Структурная модель работы вычислительной системы на основе виртуализации

Е.Н. Горбачевская, А.В. Леонидов

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ВИРТУАЛИЗАЦИИ

E.N. Gorbachevskaya, A. V. Leonidov

STRUCTURAL MODEL OF COMPUTING SYSTEM BASED ON VIRTUALIZATION

Ключевые слова: вычислительная система, виртуализация, виртуальная система, моделирование, структурная модель.

Key words: computing system, virtualization, modeling, structural model.

Аннотация

Статья посвящена вопросам использования современных средств моделирования при проектировании виртуальных вычислительных систем. Описано построение структурной модели вычислительной системы с использованием CASE-средства Rational Rose. Рассмотрен алгоритм работы системы виртуализации.

Abstract

The article deals with the use of modern modeling tools for the construction of virtual computing systems. The authors described the construction of structural model of the computing system using CASE- tools Rational Rose and considered the algorithm of virtualization.

Существует несколько технологий, которые предназначены для моделирования бизнес-процессов и позволяют облегчить обмен информацией. Инструменты для разработки, моделирования и анализа получили название CASE-средств (Computer-Aided Software Engineering).

CASE-средства охватывают самые различные инструменты, которые служат для компьютерного анализа и моделирования, и инструменты для анализа бизнес-процессов представляют собой лишь небольшую часть всего семейства.

Однако именно изучение бизнес-процессов является ключевым моментом при разработке любого приложения и позволяет четко и однозначно определить задачи, которые стоят перед разработчиками. Таким образом, инструменты анализа бизнес-процессов являются неотъемлемой частью начального этапа разработки жизнеспособной системы.

Инструмент моделирования бизнес-процессов должен удовлетворять следующим условиям: отображать текущие бизнес-процессы; определять новые требования бизнеса; определять и прорабатывать альтернативные методы работы.

При выборе средств моделирования бизнес-процессов должны учитываться требования, предъявляемые в ситуации отдельно к методу моделирования, отдельно к нотации, применяемой при моделировании, и отдельно к выбору инструментального средства моделирования.

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования систем: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл программного обеспечения.

К таким средствам проектирования относятся: IDEF, Rational Rose, BPWIN.

1. IDEF (0,1,1Х,2,3,4,5) - с помощью наглядного графического языка IDEF0, изучаемая система предстает перед разработчиками и аналитиками в виде набора взаимосвязанных функций (функциональных блоков - в терминах IDEF0).

Моделирование средствами IDEF:

- IDEF0 является первым этапом изучения любой системы;

- IDEF1 - методология позволяет отображать и анализировать их структуру и взаимосвязи потоков внутри системы;

- IDEF1X (IDEF1 Extended) - IDEF1X относится к типу методологий “Сущность-взаимосвязь” (ER - Entity-Relationship) и, как правило, используется для моделирования реляционных баз данных, имеющих отношение к рассматриваемой системе;

- IDEF2 - в связи с весьма серьезными сложностями анализа динамических систем от этого стандарта практически отказались, и его развитие приостановилось на самом начальном этапе. Однако в настоящее время присутствуют алгоритмы и их компьютерные реализации, позволяющие превращать набор статических диаграмм IDEF0 в динамические модели, построенные на базе “раскрашенных сетей Петри” (CPN - Color Petri Nets);

- IDEF (3-5) - с помощью IDEF3 описываются сценарий и последовательность операций для каждого процесса. IDEF4 позволяет наглядно отображать структуру объектов и заложенные принципы их взаимодействия. IDEF5 онтология системы может быть описана при помощи определенного словаря терминов и правил, на основании которых могут быть сформированы достоверные утверждения о состоянии системы в момент времени.

2. BPwin - программный продукт в области реализации средств CASE-технологий. Позволяет проводить описание, анализ и моделирование бизнес-процессов. Занимает одно из лидирующих мест в своём сегменте рынка. В настоящее время выпускается компанией Computer Associates.

Функциональность BPwin заключается не только в рисовании диаграмм, но и в проверке целостности и согласованности модели.

3. Rational Rose - мощное CASE-средство для проектирования программных модулей вычислительного комплекса любой сложности. Одним из достоинств этого программного продукта будет возможность использования диаграмм на языке UML.

Rational Rose является графическим редактором UML диаграмм:

1. Use case diagram (диаграммы прецедентов).

2. Deployment diagram (диаграммы топологии).

3. Statechart diagram (диаграммы состояний).

4. Activity diagram (диаграммы активности).

5. Interaction diagram (диаграммы взаимодействия).

6. Sequence diagram (диаграммы последовательностей действий).

7. Collaboration diagram (диаграммы сотрудничества).

8. Class diagram (диаграммы классов).

9. Component diagram (диаграммы компонент).

Диаграмма прецедентов - это графическое представление всех или части актеров, прецедентов и их взаимодействий в системе.

