Лекция №4

Г. Санкт-Петербург

Разработал: кандидат военных наук, доцент Егоров С.В.

Место: Лекционный зал

Время: 2 часа

Лекция № 7

Дисциплина: Вычислительная техника и сети в отрасли

Кафедра АВТОМОБИЛей И ТРАНСПОРТНО-технологическиХ комплексОВ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Стек протоколов NetBIOS/SMB

Стек работает со всеми наиболее распространенными прото­колами нижнего уровня.

На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface) — протокол рас­ширенного пользовательского интерфейса NetBIOS, предостав­ляющий функции, относящиеся к сеансовому, транспортному и частично к сетевому уровням модели OSI. NetBIOS поддержи­вает как дейтаграммный способ обмена данными, так и обмен с установлением логических соединений. Однако этот протокол не обеспечивает маршрутизацию пакетов, поэтому его примене­ние ограничивается только небольшими локальными сетями. Для решения этой проблемы используется NBF (NetBEUI Frame) — реализация этого протокола, впервые появившаяся в операцион­ной системы Microsoft Windows NT. Тем не менее в сложных се­тях предпочитают использовать более универсальные протоколы стеков TCP/IP и IPX/SPX.

SMB(Server Message Block) — протокол, выполняющий функции прикладного уровня и уровня представления модели OSI, определяет взаимодействие рабочей станции и сервера. SMB предоставляет основные сетевые сервисы, необходимые прило­жениям: управление сессиями передачи данных, установку и лик­видацию логического соединения, доступ для работы с файлами, сетевую печать, передачу сообщений и т. д.

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"

Механический факультет

Тема: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ сетей передачи данных

Введение

Эффект, достигаемый за счет применения вычислительной техники, возрастает при увеличении масштабов обработки данных, т. е. концентрации по возможности больших объемов данных и процессов их обработки в рамках одной технической системы. Крупномасштабные системы обработки данных можно создавать, повышая мощность ЭВМ или объединяя многие ЭВМ в вычислительные комплексы и сети. Комплексирование средств вычислительной техники позволяет создавать широкую номенклатуру высокопроизводительных отказоустойчивых систем обработки данных и рассматривается как одно из перспективных направлений развития вычислительной техники.

Методы проектирования и эксплуатации вычислительных комплексов, систем и сетей разрабатываются в рамках теории вычислительных систем. При этом считается, что термин «вычислительная система» охватывает и вычислительные, и управляющие, и информационно-измерительные системы, построенные на основе ЭВМ, многомашинных и многопроцессорных комплексов и вычислительных сетей. Характерная черта теории вычислительных систем – системотехнический подход к исследованию. Основной принцип системотехники – представление системы как совокупности всех ее частей в тесной связи с окружающей средой и взаимообусловленности всех свойств системы, таких, как производительность, надежность и стоимость. Поэтому в теории вычислительных систем технические средства и программные (операционная система и прикладное программное обеспечение) рассматриваются во взаимосвязи и свойства системы оцениваются как совокупность свойств технических и программных средств.

Естественно, что при системотехническом подходе к сложным объектам, какими являются вычислительные системы, комплексы и сети, необходимо ограничивать глубину исследования их организации и процессов функционирования и в качестве элементов систем рассматривать процессоры, каналы ввода – вывода, запоминающие и периферийные устройства, а во многих случаях – ЭВМ, многопроцессорные и многомашинные комплексы. Этот уровень представления вычислительных систем, комплексов и сетей – наиболее характерная черта системотехнического подхода в вычислительной технике.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование вычислительных систем – создание комплекта конструкторской и программной документации, необходимой для производства и эксплуатации.

Цель проектирования, назначение проектируемой системы, исходные данные к технические требования устанавливаются техническим заданием. В технических требованиях задаются: функции системы и, возможно, характеристики рабочей нагрузки; состав и характеристики источников и приемников данных (устройств ввода–вывода), а также их территориальное размещение; характеристики системы – производительность, емкость памяти, надежность, стоимость, массогабаритные и энергетические; необходимые режимы функционирования системы (режимы обработки данных); условия эксплуатации и другие факторы, существенные для систем того или иного назначения. В зависимости от предварительной проработки принципов построения технические требования к системе могут задаваться с разной степенью детализации. Функции, возлагаемые на систему, задаются описанием состава задач, для решения которых предназначена система, и при наличии более подробных данных – характеристиками задач, определяющими потребности задач в памяти, процессорной обработке и средствах ввода–вывода. Кроме того, могут быть заданы архитектура системы (ЭВМ, комплекса, сети), технические и программные средства, стадии проектирования.

