Создание программно-аппаратного комплекса управления вычислительными ресурсами в корпоративных сетях с открытой структурой на основе логики взаимодействия списков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Дюгуров, Денис Владимирович

• Дюгуров, Денис Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Дюгуров, Денис Владимирович

Содержание

Введение

Глава 1 Сравнение сетевых платформ

1.1 Система разрешения имен

1.2 Система автоматического назначения адресов

1.3 Методы аутентификации/идентификации пользователей

1.3.1 Microsoft Windows Server 2003

1.3.2 Unix системы - Linux Red Hat Enterprise и Sun Solaris

1.4 Методы хранения объектов

1.4.1 Windows Server 2003

1.4.2 Linux Red Hat Enterprise и Sun Solaris

1.5 Групповое управление объектами

1.5.1 Windows Server 2003

1.5.2 Linux Red Hat Enterprise и Sun Solaris

1.6 Управление общими сетевыми ресурсами

1.6.1 Windows Server 2003

1.6.2 Linux Red Hat Enterprise и Sun Solaris

1.7 Восстановление системы после сбоев

1.7.1 Windows Server 2003

1.7.2 Linux Red Hat Enterprise

1.8 Отказоустойчивость

1.8.1 Windows Server 2003

1.8.2 Linux Red Hat Enterprise

1.9 Итоги сравнения

Глава 2 Элементы проектируемой вычислительной сети

2.1 Структура базового домена

2.2 Подразделения в Активном каталоге

2.3 Обслуживание службы каталогов

2.4 Использование дискового пространства

2.5 Элементы политики паролей

2.6 Элементы стратегии резервного копирования

2.7 Система корпоративной сети

2.8 Принципы административного вмешательства

Глава 3 Разработка математической модели управления вычислительными ре- 73 сурсами в распределенной системе

3.1 Характеристика предметной области 7

3.2 разработка математической модели и алгоритма управления

3.3 Одна интерпретация математической модели

Библиографический список Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г

82 88

Глава 4 Применение созданной вычислительной сети специального вида и алгоритма выделения свободных сетевых ресурсов при решении практических задач

4.1 Характеристика созданного программно-аппаратного комплекса

4.2 Область внедрения разработанного комплекса

4.3 Результаты внедрения разработанного программно-аппаратного 92 комплекса в эксплуатацию

Заключение

100 103 106 120 126

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание программно-аппаратного комплекса управления вычислительными ресурсами в корпоративных сетях с открытой структурой на основе логики взаимодействия списков»

Введение

Актуальность темы диссертации.

Создание и рациональное использование общих вычислительных ресурсов является одной из важнейших задач информатизации в целом. Способы объединения вычислительных узлов с целью создания общих ресурсов можно разделить на два класса: к первому относятся системы, в которых в качестве канала передачи информации используется единое адресное пространство (кластеры), ко второму относятся распределенные системы, где в качестве канала передачи информации используется внешний интерфейс (локальные сети). В большинстве случаев системы первого класса являются замкнутыми, а системы второго класса - открытыми. Вместе с тем системы второго класса более дешевые и универсальные, а потому используются большинством предприятий и организаций.

Проблема управления общими ресурсами в локальной сети приобретает особую актуальность, если имеющийся в распоряжении вычислительный инструмент необходимо использовать для решения задач нескольких типов, требующих различного уровня аппаратного и программного обеспечения и разных временных затрат в условиях лимитированного рабочего времени.

Подходы к организации общих ресурсов в локальных сетях рассмотрены в трудах многих ученых. В частности, Кессельман К., Тики С. и Фостер Я. предлагают использовать процессорное время сетевых узлов, соединенных через стандартные интерфейсы, для решения хорошо распараллеливающихся задач [2]. Ограничение узким классом решаемых задач и необходимость разработки специального для каждой задачи программного обеспечения не позволяют применять этот метод повсеместно.

В работах Блэка Ю., Виттмана В., Джордана Л., Патрика М. и Силверио В. для управления общими ресурсами предложен прообраз современной службы каталогов [6, 4]. В настоящее время развитие службы каталогов идет по пути внедрения доменов с преднастроенной внутренней иерархией. Ряд ученых (Макин Дж. и Маклин Й.) предлагают использовать разветвленную доменную иерархию с целью управления правами пользователей [25]. Такой

4

подход можно считать перспективным, однако он не позволяет управлять вычислительными процессами как таковыми.