В каждой системе обычно есть главная диаграмма прецедентов, которая отображает границы системы (актеров) и основное функциональное поведение системы (прецеденты).

На примере вычислительного центра «Троя» рассмотрим диаграммы структурной модели.

На диаграмме прецедентов изображены следующие актеры:

1. Администратор - это человек, который создает учетные записи и определяет политику безопасности существующей системы.

2. Менеджер - сотрудник ВЦ, работает непосредственно с поставщиками комплектующих ПК и вычислительной техники.

3. Оператор технического отдела - выполняет ремонт вычислительной техники.

4. Бухгалтерия - предназначена для формирования и создания банковских счетов для осуществления выплат.

5. Оператор по составлению заявок - пользователь вычислительной системы, формирует заявки, обрабатывает сопутствующую документацию по заявкам.

6. Система виртуализации - с помощью данной системы организуется виртуализация данных ВЦ «Троя».

Диаграмма прецедентов для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя» представлена на рисунке 1.

Бухгалтер

Рисунок 1 - Диаграмма прецедентов вычислительной системы

Диаграмма прецедентов отображает так же совокупность действий, называемых прецедентами (краткое описание прецедентов представлено в таблице 1):

- создание учетных записей пользователей системы;

- организация политики безопасности системы;

- обновление операционных систем и аппаратных средств;

- выполнение заявки на ремонт вычислительной техники (ПК);

- формирование отчета на выполненные работы;

- формирование расчетной документации;

- формирование расчетных счетов;

- выполнение заявки на ремонт;

- обработка заявки на ремонт ПК;

- формирование заявки;

- работа с документацией по комплектующим ПК;

- составление документации на ПК;

- поиск поставщиков;

- работа с информацией о поставщиках.

Таблица 1 - Краткое описание прецедентов вычислительной системы

Название прецедента Загрузка/выгрузка информации БД

Субъект Система виртуализации

Предусловие Наличие необходимой информации

Основной поток Загрузка/выгрузка информации СУБД

Альтернативный поток Работа подсистемы безопасности

Постусловие Успешно сохранилась информация на сервере СУБД

Название прецедента Организация удаленного доступа

Субъект Система виртуализации

Предусловие Идентификация/аутентификация пользователя в системе.

Предусловие Загрузка необходимой информации в БД

Основной поток Организация удаленного доступа

Альтернативный поток Сбой в сети. Сохранение копий запроса на виртуальной машине

Постусловие Работа в системе с возможностью обращения к информации

Название прецедента Обработка информации о выполнении задач системой

Субъект Система виртуализации

Предусловие Работа системы безопасности

Основной поток Обработка информации

Альтернативный поток Работа подсистемы восстановления после сбоя

Постусловие Формирование результатов мониторинга и выполнение задач

Диаграмма действий отражает динамику проекта и представляет собой схемы потоков управления в системе от действия к действию, а также параллельные действия и альтернативные потоки. В конкретной точке жизненного цикла диаграммы действий могут представлять потоки между функциями или внутри отдельной функции.

На разных этапах жизненного цикла они создаются для отражения последовательности выполнения операции. Диаграммы действий иллюстрируют действия, переходы между ними, элементы выбора и линии синхронизации.

Диаграмма действий для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя» представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Диаграмма действий для вычислительной системы виртуальной

организации данных ВЦ «Троя»

Менеджер вычислительного центра «Троя» (пользователь вычислительной системы) осуществляет формирование запросов по поставщикам комплектующих ПК.

Заполняет электронную форму запроса и отправляет в систему, используя при этом средства системы виртуализации.

Система виртуализации обрабатывает запрос, одновременно запускается работа системы безопасности и осуществляется обработка информации по запросу, при успешной работе система виртуализации отправляет ответ на запрос менеджеру.

Если в системе произошел сбой - система виртуализации запускает систему восстановления, формируя отчет о сбое и формируя загрузку резервных копий.

Диаграмма классов позволяет создавать логическое представление системы, на основе которого создается исходный код описанных классов. Диаграмма позволяет отображать сложную иерархию вычислительной системы, взаимосвязи классов и интерфейсов.

Значки диаграммы позволяют отображать сложную иерархию вычислительного комплекса, взаимосвязи классов (Classes) и интерфейсов (Interfaces). Данный тип диаграмм противоположен по содержанию диаграмме Collaboration, на котором отображаются объекты системы. Rational Rose позволяет создавать классы при помощи данного типа диаграмм в различных нотациях.

