Современные информационные технологии / 2. Вычислительная техника и программирование

Д.т.н. Богатырев В.А, Богатырев А.В., Богатырев С.В.

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, Россия

Организация обмена в отказоустойчивых сетях

дублированных вычислительных комплексов

В отказоустойчивых компьютерных системах ответственного назначения, в качестве вычислительных узлов используются дублированные вычислительные комплексы (ДВК), при объединении которых в систему коммуникационные средства как минимум дублируются.

Рассмотрим систему M дублированных вычислительных комплексов, связанных через дублированные коммуникационные узлы. В каждом из ДВК выделяются полукомплексы, содержащие процессор (Р), модуль памяти (М), сетевые адаптеры (СА), кроме того в комплексе имеется адаптер внутрикомплексной связи (А) и модуль контроля (S).

Рассмотрим варианты организации обмена между ДВК через дублированные коммутационные узлы при дублировании вычислений, когда необходимо занесение передаваемых данных от i-го ДВК в модули памяти M двух полукомплексов адресуемого j- го ДВК.

Вариант В1: Первый и второй полукомплексы i-го ДВК передают пакеты соответственно через первый и второй коммутаторы_.

Условие реализуемости варианта В1 при передаче от i-го j-му комплексу заключается в исправности двух коммутаторов и исправности у каждого из двух взаимодействующих ДВК пары сетевых адаптеров.

Вариант В2: Первый (или второй) полукомплекс i-го ДВК выдает пакеты первому коммутатору Sw₁ (второму Sw₂), через который они передаются в первый (второй) полукомплекс j-го ДВК. Кроме того первый (второй) полукомплексы i-го ДВК выдают пакеты во второй полукомплекс j-го комплекса через первый коммутатор (Sw₁), межкоммутаторную связь, второй коммутатор (Sw₂), и соответствующие сетевые адаптеры.

Условие реализуемости варианта В2 при передаче от i-го j-му ДВК заключается в исправности двух коммутаторов, хотя бы одного сетевого адаптера в ДВК передатчике и двух сетевых адаптеров в ДВК приемнике.

Вариант В3: Первый (либо второй) полукомплекс i-го ДВК передает пакет через первый (второй) коммутатор и соответствующий сетевой адаптер в память первого (второго) полукомплекса j-го ДВК. Внутри ДВК-приемника из модуля памяти полукомплекса, принявшего данные, они передаются в модуль памяти другого полукомплекса через адаптер внутреннего обмена А.

Условие реализуемости варианта В3 при передаче от i-го к j-му ДВК заключается в исправности хотя бы одного коммутатора и его подключении через исправные порты и сетевые адаптеры одновременно к первым (или вторым) полукомплексам взаимодействующих ДВК при условии исправности адаптера внутрикомплексной связи в ДВК приемнике. При дуплексной связи дополнительно к сформулированному условию требуется исправность адаптера внутренней связи в каждом из взаимодействующих ДВК.

Возможно использование гибридного варианта, позволяющего адаптироваться к интенсивности межкомплексного обмена и к отказам компонент системы.

В исходном состоянии системы (без отказов) среднее время пребывания запросов на межкомплексный обмен при вариантах обмена В1, В2, В3 вычислим как:

Здесь λ- интенсивность запросов на межкомплекный обмен от двух полукомплексов при варианте обмена В1, v- среднее время передачи пакета через коммутационный узел, коэффициент α – устанавливает соотношение скорости передачи через через цепь «СА–коммутатор-СА» и через адаптер внутрикомплексного обмена А; d – определяет разницу по времени завершения передачи от одного комплекса через разные коммутаторы.

Зависимости среднего времени пребывания запросов на межкомплексный обмен T(λ) от интенсивности их формирования при v=1 мc. представлены на рисунке. Кривые 1 и 2 соответствуют вариантам обмена В1 (при d=0 мс.) и В2, а кривые 3-4 обмену по варианту В3 при α=0,5 и α=0.

Среднее время пребывания запросов на межкомплексный обмен

Проведенные расчеты показывают явное преимущество варианта обмена В3, причем по мере роста интенсивности запросов λ эта эффективность возрастает.

Полученные результаты могут быть использованы при обосновании выбора организации обмена в отказоустойчивых системах дублированных вычислительных комплексов, в том числе работающих в реальном времени

Литература:

1. Богатырев В.А., Богатырев С.В. Надежность резервированной двухуровневой компьютерной системы при ограниченном времени обслуживания запросов // Информационные технологии, 2009. - Вып. 7. - С. 25-32.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Фамилия Богатырев.

Имя Владимир

Отчество Анатольевич

Название организации

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики

каф вычислительной техники

Должность профессор

Ученая степень доктор техн. наук

Домашний адрес, 195427 Санкт-Петербург, ул. Акад. Байкова 17 корп.2 -кв.48

Служебный адрес 197101, Санкт-Петербург, пр. Кронверкский, д.49 каф ВТ.

Домашний телефон 555-24-40

Мобильный телефон 911-726-02-26

E-mail:Vladimir.bogatyrev@gmail.com