Указанные подходы определяют две существующие модели управления общими вычислительными ресурсами в открытых распределенных системах: GRID и «Клиент-Сервер».

Для эффективной работы модели GRID необходимы следующие элементы:

• наличие на каждом сетевом узле специального программного обеспечения, которое обеспечивает механизм обмена запросами.

• программное обеспечение должно быть постоянно активным, т.е. само использует часть ресурсов сетевого узла.

• администратор сетевого узла должен санкционировать процесс распределенных вычислений.

Таким образом, в GRID-сетях процесс запуска вычислительных задач на конкретном сетевом узле определяется не управляющим структурным элементом сети, а администратором конкретного узла [26]. Данное ограничение делают в нашем случае нецелесообразным использование такой модели управления.

Диссертация представляет собой развитие идеи усложнения иерархии доменной инфраструктуры в виде использования специальных контейнеров, соответствующих сетевым сегментам, для управления учетными записями сетевых узлов. При этом выполнение вычислительных процессов в сетевых сегментах регулируется групповыми политиками, создаваемыми управляющим сценарием в автоматическом режиме в соответствии со списком заданных параметров.

Цель диссертационной работы - разработать программно-аппаратный комплекс управления вычислительными ресурсами в корпоративных сетях с открытой структурой, позволяющий эффективно использовать свободные вычислительные ресурсы сетевых сегментов и отдельных узлов.

Для достижения намеченной цели в диссертации поставлены следую-

5

щие задачи:

1. Провести анализ существующих способов организации корпоративных сетей и распределенных систем обработки информации, не использующих объединенное адресное пространство узлов.

2. Создать математическую модель управления вычислительными ресурсами в распределенной системе.

3. Разработать структуру корпоративной сети, позволяющую централизованно управлять вычислительными ресурсами сегментов и отдельных узлов.

4. Разработать и программно реализовать алгоритм выделения в корпоративной сети вычислительных ресурсов, удовлетворяющих заданным параметрам.

Объект исследования - методы построения корпоративных вычислительных сетей с открытой структурой, способы и алгоритмы управления вычислительными ресурсами в таких сетях.

Методы исследования базируются на теоретических основах системотехники, принципах высокоуровневого программирования и организации реляционных баз данных, математическом моделировании, теории исследования операций и математической логике. Также в работе используются методы оптимизации.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Разработана математическая модель управления вычислительными ресурсами, отличающаяся от классических моделей дискретной оптимизации наличием дополнительных критериев отбора ресурсов, базирующихся на списках свойств вычислительных задач.

2. Создана методика построения открытых корпоративных вычислительных сетей с расширенной, по сравнению с автоматически создаваемой, иерархией структурных подразделений.

3. Разработаны и программно реализованы алгоритмы выделения свободных вычислительных ресурсов на основе взаимодействия

6

свойств сегментов вычислительного инструмента и характеристик требований.

4. Создана программная инфраструктура управления запуском и сбором результатов вычислительных процессов в распределенной системе.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика управления вычислительными ресурсами на основе созданной инфраструктуры вычислительной сети и программного модуля управления может быть внедрена в эксплуатацию в большинстве организаций, осуществляющих ресурсоемкие расчеты, или использоваться в таких организациях в качестве методической базы для модернизации уже существующих корпоративных сетей.

Математическая модель и разработанные на ее основе алгоритмы управления свободными вычислительными ресурсами могут быть обобщены и использованы в производственных отраслях, напрямую не связанных с компьютерными вычислениями.

С помощью разработанного комплекса появляется возможность управлять запуском вычислительных процессов на свободных сетевых узлах без использования дополнительного постоянно функционирующего программного обеспечения.

Апробация и внедрение результатов исследования.

Основные результаты работы были доложены и одобрены на:

• 14-й Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2007» (Санкт-Петербург);

• 35-й итоговой студенческой научной конференции (Ижевск, Удмуртский государственный университет, 2007);

• 6-й международной научно-методической конференции «Новые образовательные технологии в ВУЗе» (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008);

• 15-й Всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2008» (Санкт-Петербург);

• международной конференции «Перспективы развития телекоммуникационных систем и информационные технологии» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2008);

• Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе» (Йошкар-Ола, МарГТУ, 2009);

• международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM - 2009)» (Москва, ИПУ РАН);

• 2-й международной конференции «Трехмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Технологии высокополигонального моделирования» (Ижевск, УдГУ, 2010).