Объект (object) - это некая сущность реального мира или концептуальная сущность. Объект может быть чем-то конкретным или концептуальным

Объектом называется концепция, абстракция или вещь с четко определенными границами и значением для системы.

Каждый объект в системе имеет три характеристики: состояние, поведение и индивидуальность.

Диаграмма классов для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя» представлена на рисунке 3. Краткое описание классов отображено в таблице 2.

Таблица 2 - Краткое описание классов вычислительного комплекса

Название класса Тип

Администратор Управляющий класс

Менеджер Класс-сущность

Оператор технического отдела Класс-сущность

Заявка на ремонт ПК Граничный класс

Рабочая станция Interface

Сервер Interface

Рисунок 3 - Диаграмма классов вычислительной системы

Учитывая все характеристики классов необходимо определить мощность связи между ними (отношения). В таблице 3 представлено описание отношений между классами с указанием типа связи и мощности.

Таблица З - Описание отношений классов

Начальный класс Тип связи Мощность связи Конечный класс

Менеджер Ассоциация 1*n:1*n Рабочая станция

Оператор техн.отдела Ассоциация 1*n:1*n

Администратор Ассоциация 1*n:1*n

Заявка на ремонт Ассоциация 1*n: 1

Сервер Ассоциация 1:1*n

Диаграмма последовательности действий (sequence diagrams) отображает взаимодействие объектов, упорядоченное по времени.

Диаграмма последовательности действий для вычислительной системы отображает взаимодействие объектов (рисунок 4).

На данной диаграмме показаны объекты и классы, используемые в сценарии, и последовательность сообщений, которыми обмениваются объекты, для выполнения сценария.

Диаграмма последовательности действий обычно соответствует реализациям прецедентов в логическом представлении системы. Данная диаграмма отображает объекты (классы), жизненный цикл каждого из объектов и сообщения между ними.

Диаграмма кооперации (collaboration diagram) - это альтернативный способ отображения сценариев. Такой тип диаграммы показывает взаимодействие объектов, организованное вокруг них, и их связи друг с другом (рисунок 5).

Рисунок 4 - Диаграмма последовательности действий

Рисунок 5 - Диаграмма коопераций

Этот тип диаграмм предназначен для распределения классов и объектов по компонентам при физическом проектировании системы.

При проектировании больших систем может оказаться, что система должна быть разложена на несколько сотен или даже тысяч компонентов, и этот тип диаграмм позволяет не потеряться в обилии модулей и их связей.

Диаграмма компонентов для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя» представлена на рисунке 6.

Диаграмма топологии - схема процессов. Данная диаграмма предназначена для анализа аппаратной части системы.

Диаграмма топологии для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя» представлена на рисунке 7.

Этот тип диаграмм используется в проектировании вычислительной системы для анализа аппаратных средств, на которых данная вычислительная система будет эксплуатироваться.

Для вычислительной системы создается только одна диаграмма, отображающая сервер, рабочие станции и их соединения.

Рисунок 6 - Диаграмма компонентов для вычислительной системы

Рисунок 7 - Диаграмма внедрения вычислительной системы

Для того чтобы система виртуализации функционировала в полном объеме нужно учесть, что все необходимые переменные и объекты среды должны быть инициализированы перед запуском основных (рабочих) форм.

Алгоритм установки и настройки системы виртуализации ВЦ «Троя» представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Алгоритм работы системы виртуализации

Существует стандарт, который распространяется на техническую документацию на системы всех видов, разрабатываемые для всех уровней управления (кроме общегосударственного), и устанавливает требования к содержанию документа «Описание алгоритма», входящего в соответствии с ГОСТ 24.101-80.

Алгоритм работы системы предназначен для описания последовательности действий и логики решения задачи (комплекса задач) в системе.

Алгоритм может отображать не только работу программной составляющей разрабатываемой системы, но и всей системы в целом. В зависимости от назначения и специфических особенностей решаемых задач допускается включать в алгоритм требования к системе.

Содержание алгоритма в совокупности с документами по информационному и техническому обеспечениям должно быть достаточным для программирования или применения типовых программно-аппаратных решении.

Таким образом, используя средство проектирования Rational Rose, были рассмотрены следующие диаграммы для вычислительной системы виртуальной организации данных ВЦ «Троя»: диаграмма прецедентов, диаграмма действий, последовательности действий, диаграмма классов, диаграмма компонентов, внедрения и т.д. Так же был описан алгоритм работы системы виртуализации VMWARE.

Построение виртуальных вычислительных систем требует тщательного моделирования с использованием современных средств. Использование CASE - средства структурного моделирования Rational Rose при проектировании бизнес-процессов современных вычислительных систем дает эффект сопровождения от анализа действий компонентов системы до технической и программной реализации системы.