Стадии проектирования установлены ГОСТ 2.103–68: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация. Техническое предложение – совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и экономическое обоснование проекта как результат анализа различных вариантов построения системы, а патентных исследований. Техническое предложение является основанием для разработки эскизного проекта. Эскизный проект – совокупность конструкторских документов, дающих общее представление о структуре и принципе функционирования проектируемой системы и определяющих основные ее параметры. Эскизный проект является основанием для разработки технического проекта или рабочей документации. Технический проект – совокупность конструкторских документов, содержащих окончательное техническое решение и дающих полное представление о проектируемой системе. На основе технического проекта создается комплект рабочей конструкторской документации, предназначенный для изготовления и испытания опытного образца, а также для производства систем.

Вычислительные системы – сложные системы с иерархической организацией структуры и процессов функционирования. Принято выделять следующие основные уровни, представления структуры и функций: системотехнический, схемотехнический и конструкторский.

На системотехническом уровне структура технических средств определяется с точностью до устройств и интерфейсов. Состав программного обеспечения задается перечнем программ, лингвистического и информационного обеспечения системы (языки программирования, управление данными и заданиями, базы и типы наборов данных). Функционирование системы определяется в терминах процессов, реализация которых связана с использованием памяти, устройств, программ и наборов данных. На схемотехническом уровне определяется структура устройств в форме структурных, функциональных и принципиальных электрических схем, детально представляющих организацию отдельных подсистем и устройств системы. Функционирование устройств описывается в виде микропрограмм, временных диаграмм, автоматов, булевых функций и электрических процессов. На конструкторском уровне вычислительная система описывается как совокупность конструктивных единиц – шкафов, секций и типовых элементов замены, связанных между собой кабельными, проводными и печатными соединениями. Многоуровневое представление структур и функционирования позволяет описать вычислительную систему с необходимой полнотой и одновременно в наиболее компактной лаконичной форме.

Вычислительные системы проектируются по схеме «сверху вниз» – от верхних уровней представления структуры и функционирования к нижним, т. е. сначала на системотехническом уровне и затем на схемотехническом и конструкторском. В связи с этим выделяются этапы системотехнического, схемотехнического и конструкторского проектирования вычислительных систем. По завершении системотехнического проектирования разрабатывается параллельно со схемотехническим и конструкторским проектированием программное обеспечение. Порядок разработки и состав программной документации определяется стандартами Единой системы программной документации (ЕСПД).

2. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Цель системотехнического проектирования – определить следующие аспекты построения вычислительной системы:

1) структуру (конфигурацию) – состав технических средств (ЭВМ, устройства, каналы передачи данных) и связи между ними: (система интерфейсов);

2) режим функционирования – способы взаимодействия пользователей с системой и организацию вычислительных процессов (ввод, хранение, обработка и вывод данных);

3) состав лингвистического, информационного и программного обеспечения и порядок взаимодействия программ;

4) характеристики – производительность, время ответа, надежность, стоимость и др.

Структура, режим функционирования, состав лингвистического, информационного и программного обеспечения должны быть оптимально согласованы с назначением системы, определяемым техническим заданием, и в конечном итоге обеспечивать требуемые характеристики системы.

Современное состояние теории вычислительных систем не позволяет решать все задачи системотехнического проектирования формальными методами, устанавливающими последовательность действий для получения оптимального результата. Поэтому существенная роль отводится эвристическим методам решения, основанным на опыте и интуиции проектировщиков. На практике системотехническое проектирование сводится к решению трех основных задач: выбора и разработки базовой структуры, обеспечения требуемой производительности и надежности. Первая задача – главная, так как при ее решении учитывается назначение системы и требования к производительности и надежности. Задачи обеспечения требуемой производительности и надежности направлены на оптимизацию параметров, структуры системы и технических характеристик устройств и интерфейсов в рамках базовой структуры. При решении этих задач, широко используются модели и методы теории вычислительных систем и теории надежности.

