IPRI - www.ipri.kiev.ua -  IPRI - www.ipri.kiev.ua -

Дослідження та розробка адаптивних технологій організації обчислень і математичне моделювання вузлів глобальних архітектур для інформаційних систем державного управління

РЕФЕРАТ

ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА, ХМАРНІ ОБЧИСЛЕННЯ, ПІДТРИМКА ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ, ТЕХНОЛОГІЇ, АДАПТАЦІЯ, МОДЕЛЮВАННЯ.

Звіт про НДР (заключний): с. 231, рис. 116, табл. 9, джерел 99.

Дослідження виконано в рамках науково-дослідної роботи за темою «Дослідження та розробка адаптивних технологій організації обчислень і математичне моделювання вузлів глобальних архітектур для інформаційних систем державного управління».

Об’єкт дослідження – операційні вузли глобально розподіленої обчислювальної інфраструктури у середовищі хмарних обчислень.

Метою роботи було створення теоретичних засад, аналітичного апарату, математичних моделей та технологічних підходів до адаптивного управління обчислювальними операційними вузлами, які мають підтримувати розосереджені обчислення за вимогою органів державного управління в обчислювальній мережі, побудованій на базі концепції хмарних обчислень.

Методи досліджень – системний аналіз, математичне моделювання.

Звіт містить результати науково-дослідних робіт, в ході яких виконувались аналіз особливостей функціонування операційних вузлів глобальних архітектур та технологічних можливостей забезпечення їх адаптивних властивостей в інфраструктурі хмарних обчислень, розробка технологічних підходів до забезпечення адаптивних властивостей компонентів інфраструктури із використанням технологій хмарних обчислень, а також теоретичні дослідження в сфері особливостей математичного моделювання та розробка моделей віртуальних операційних вузлів в середовищі хмарних інфраструктур.

Використання результатів досліджень можливе при прийнятті рішень про створення та розвиток інформаційної інфраструктури інформаційних систем підтримки прийняття рішень із використанням технологій хмарних обчислень в багаторівневих організаційних структурах управління як державної, так і недержавної форм власності.

ЗМІСТ

СПИСОК ВИКОНАВЦІВ.. 2

РЕФЕРАТ  4

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ВИЗНАЧЕННЯ.. 10

ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ. 12

ВСТУП   13

1.ДОСЛІДЖЕННЯ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФУНКЦІОНУВАННЯ ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ ГЛОБАЛЬНИХ АРХІТЕКТУР ТА РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПІДХОДІВ ДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АДАПТИВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ІНФРАСТРУКТУРИ ХМАРНИХ ОБЧИСЛЕНЬ. 19

1.1   Перспективи використання технологій хмарних обчислень в державному управлінні 19

1.1.1  Концепція створення українського державного центру компетенцій хмарних технологій  21

1.2   Моделі організації та технології хмарних обчислень. 23

1.3   Типи вузлів хмарної інфраструктури та параметри оцінки їх продуктивності. 27

1.4   Дослідження особливостей функціонування операційних вузлів глобальних архітектур різного призначення. 29

1.4.1  Нестабільність системи. 29

1.4.2  Оперативна пам'ять і великі процеси. 31

1.4.3  Оперативна пам'ять і повільні канали. 32

1.4.4  Великі обсяги і мала щільність даних. 33

1.5   Дослідження технологічних можливостей забезпечення адаптивних властивостей інфраструктури хмарних обчислень. 34

1.5.1  Рівень IaaS. 36

1.5.2  Рівень PaaS. 37

1.6   Розробка технологічних підходів до забезпечення адаптивних властивостей компонентів інфраструктури хмарних обчислень. 39

1.6.1  Планування розподілу потужності хмарного середовища. 39

1.6.2  Поріг продуктивності хмари. 40

1.6.3  Перенесення існуючої інфраструктури у хмарне середовище. 41

1.6.4  Технологія викиду хмари. 42

1.6.5  Технології інтеграції хмар. 43

1.6.6  Сервери інтеграції 44

Висновки до розділу. 46

2.РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПІДХОДІВ, МЕТОДИК ТА РЕКОМЕНДАЦІЙ З ОРГАНІЗАЦІЇ АДАПТИВНИХ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ  ПРОЦЕСІВ В ГЛОБАЛЬНИХ ІНФРАСТРУКТУРАХ   49