Разработанный в рамках диссертационной работы программно-аппаратный комплекс внедрен в эксплуатацию на факультете информационных технологий и вычислительной техники УдГУ и в производственной лаборатории НИИ «Высоких технологий» в г.Ижевске.

Получено свидетельство о государственной регистрации программы

для ЭВМ №2010613012 от 06.05.2010.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и снабжена четырьмя приложениями.

Первая глава диссертации посвящена сравнению серверных платформ. В этой главе обосновывается выбор Активного каталога в реализации Microsoft Windows Server 2003 в качестве основной операционной системы.

Вторая глава диссертации посвящена разработке структуры базового домена и способам управления сегментами вычислительной сети.

Третья глава работы посвящена описанию предлагаемой математической модели управления свободными вычислительными ресурсами в созданной сети специального вида, разработке алгоритма поиска и выделения сво-

бодных ресурсов для решения вычислительных задач.

В четвертой главе диссертации описана программная реализация созданного алгоритма управления вычислительными ресурсами, а также приведены результаты внедрения разработанного программно-аппаратного комплекса в эксплуатацию.

В заключении формулируются основные полученные результаты и выводы диссертационной работы.

В приложении приводятся тексты программ и акты о внедрении разработанного программно-аппаратного комплекса в эксплуатацию. Приложение А представляет собой адаптированный вариант управляющего модуля, реализующего алгоритм поиска свободных вычислительных ресурсов в созданной сети. Приложение Б содержит код программы, позволяющей запускать вычислительные процессы на сетевых узлах при наличии физического соединения. Акты внедрения результатов диссертационной работы в ФГБОУ ВПО «УдГУ» и НИИ «Высоких технологий» приведены в приложениях В и Г соответственно.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Дюгуров, Денис Владимирович

Заключение

В результате проведенной в рамках диссертационного исследования работы были получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ имеющихся способов организации корпоративных сетей и распределенных систем обработки информации, не использующих объединенное адресное пространство узлов.

2. Создана математическая модель управления свободными вычислительными ресурсами в открытых корпоративных сетях специального вида.

3. Разработан алгоритм поиска свободных вычислительных ресурсов в вычислительных сетях специального вида на основе взаимодействия характеристик сегментов вычислительного инструмента и списков потребностей.

4. Создана методика построения открытой корпоративной вычислительной сети на основе базовых доменов.

5. Разработан способ управления свободными вычислительными ресурсами в корпоративных сетях специального вида с помощью разработанного программного комплекса.

6. Внедрен в эксплуатацию программно-аппаратный комплекс управления вычислительными ресурсами на основе предложенной корпоративной сети и алгоритма выделения ресурсов.

В ходе проведенного исследования были получены результаты сравнения общих показателей при решении задач рендеринга до и после применения разработанного программно-аппаратного комплекса, которые приведены в таблице 4. При расчетах показателей критериев 2 и 3, приведенных в таблице 3, учитывалось, что в вычислениях участвуют 18 узлов из одного класса эквивалентности до внедрения комплекса и 45 узлов из разных классов эквивалентности после внедрения комплекса в эксплуатацию [20].

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Дюгуров, Денис Владимирович, 2011 год

Библиографический список

1. Bennet J.M., Tillman S.J., Silverio V.J. Catalogas Services. - IBM, 1988, 726 p.

2. Kesselman С., Tiki S. The Grid: blueprint for a new computing infrastructure. 1999, 320 p.

3. Patrick M. W. That the domain is. // Data Communications, №7, 1990, - P. 217 - 248.

4. Wittmann W.J. What Future Needs? -IBM, 1991, 406 p.

5. Аделъштайн Т., Любанович Б. Системное администрирование в Linux. - СПб.: Питер, 2009, 288 с.

6. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. - М.: Мир, 1990, 510 с.

7. Браст Э. Форте С. Разработка приложений на основе Microsoft SQL Server 2005. - М.: Русская редакция, 2007, 880 с.