Выбор и разработка базовой структуры. Существует широкая номенклатура систем обработки данных: системы централизованной обработки на основе одной или многих несвязанных ЭВМ, обеспеченных при необходимости средствами теледоступа; многомашинные и многопроцессорные комплексы; глобальные (региональные) и локальные вычислительные сети. Перечисленные системы существенно различаются по производительности и надежности, объему хранимых данных и сложности реализуемых алгоритмов, а также в отношении расширения функциональных возможностей, увеличения производительности и надежности. Если в техническом задании не определен тип вычислительной системы, то первая задача системотехнического проектирования – выбор типа системы, наилучшим образом удовлетворяющего ее назначению. Основные факторы, влияющие на выбор типа системы, – рабочая нагрузка, режим взаимодействия пользователей с системой, требования к надежности и состояние производственно-технической базы, на основе которой предполагается создавать систему.

Рабочая нагрузка определяет потребность задач (пользователей) в ресурсах-памяти, процессорной обработки и ввода – вывода данных. На основе данных о рабочей нагрузке можно приближенно оценить минимальную необходимую емкость оперативной и внешней памяти и тип внешних запоминающих устройств, минимальную необходимую производительность процессоров и пропускную способность подсистемы ввода – вывода. Режим взаимодействия пользователей с системой – пакетная обработка, «запрос – ответ», диалоговый режим и обработка в реальном времени–влияет на уровень загрузки ресурсов системы, состав и число устройств ввода – вывода данных. При пакетной обработке: загрузка процессоров, памяти и системных устройств ввода – вывода оказывается наибольшей и составляет примерно 75–90 %. При обработке данных в режиме «запрос – ответ», диалоговом; режиме и реальном времени для уменьшения времени ответа создается запас производительности устройств обработки и ввода – вывода, а также запас емкости памяти, чтобы сохранить необходимое качество обслуживания при пульсациях нагрузки. За счет этого загрузка основных устройств и памяти системы составляет обычно не более 50–70 %.

Таким образом, исходя из сведений о рабочей нагрузке и. достижимого уровня загрузки устройств определяется примерная потребность в емкости памяти, производительности процессоров и в средствах ввода – вывода. Кроме того, тип данных, обработка которых возлагается на систему, предопределяет тип операций над ними: целочисленной арифметики, с плавающей запятой, десятичной арифметики над полями переменной длины, обработки текстов, матриц и т. д. Эти факторы влияют на выбор типа процессоров и ЭВМ.

Рис. 1. Варианты базовой структуры вычислительных систем

При выборе базовой структуры наиболее сложный момент – анализ состояния производственно-технической базы и возможности использования в проектируемой системе серийно выпускаемых технических средств (ЭВМ, процессоры, внешние запоминающие устройства, устройства ввода–вывода, аппаратура передачи данных и сопряжения каналов с ЭВМ) и существующего программного обеспечения. При проектировании вычислительных систем, за исключением принципиально новых, стремятся в максимальной степени использовать серийно выпускаемые устройства и существующее программное обеспечение, ориентируясь на средства ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ или совместное применение этих средств.

В результате оценки потребностей в ресурсах и анализа состояния производственно-технической базы выбирается и обосновывается базовая структура проектируемой системы. При этом различные варианты построения систем (рис. 1) выравниваются по степени соответствия заданной рабочей нагрузке, требованиям к производительности и надежности с учетом состояния производственно-технической базы. В рамках выбранною варианта детализируются существенные моменты структурной организации и функционирования вычислительной системы: для многомашинных комплексов выбираются способы комплектования ЭВМ. разделения, рабочей нагрузки между ЭВМ и управления процессами, для многопроцессорных комплексов – способ доступа к общей памяти и периферийным устройствам, для вычислительных сетей – способ передачи данных и состав функций. В результате исследований, проводимых на стадиях технического предложения и эскизного проекта, формируется базовая структура вычислительной системы, обеспечивающая необходимую производительность процессорной обработки, надежность, а также режимы обслуживания пользователей.

Обеспечение требуемой производительности.Производительность вычислительной системы зависит от следующих основных факторов: 1) структуры системы; 2) режима функционирования; 3) характеристик рабочей нагрузки. Кроме того, на производительность существенно влияет надежность системы, поскольку в результате отказов часть ресурсов или вся система теряет работоспособность на время восстановления системы.

