одновременно в каждом из каналов применять методы контроля, например контроль по модулю.

Троирование оборудования с элементами "голосования" позволяет наряду с увеличением вероятности безотказной работы увеличить и достоверность функционирования с помощью мажоритарных элементов. Данный метод требует, разумеется, увеличения объемов оборудования.

В настоящее время существует много разнообразных методов контроля, имеющих в зависимости от конкретных требований и условий различную степень применяемости. Некоторые из этих методов являются специализированными для определенных типов устройств и систем. Другие приспособлены для проверки определенных видов операций и применяются в различных типах устройств.

---

Одним из основных условий эффективного функционирования автоматизированной системы является обеспечение требуемого уровня достоверности информации. Под достоверностью информации понимают некоторую функцию вероятности ошибки, т.е. события, заключающегося в том, что реальная информация в системе о некотором параметре не совпадает в пределах заданной точности с истинным значением.

Необходимая достоверность достигается использованием различных методов, реализация которых требует введения в системы обработки данных информационной, временной или структурной избыточности. Достоверность при обработке данных достигается путем контроля и выявления ошибок в исходных и выводимых данных, их локализации и исправления. Условие повышения достоверности – снижение доли ошибок до допустимого уровня. В конкретных компьютерных системах требуемая достоверность устанавливается с учетом нежелательных последствий, к которым может привести возникшая ошибка, и тех затрат, которые необходимы для ее предотвращения.³

Методы контроля при обработке информации в компьютерной системе классифицируют по различным параметрам: количеству операций, охватываемых контролем, – единичный (одна операция), групповой (группа последовательных операций), комплексный (контролируется, например, процесс сбора данных); частоте контроля – непрерывный, циклический, периодический, разовый, выборочный, по отклонениям; времени контроля – до выполнения основных операций, одновременно с ними, в промежутках между основными операциями, после них; виду оборудования контроля – встроенный, контроль с помощью дополнительных технических средств, безаппаратный; уровню автоматизации – ручной, автоматизированный, автоматический.

Комбинированный контроль – это сочетание программного контроля с аппаратным.

1.2 Задача функционального мониторинга компьютерных систем

В современных вычислительных системах боль-шинство приложений, узлов, сетевых и даже инфра-структурных устройств предоставляют большое ко-личество доступных для наблюдения характеристик. К сожалению, у существующих распространённых средств мониторинга есть недостатки, которые суще-ственно затрудняют сбор и анализ этих данных.

Наработанный математический и алгоритмический аппарат для мониторинга состояний крупномасштаб¬ных вычислительных комплексов позволяет доста¬точно эффективно решать задачи анализа данных мо¬ниторинга в режиме реального времени. Однако для решения задачи повышения степени автоматизации процесса принятия решений при анализе данных мо¬ниторинга, а также задачи прогнозирования критиче¬ских ситуаций необходима быстрая и эффективная работа не только с поступающими данными, но и с уже накопленными. Таким образом, вопрос разра¬ботки математического и алгоритмического обеспе¬чения для анализа данных мониторинга крупномас¬штабных вычислительных систем остается открытым и требует привлечения новых современных подходов к своему решению, новых математических и алгорит¬мических инструментов.

---

⁴

Существующие системы позволяют задавать «штатное» поведение установлением границ допус-тимых значений параметров вычислительной систе¬мы. Этого недостаточно для описания всех нештат¬ных ситуаций, и определение этих границ может быть очень непростым для отдельной системы.

Анализ накопленных данных и потока задач по-могает администратору в определении того, на¬сколько полно и качественно используется его вы¬числительная система. Для больших систем хране¬ние всех собираемых данных с максимальной точно¬стью нецелесообразно, но и простого набора базовых характеристик недостаточно для анализа нештатных ситуаций.

К тому же перед пользователями и администрато-рами вычислительной системы встает еще одна про-блема - оптимизированное управление загрузкой сис-темы. Для решения данной задачи необходимо реали-зовывать функцию прогнозирования загрузки, кото¬рая позволит более эффективно управлять ей за счет анализа уже собранной статистики по загрузке в раз-личные периоды времени и при решении различных задач. Более того, решение задачи прогнозирования несет в себе и функцию определения критических ситуаций, таких как отказы обеспечивающих подсис-тем: электропитания, охлаждения, угрозы информа-ционной безопасности и других.⁵

Таким образом, одной из наиболее важных задач в области мониторинга и анализа вычислительных ком-плексов и компьютерных систем является задача раз-работки методики анализа эффективности функцио-нирования высокопроизводительных вычислительных систем.

1.3 Требования к системам функционального контроля компьютерных систем

Однако единого решения подобной задачи в на-стоящее время не существует. Необходимо сформу-лировать набор требований для системы мониторинга компьютерных сетей, а также для пакета, позволяю-щего на их базе проводить анализ эффективности ра-боты компьютерной сети. Другими словами, решение проблемы мониторинга заключается в разработке и исследовании алгоритма и его программной реализа-ции для исследования ключевых характеристик ком-пьютерных систем.

Создаваемый программный комплекс в таком случае должен включать как систему управления заданиями и систему мониторинга, так и развитую систему оповещения о наличии критических си¬туаций.

Чтобы решить поставленные задачи, система мо-ниторинга должна соответствовать определенным требованиям:⁶

1. Масштабируемость: комплекс должен работать на кластерах с числом процессоров, меняющимся в широком диапазоне.

---