2.1   Аналіз підходів та технологій управління адаптивними властивостями глобальної інфраструктури  49

2.2   Продуктивність глобально розподілених систем.. 52

2.3   Розробка методів та рекомендацій з організації адаптивних обчислювальних  процесів в глобальних інфраструктурах. 52

2.3.1  Метод розширення локальної інфраструктури у хмару. 52

2.3.2  Метод планування віртуальної хмарної інфраструктури під розширення. 57

2.4   Розробка автоматизованих засобів для планування розширення інфраструктури у хмарне середовище. 64

Висновки до розділу. 66

3.ОРГАНІЗАЦІЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ В ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛАХ ГЛОБАЛЬНИХ ІНФРАСТРУКТУР ПІД УПРАВЛІННЯМ ГІПЕРВІЗОРА.. 69

3.1   Гіпервізор як основний елемент управління обчислювальним процесом  в операційному вузлі 69

3.2   Типи гіпервізорів. 70

3.3   Програмні продукти гіпервізорних рішень. 72

3.4   Опис особливостей та правил управління ресурсами в Microsoft Client Hyper-V.. ..... 74

3.4.1  Пам’ять. 74

3.4.2  Процесорний час. 75

3.5   Математична модель гіпервізора з одним фізичним процесором на сервері 77

3.6   Математична модель конфліктних втрат продуктивності багатопроцесорного операційного вузла при статичному розподілі пам`яті 81

Висновки до розділу. 86

4.РОЗРОБКА АНАЛІТИЧНОГО АПАРАТУ ТА МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ЇХ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК У СЕРЕДОВИЩІ ГЛОБАЛЬНО-РОЗПОДІЛЕНИХ ІНФРАСТРУКТУР. 88

4.1   Математична модель операційного вузла з адаптацією до відмов. 88

4.1.1  Фізична постановка задачі 88

4.1.2  Математична постановка задачі 89

4.1.3  Модель системи з відносними пріоритетами першого типу. 90

4.1.4  Модель системи з відносними пріоритетами другого типу. 92

4.1.5  Моделі пріоритетних систем з втратами. 94

4.1.6  Математична модель гіпервізора в багатопроцесорних вузлах. 95

4.1.7  Математична модель гіпервізора з урахуванням відмов. 96

Висновки до розділу. 98

5.ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ТА ТЕХНОЛОГІЙ УПРАВЛІННЯ АДАПТИВНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ГЛОБАЛЬНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ ТА РОЗРОБКА АНАЛІТИЧНОГО АПАРАТУ І МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ ГЛОБАЛЬНИХ ІНФРАСТРУКТУР З АДАПТИВНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ.. 99

5.1   Адаптивне параметричне управління. 99

5.2   Математична модель операційного вузла з урахуванням непродуктивних відволікань, пороговим обмеженням часу надання  IT-ресурсів та комплексним управлінням обчислювальним процесом   101

5.2.1  Математична постановка задачі 102

5.2.2  Аналітичний опис системи. 103

5.2.3  Метод вирішення. 104

5.2.4  Характеристики системи. 109

Висновки до розділу. 110

6.ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ТА ТЕХНОЛОГІЙ АДАПТАЦІЇ НА ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ ГЛОБАЛЬНО-РОЗПОДІЛЕНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ... 112

6.1   Визначення меж застосування керуючих  впливів  в операційних  вузлах. 112

6.1.1  Простір керуючих впливів. 112

6.1.2  Методика побудови області допустимих значень впливів для моделі операційного вузла з урахуванням непродуктивних відволікань та комплексним управлінням обчислювальним процесом   113

6.2   Аналіз впливу керуючих параметрів на характеристики операційних вузлів. 117