Обеспечение требуемой производительности в процессе системотехнического проектирования сводится к оценке производительности исследуемых вариантов построения системы, а также к оптимизации структуры и режима функционирования для достижения заданной производительности при минимальной стоимости системы.

Основным инструментом при исследовании производительности являются модели производительности вычислительных систем. Создаваемые модели базируются на эмпирических представлениях о процессе функционирования проектируемой системы и, естественно, не могут превосходить их по сложности. Структура проектируемой системы достаточно полно и точно задается выбранной базовой структурой и воспроизводится в модели с любой необходимой степенью подробности. Однако, формирование представлений о рабочей нагрузке (создаваемой потоками обрабатываемых задач) и системной нагрузке (порождаемой операционной системой при заданном режиме обработки задач и составе рабочей нагрузки) вызывает существенные трудности, обусловленные следующими причинами.

Сведения о рабочей и системной нагрузке проектируемых систем, за исключением специализированных систем с ограниченным и фиксированным набором функций, обычно получают путем измерения нагрузки систем, находящихся в эксплуатации и' обрабатывающих задачи подобного типа. Но даже при наличии представительной статистики, о работе существующих систем перенос имеющихся данных на систему с другой структурой и операционной системой приводит к значительным погрешностям в прогнозировании нагрузки, что связано со следующими обстоятельствами. Во-первых, при различии структуры и характеристик могут измениться принципы обработки данных и режим взаимодействия пользователей с проектируемой системой и, как следствие, характеристики рабочей нагрузки. Так, использование в проектируемой системе оперативной памяти большой емкости может привести к изменению структуры программ и перемещению в оперативную память значительной части операционной системы и данных, в результате чего уменьшится интенсивность обращений к внешней памяти. Использование во внешней памяти проектируемой системы накопителей большой емкости изменяет порядок размещения наборов данных по накопителям и интенсивность обращения к ним. Увеличение числа терминалов приводит к уменьшению объема ввода – вывода данных через системные устройства и т. д.

Во-вторых, существенно влияет на рабочую и системную нагрузку различие операционных систем в проектируемой и существующих вычислительных системах, так как каждая операционная система специфично использует ресурсы оперативной памяти, процессоры и внешнюю память, создавая присущую ей системную нагрузку.

В-третьих, наличие средств телеобработки, возможность распределенной обработки в рамках вычислительной сети, организация данных в виде баз и другие подобные аспекты организации проектируемой системы, отсутствующие в существующих системах, влияют на процессы обработки данных и, следовательно, на характеристики нагрузки.

Таким образом, чем больше отличие проектируемой системы от существующих, тем меньше вероятность корректного воспроизведения рабочей и системной нагрузки в моделях производительности.

Модели производительности строятся с учетом уровня достоверности данных о рабочей и системной нагрузке, которыми располагают проектировщики. При невысокой достоверности данных используются наиболее простые модели и приближенные методы расчета их характеристик. С помощью моделей оцениваются следующие характеристики системы:

1) загрузка ресурсов и при необходимости профиль загрузки;

2) профили процессов, определяющие время пребывания заданий на разных стадиях их выполнения и в очередях;

3) производительность.

Модели должны воспроизводить следующее:

1) состав и технические характеристики основных устройств системы – процессоров, оперативной памяти, внешних запоминающих устройств и, возможно, каналов ввода – вывода и передачи данных;

2) основные параметры режима функционирования – уровень мультипрограммирования и системную нагрузку;

3) параметры нагрузки в однородном представлении или в виде нескольких классов задач, обрабатываемых, например, в пакетном режиме, двух-трех классов задач, обрабатываемых в оперативном режиме.