8. Брэгг Р. Безопасность сети на основе Microsoft Windows Server 2003. - М.: Русская редакция, 2005, 632 с.

9. Войтович Я.В., Дюгуров Д.В. Об одном алгоритме приведения квадратных матриц произвольных размерностей над полем действительных чисел к диагональному виду. // Тр. Второй международной конференции «Трехмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Технологии высокоплиго-нального моделирования» / - Ижевск, 2010, Т.1. - С. 88 - 91.

10.Давыдов Э.Г. Исследование операций. -М.: Высшая школа, 1990, 382 с.

11 Дегглер С., Дэнис Д., Карлинг М. Системное администрирование Linux. - М.: Вильмяс, 2000, 320 с.

12 Дюгуров Д.В. Внедрение вычислительной сети с открытой инфраструктурой в образовательный процесс // Тр. 14 всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2007» / - СПб., 2007, Т.2. - С. 297.

13 Дюгуров Д.В. Управление факультетом и модернизация учебного процесса с помощью вычислительной сети с открытой инфраструктурой. / Тр. 35 итоговой студ. научной конференции / Удмуртский гос. университет. - Ижевск, - С. 39 - 40.

14.Дюгуров Д.В. Сети с открытой инфраструктурой: безопасный инструмент обучения и производства // Сборник докладов 6 международной научно-методической конференции «НОТВ». - Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008. - С. 27 - 32.

15 .Дюгуров Д.В. К вопросу о безопасности сетей с открытой инфраструктурой //Тр.

15 всероссийской научно-методической конференции «Телематика 2008» - СПб, 2008.-С. 310.

16 Дюгуров Д.В. Концепция информатизации УдГУ. // Дистанционное и виртуальное обучение - М., 2008, № 5. - С. 32 - 34.

17. Дюгуров Д.В. Подход к эффективному использованию общих вычислительных ресурсов // Промышленные АСУ и контроллеры, 2011. № 11. - С. 33 - 36.

18 Дюгуров Д.В. Принципы построения университетской сети с открытой инфраструктурой // Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2009. № 6(69) - С. 64 - 68.

19 Дюгуров Д.В. Сети с открытой инфраструктурой: концепция проекта на базе факультета ИТИВТ Удмуртского государственного университета // Тр. международной конференции «Перспективы развития телекоммуникационных систем и информационные технологии» - СПб, Политехнический институт, - 2008, - С. 446 - 457.

20 Дюгуров Д.В. Открытые сети против «черного ящика» // Тр. всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе» - Йошкар-Ола, МарГТУ - 2009.

21 Дюгуров Д.В. Корпоративная сеть с открытой инфраструктурой - базовый элемент управления и обучения // Тр. международной конференции «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (САБ/САМ/РЭМ - 2009)» - М., ИПУ РАН, - С. 75-76.

22.Епанешников А., Епанешников В. Локальные вычислительные сети. - М.: Диалог МИФИ, 2005, 224 с.

23Лимончелли Т., Хоган К., Чейлап С. Системное и сетевое администрирование. Практическое руководство, 2-е издание. - Символ Плюс, 2009,944 с.

24.Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. - М.: Мир, 1981, 324 с.

25.МакинДж., Маклин Й. Внедрение, управление и поддержка сетевой инфраструктуры Microsoft Windows Server 2003. -М.: Русская редакция, 2004, 594 с.

26.Непейвода H.H. Сообщество открытого софта как реализация принципов анархизма // Тр. Первой конференции свободного программного обеспечения в высшей школе - Переславль Залесский, 2006. - С. 19-20.

21.Пауэре С. Снелл М. Vicrosoft Visual Studio 2008. - М.: Русская редакция, 2009, 1200 с.

28.Пачеко К., Тейксейра С. Delphi 7: Руководство разработчика. - М.: Вильяме, 2004, 1240 с.

29.Рэтлиф Б., Баллард Дж.. Microsoft ISA Server 2004. -М.: Русская редакция, 2006 382 с.

30.Танаев B.C., Шкурба В.В. Введение в теорию расписаний. - М.: Наука, 1975, 256 с.

31. Фролов A.B., Фролов Г.В. Аппаратное обеспечение IBM PC. -М.: Диалог МИФИ, 1995, 476 с.