6.3   Алгоритм стабілізації обчислювального процесу в операційному вузлі. 124

Висновки до розділу. 127

7.             ЧИСЕЛЬНІ МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ З ОБМЕЖУВАЛЬНИМИ ПОРОГАМИ ДЛЯ ЗАПИТІВ ТА ЧАСУ НАДАННЯ IT-РЕСУРСІВ.. 128

7.1   Постановка задачі 128

7.2   Аналіз можливостей класичних та чисельних методів рішення систем рівнянь високого порядку, що описують функціонування операційних вузлів. 129

7.3   Розробка чисельних методів знаходження стаціонарних ймовірностей вузлів, що моделюються  131

7.4   Ітераційний метод без оптимізації кроку ітерації (чисельний метод I). 131

7.5   Ітераційний метод з оптимізацією кроку ітерації (чисельний метод II). 134

Висновки до розділу. 139

8.АНАЛІЗ ВПЛИВУ КЕРУЮЧИХ ПАРАМЕТРІВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПЕРАЦІЙНИХ ВУЗЛІВ З ПОРОГОВИМИ ОБМЕЖЕННЯМИ НА ДОВЖИНИ ЧЕРГ ТА ЧАС НАДАННЯ IT-ПОСЛУГ  143

8.1   Аналіз застосування аналітичних та чисельних методів. 143

8.2   Дослідження змінювання ймовірності втрат запитів. 153

8.3   Дослідження впливу змінювання керуючих параметрів на значення     156

Висновки до розділу. 168

ВИСНОВКИ.. 169

ДОДАТОК А.. 176

ПРИКЛАД РЕАЛІЗАЦІЇ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПІДХОДУ ДО РОЗШИРЕННЯ ЛОКАЛЬНОЇ ІТ-ІНФРАСТРУКТУРИ У ХМАРУ.. 176

ДОДАТОК Б. 181

МЕТОДИКА РОЗПОДІЛЕНОГО ЗБОРУ ТА ОБРОБКИ ЕКСПЕРТНОЇ ІНФОРМАЦІЇ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ „КОНСЕНСУС”. 181

ДОДАТОК В.. 192

УДОСКОНАЛЕНИЙ МЕТОД ДИНАМІЧНОГО ОЦІНЮВАННЯ АЛЬТЕРНАТИВ (МЦДОА) 192

ДОДАТОК Г. 197

АВТОМАТИЗОВАНІ ЗАСОБИ СТВОРЕННЯ ПРОЕКТУ ОРГАНІЗАЦІЇ ГІБРИДНОЇ ХМАРИ ДЛЯ ТИМЧАСОВОГО РОЗШИРЕННЯ ПОТУЖНОСТІ РОЗПОДІЛЕНОЇ ІНФРАСТРУКТУРИ   197

ДОДАТОК Д.. 204

МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ОПЕРАЦІЙНОГО ВУЗЛА З ПРІОРИТЕТАМИ, ЩО ПЕРЕМЕЖОВУЮТЬСЯ, ТА КОМПЛЕКСНИМ УПРАВЛІННЯМ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИМ ПРОЦЕСОМ    204

Постановка задачі. 204

Аналітичний опис системи. 205

Метод вирішення. 205

Характеристики системи. 209

ДОДАТОК Е.. 212

МАТЕМАТИЧНИЙ ОПИС ОПЕРАЦІЙНОГО ВУЗЛА З УРАХУВАННЯМ НЕПРОДУКТИВНИХ ВІДВОЛІКАНЬ, КОМПЛЕКСНИМ УПРАВЛІННЯМ ТА ПОРОГОВИМИ ОБМЕЖЕННЯМИ НА ДОВЖИНИ ЧЕРГ ТА ЧАС ПЕРЕБУВАННЯ ЗАПИТІВ В СИСТЕМІ, АЛГОРИТМ ВИРІШЕННЯ ТА ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ РІШЕННЯ.. 212

Система диференційних рівнянь. 212

Алгоритм рішення задачі. 215

Порівняльний аналіз методів рішення. 219

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.. 225