На стадиях технического предложения и эскизного проектирования, когда основное внимание уделяется выбору структуры системы и самых существенных параметров режима функционирования, погрешность оценки характеристик моделируемой системы на уровне 25–50% считается вполне, удовлетворительной. Поэтому для оценки характеристик проектируемых систем используются наиболее простые аналитические методы и несложные имитационные модели. При этом параметры структуры, режима функционирования и нагрузки воспроизводятся в моделях на уровне средних и редко на уровне средних и дисперсий. При этом, как правило, используется комплекс моделей производительности: общая модель производительности системы в целом и частные модели, воспроизводящие функционирование отдельных подсистем – общей памяти с многоканальным доступом, моноканала, виртуальной памяти и др. Частные модели позволяют оценить характеристики отдельных процессов, существенно влияющих на производительность системы, например вероятность блокировки обращений при доступе к общим модулям оперативной памяти и внешним устройствам, задержку передачи данных через общую шину, частоту страничных сбоев в виртуальной памяти и т. п. Характеристики, полученные с помощью частных моделей, вводятся в общую модель производительности в качестве параметров, представляющих свойства процессов более низких уровней (по сравнению с уровнями процессов, воспроизводимых общей моделью).

Оптимизация проектируемой системы по производительности сводится к согласованию структуры системы и технических характеристик устройств с режимом функционирования системы и рабочей нагрузкой. Согласование означает в основном выявление и устранение узких мест в системе. Узкое место – это ресурс (устройство или память), нехватка которого приводит к недоиспользованию остальных ресурсов системы. Устраняется узкое место путем изменения числа или характеристик соответствующих устройств. Если улучшить характеристики этого ресурса невозможно, изменяют структуру и режим функционирования системы. Например, невозможность увеличения производительности процессора может потребовать многомашинной организация системы, в частности использования сателлитной ЭВМ. При этом с помощью моделей производительности оценивается эффективность различных вариантов построения системы и выбирается вариант, в наибольшей степени соответствующий назначению проектируемой системы.

В результате исследования производительности на стадиях технического предложения и эскизного проекта базовая структура проектируемой системы конкретизируется до значений параметров, определяющих число и технические характеристики устройств, пропускную способность интерфейсов и каналов связи.

Модели производительности необходимы при эскизном и техническом проектировании программного обеспечения для оценки эффективности различных вариантов организации вычислительных процессов. Здесь требуются более детальные модели, чем при разработке базовой структуры системы. В моделях необходимо воспроизводить процессы планирования и выполнения работ, реализуемые управляющими программами операционной системы, и рабочую нагрузку в неоднородном представлении – в виде совокупности классов заданий, обрабатываемых в разных режимах, имеющих приоритеты и использующих различный состав и объем ресурсов, Наиболее подходящими для этой цели являются гибридные модели, в которых рабочая нагрузка и процессы планирования воспроизводятся имитационными, а процессы выполнения задач – аналитическими методами. Имитационные методы позволяют моделировать сколь угодно сложную организацию планирования и выполнения задач и используются для построения моделей производительности, детально отображающих все аспекты функционирования проектируемой системы.

Обеспечение надежности. Требования к надежности определяются назначением вычислительной системы и задаются, как правило, минимальным, допустимым: коэффициентом готовности, характеризующим долю времени, втечение которого система сохраняет работоспособность. В общем случае коэффициент готовности ,где T – средняя наработка на отказ и Т_в – среднее время восстановления. Для систем повышенной надежности, которые должны функционировать непрерывно, требование к надёжности может характеризоваться предельным допустимым числом часов простоя системы в заданный период времени, например 2 часа за 10лет работы. В тех случаях, когда некоторые группы отказов приводят к прекращению обслуживания отдельных пользователей при сохранении работоспособности остальных, требования к. надежности задаются раздельно для подсистем вычислительной системы, обслуживающих часть рабочей нагрузки, и для ядра системы.

Обеспечение надежности системы охватывает все стадии проектирования, производства и эксплуатации системы. Совокупность мероприятий, направленных на повышение надежности системы, оформляются в виде программы обеспечения надежности, в которой предусматриваются необходимые мероприятия, гарантирующие надежность технических и программных средств.

На стадии технического предложения и эскизного проекта оценивается надежность базовой структуры вычислительной системы. Вычисленные показатели сравниваются с требуемыми, и определяется способ повышения надежности системы. Надежность можно увеличить за счет использования высоконадежных элементов, облегчения режима работы элементов и совершенствования технологии изготовления и сборки системы. Другой подход к повышению надежности – обеспечение отказоустойчивости системы за счет резервирования. Резервировать можно технические средства на уровне логических элементов, устройств и ЭВМ или программные средства путем повторной реализации функций на основе одного и того же или разных алгоритмов и создания дополнительных программ для выявления и исправления ошибок. При резервировании технических средств в систему вводится аппаратурный резерв, при резервировании программных средств – временной резерв. Резервирование технических средств может выполняться различными способами – статическим, динамическим и гибридным. При статическом резервировании отказы блокируются автоматически, без изменения структуры и режима функционирования системы. Наиболее распространено тройное статическое резервирование – с использованием схемы голосования (мажоритарной латки), которая формирует результат, соответствующий совпадающим результатам двух из трех модулей, вследствие чего отказ одного модуля не нарушает работоспособность системы. При динамическом резервировании модули оснащаются средствами, контролирующими их работоспособность, и при обнаружении отказа производится реконфигурация системы для подключения резервного модуля или перераспределения функций между исправными модулями системы. Гибридное резервирование основано на совместном использовании принципов статического и динамического резервирования.

Эффективность вариантов повышения надежности оценивается с помощью моделей надежности, создаваемых на основе аппарата теории надежности. Определяются показатели надежности, и прирост надежности сопоставляется с затратами на введение резерва в систему. Путем сравнения вариантов выбирается наиболее, рациональный. Значительные трудности возникают при разделении требований к надежности между частями системы – ее подсистемами и устройствами. Чтобы обеспечить заданную надежность при минимальных затратах, необходимо установить соотношение между надежностью и затратами на ее обеспечение, для каждого типа устройств и подсистем. Оценка затрат производится на основе опыта предыдущих разработок, причем, естественно, с рядом допущений. По этой причине устанавливать требования к надежности подсистем приходится в условиях существенной неопределенности.

Для вычислительных систем характерны сбои в работе, вызванные электромагнитными помехами, пульсацией питания и другими причинами. Действие этих факторов обычно кратковременно. Для обеспечения работоспособности в условиях сбоев в систему встраиваются средства, позволяющие обнаружить ошибки и запускать процедуру восстановления (например, повторение действий). Если процедура восстановления работоспособности выполнена успешно, то причиной ошибки считается сбой и система продолжает функционировать в естественном режиме. В противном случае отказ считается катастрофическим.

В программе обеспечения надежности системы важная роль отводится повышению ремонтопригодности, позволяющей снижать затраты времени и средств на восстановление работоспособности системы. Для повышения ремонтопригодности существует множество способов, реализуемых на всех стадиях проектирования, производства и эксплуатации системы: встраивание в систему эффективных средств контроля и диагностики, унификация конструкций и рациональная их компоновка и др.

3. ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Эксплуатация вычислительной системы (ЭВМ, комплекса или сети) состоит из технического и системотехнического обслуживания системы и использования ее по прямому назначению – для обработки данных.

Техническое обслуживание (техническая эксплуатация) – обеспечение работоспособности системы путем создания требуемых условий эксплуатации (режим электропитания, температурный и др.) и проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ. Основной показатель качества технического обслуживания – коэффициент готовности системы (компонентов), характеризующий долю 'времени, в течение которого система (компоненты) работоспособна. Увеличение коэффициента готовности системы достигается путем сокращения простоев оборудования из-за профилактических и ремонтно-восстановительных работ. На эффективность технического обслуживания наиболее существенно влияют следующие факторы:

1) условия эксплуатации системы (стабильность электропитания, температура, чистота среды и др.):

2) надежность и ремонтопригодность системы, степень совершенства средств контроля и диагностики;

3) режим обслуживания и квалификация обслуживающего персонала;

4) полнота денных о сбоях и отказах технических средств.

Для повышения эффективности технического обслуживания в системах предусматриваются средства накопления данных об ошибках, сбоях и отказах. Данные накапливаются путем регистрации состояния системы в момент ошибки, обнаруживаемой встроенными средствами контроля или программами. Регистрация данных производится операционной системой в специальном системном журнале – области накопителя на магнитных дисках. Данные из системного журнала периодически или при необходимости выводятся на печать и используются обслуживающим персоналом для выявления источников ошибок, сбоев и отказов с целью проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Системотехническое обслуживание (системотехническая эксплуатация) – обеспечение эффективности использования системы, направленное на снижение стоимости обработки данных, повышение производительности системы, качества обслуживания пользователей и др.

Основные задачи системотехнического обслуживания:

1) выбор и адаптация операционных систем, в том числе общесистемного программного обеспечения;

2) настройка операционной системы на рабочую нагрузку – организация и выбор параметров функционирования системы, обеспечивающих требуемое качество обслуживания пользователей и максимальную производительность;

3) совершенствование конфигурации системы – состава устройства и связей между ними.

Все задачи системотехнической эксплуатации сводятся к взаимному согласованию конфигурации, режима функционирования системы и рабочей нагрузки для обеспечения требуемого качества обслуживания пользователей – организации необходимых режимов обработки данных, увеличения производительности, уменьшения времени ответа и стоимости обработки данных.

Выбор операционной системы производится исходя из конфигурации вычислительной системы (производительность процессора, ёмкость оперативной памяти, состав внешней памяти и средств ввода – вывода), потребности в режимах обработки данных (сосредоточенная, телекоммуникационная, сетевая, пакетная, диалоговая и т. д.) и основных свойств рабочей нагрузки (состав и характеристики решаемых системой задач). Операционная система адаптируется к конфигурации вычислительной системы и потребностям пользователей путем генерации варианта, который должен содержать необходимые средства управления устройствами и памятью, способы доступа к данным и обеспечивать требуемые режимы обработки данных. При этом оперативная и внешняя память разделяется на области, предоставляемые системному и прикладному программному обеспечению. В состав общесистемного программного обеспечения включаются необходимые средства автоматизации программирования, отработки символьной и графической информации, управления базами данных, телеобработки и т. д.

Полученный вариант операционной системы определяет возможные режимы функционирований вычислительной системы и обработки данных с точностью до значений параметров, устанавливающих уровень мультипрограммирования, величину кванта процессорного времени, число системных процессов ввода – вывода и другие показатели, которые задаются и изменяются в процессе эксплуатации вычислительной системы путем настройки операционной системы на действующую рабочую нагрузку.

При генерации операционной системы рабочая нагрузка может быть предсказана лишь приблизительно. К тому же она меняется во времени. Поэтому настройка операционной системы на реальную рабочую нагрузку проводится на работающей вычислительной системе и повторяется неоднократно. Цель настройки – повысить производительность системы и обеспечить требуемую оперативность обработки – необходимое время ответа. Настройка сводится к назначению параметров операционной системы: уровня мультипрограммирования, кванта процессорного времени, размеров буферов, алгоритмов планирования заданий и задач, алгоритмов управления памятью и устройствами т. д.

Необходимая для настройки операционной системы информация собирается при эксплуатации вычислительной системы с помощью системы оценки функционирования, содержащей мониторы и средства обработки измерительных данных. Функционирование вычислительной системы оценивается совокупностью следующих характеристик:

1) ресурсоемкости выполненных работ, рабочей и системной нагрузки;

2) загрузки ресурсов системы и структурной загрузки;

3) общесистемных – производительности, времени ответа и профилей процессов.

Путем анализа зарегистрированных Характеристик выявляются перегруженные и недоиспользуемые ресурсы системы и узкие места, негативно влияющие на производительность а время ответа. С помощью настроечных параметров операционной системы можно изменить уровень и структуру загрузки ресурсов профили процессов и, следовательно, производительность и время ответа. Эффект, достигаемый за счет изменения настроечных параметров, прогнозируется либо эвристически, на основе априорных представлений о степени влияния параметров на характеристики системы, либо с помощью моделей производительности.

Существенное влияние на производительность и время ответа оказывает способ размещения информации в памяти системы. Так, интенсивность обращения к внешней памяти сильно зависит от того, какие модули операционной системы объявляются резидентными и размещаются в оперативной памяти. Время доступа к накопителям на магнитных дисках существенно зависит от порядка размещения наборов данных по накопителям и в пределах каждого накопителя. С помощью мониторов определяется интенсивность обращений к каждому из накопителей (тому данных) и набору данных, а также распределение интенсивности обращений по цилиндрам накопителей. За счет перераспределения данных по томам обеспечивается равномерная загрузка внешних запоминающих устройств, а следовательно, уменьшается время доступа к внешней памяти. 3а счет перемещения наборов данных в пределах каждого тома уменьшается время доступа к накопителям [1, 18].

Систематическое проведение работ по измерению и анализу функционирования вычислительной системы и настройке операционной системы позволяет оптимизировать значения настроечных параметров. В таком случае дальнейшая настройка не может дать существенных улучшений и для повышения производительности необходимо совершенствовать конфигурацию системы: увеличивать число устройств или использовать устройства с более высокими характеристиками.

Совершенствование конфигурации вычислительной системы проводится аналогично настройке операционной системы. С помощью измерений получаются необходимые данные о функционировании вычислительной системы, в частности, данные о загрузке устройств. Если загрузка отдельных устройств или групп относительных устройств близка к предельной и настройка операционной системы не способна изменить загрузку, необходимо увеличивать число соответствующих устройств, например накопителей на магнитных дисках, каналов связи, или применять устройства с лучшими характеристиками. Для того чтобы оценить эффект, получаемый за счет совершенствования конфигурации системы, используются модели производительности, с помощью которых прогнозируются характеристики системы и выявляется оптимальный вариант развития конфигурации. Изменение конфигурация влечет необходимость проведения работ по настройке операционной системы на новую конфигурацию и рабочую нагрузку.

Возможности эволюционного развития конфигурации и совершенствования режима обработки для удовлетворения меняющихся требований могут оказаться исчерпанными. Тогда возникает необходимость в качественных изменениях – полной замене ЭВМ на более производительную или предпочтительную по другим характеристикам. Данная задача в практике систематической эксплуатации называется задачей выбора.

В строгой постановке задача выбора является сложной многопараметрической и многокритериальной задачей оптимизации, методы решения которой далеки от завершенности. Практически задача решается в условиях выбора из некоторого числа промышленно освоенных или планируемых к выпуску систем. Основу выбора составляют ресурсные оценки и опыт использования имеющихся средств.

Для выбора должны быть получены следующие данные:

1) 1) об использовании имеющихся ресурсов задачами различных классов;

2) 2) об использовании ресурсов для обеспечения различных режимов обработки (пакетного, оперативного)

Прогноз изменений объема и состава нагрузки, режимов обработки и требований к обслуживанию должен основываться на соответствующих организационных и технико-экономических предпосылках.

Сложность прогнозирования состоит в том, что для получения надежного прогноза необходимо располагать данными о ресурсоемкости различных классов задач и их влиянии на показатели использования ЭВМ. Для получения таких данных необходим анализ всего процесса использования ЭВМ в конкретной сфере применения. Прогноз потребностей в вычислительных ресурсах связывается с планово-экономическими данными, например с планируемым изменением объема выпускаемой продукции или объема проектных и других работ. Результаты прогнозирования должны определять требуемую интенсивность обслуживания для основных типов ресурсов (процессора и устройства ввода-вывода) по каждому классу задач и режиму обработки.

Вторым этапом выбора является сопоставление прогнозируемых потребностей в ресурсах с характеристиками потенциально возможных конфигураций. Первоначально выбирается производительность процессора, которая должна быть достаточной для обработки потока задач. Оценка производительности получается суммированием интенсивности обслуживания по различным классам задач для пакетного и оперативного режима и операционной системы. На основе полученной оценки выбирается номинальная производительность процессора.

Выбор конфигурации системы ввода-вывода состоит в определении состава периферийных устройств, включая канальное оборудование, достаточного для прогнозируемой нагрузки. Необходимо, чтобы пропускная способность ввода-вывода, главным образом дисковой памяти, соответствовала прогнозируемой интенсивности ввода-вывода с учетом ограничений на время ответа для оперативного режима.

Тема Устройство холодильных шкафов

Холодильник состоит из:

- изотермического шкафа;

- электрического оборудования.

Корпус является несущей конструкцией, поэтому должен быть достаточно жестким. Его изготавливают из листовой стали толщиной 0,6-0,1 мм. Герметичность наружного шкафа обеспечивается пастой ПВ-3 на основе хлорвиниловой смолы. Поверхность шкафа фосфатируют, затем грунтуют и дважды покрывают белой эмалью МЛ-12-01, ЭП-148, МЛ-242, МЛ-283 или др. Выполняют это с помощью краскопультов или в электростатическом поле. Поверхность сервировочного столика, если таковой имеется, покрывают полиэфирным лаком.

В последнее время для изготовления корпуса холодильника все чаще применяют ударопрочные пластики. Благодаря этому сокращается расход металла и уменьшается масса холодильного прибора.