Приоритетное планирование процессов информационного обеспечения в АСУП

А. В. Сироткин

ПРИОРИТЕТНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ В АСУП

При решении задач управления процессами информационного взаимодействия в АСУП [1] перед разработчиком неизбежно встает задача адаптации управляющих векторов, выработанных в ходе анализа, к свойствам и особенностям аппаратно-программного комплекса, используемого в качестве базовой платформы системы. Эта необходимость диктуется в первую очередь наличием двух принципиально разных по выполняемым функциям подсистем, обеспечивающих процессы взаимодействия: подсистемы формирования данных и подсистемы передачи данных. Для понимания требований к адаптации управляющих векторов необходимо иметь представление об особенностях каждой из подсистем.

Современные подсистемы формирования данных, как правило, основаны на централизованной архитектуре хранения и обработки данных, в качестве базовой платформы имеют выделенную ЭВМ, функционирующую на базе многозадачной операционной системы (ОС). Концептуально такая система может оцениваться как приоритетная СМО, использующая в качестве последовательно включенных обслуживающих приборов процессор, подсистему ввода-вывода, сетевой интерфейс (как правило, единственный для небольших систем). Ядром обслуживающего прибора выступает заданная дисциплина диспетчеризации задач, реализующая принцип вытесняющей многозадачности. Среди распространенных ОС достаточно широкое применение находит круговая (карусельная) диспетчеризация, использующая установленную вариативность приоритетов для обслуживаемых задач. Например для MS Windows значение этого показателя составляет от 0 до 15 в классе переменных приоритетов [2], для Unix FreeBSD - 40 (от -19 до 20) в пользовательском диапазоне [3].

Подсистемы передачи данных, решающие задачи разделения монопольного использования общего канала, также выступают как приоритетные СМО, использующие различные технологии управления очередями обслуживания на различных уровнях взаимодействия модели OSI (Open System Interconnection). В зависимости от вида технологии и уровня взаимодействия показатель вариативности имеет различные значения, например для QOS (Quality of Service) L2 OSI - CoS (Class of Service) он равен 8 (реализуется тремя битами в заголовке кадра Ethernet) [4], для QOS L3 OSI он принимает значения в зависимости от реализующей технологии, например для IP TOS (Terms of Service) - значения от 0 до 7, для IP DSCP (Differenciated Services Code Point) - значения от 0 до 63, для межуровневого MPLS (Multiprotocol Label Switching) с использованием технологии Cisco CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing), по количеству организуемых приоритетных очередей обслуживания он равен 64 [5].

Задачей разработчика является не только определение управляющих рангов информационных процедур, но и адаптация этих рангов к особенностям реализующих технологий. Решение этой задачи может производиться путем декомпозиции процесса информационного обслуживания и построения реляционных отношений на множествах рангов используемых объектов и приоритетов реализующих систем. Сами отношения между множествами будут в данном случае выступать как планы, назначаемые их элементам, а процедура установления отношений может быть интерпретирована как приоритетное планирование рангов информационных процедур.

Рассмотрим систему, состоящую из двух последовательно включенных приоритетных обслуживающих приборов, в совокупности образующих обслуживающий «центр», и n активных субъектов. В качестве обслуживающих приборов выступают подсистема формирования информации - G на базе вычислительной системы источника и подсистема передачи данных - D. Определим множество субъектов взаимодействия 5; |5| = п, множество информационных объектов Q; \Q \ = ти определенное на их основе множество ин

формационных процессов Р = ||р^||; ( Е 1 ,ш;] Е 1 ,п. Каждый бит матрицы . 6 1.0; 1] интерпретируется как наличие (р=1) или отсутствие (р=0) взаимодействия 7-го субъекта и /-го объекта.

В центре определены множества установленных рангов субъектов г и объектов Ыг, которые составляют одномерные массивы Я = (г], г2, ..., гп) = (г),

7 є 1,п и, соответственно, и = (и], и2, ..., ит) = (и,), і є 1,т. Множества и и Я представляют собой гомоморфные отображения множеств Q и Б, сохраняющие структуру упорядоченных множеств /г: <3 * и, к: Б -> Н см. рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема приоритетной информационной системы Интересы субъектов - инициаторов информационного взаимодействия и всей системы выражаются их целевыми функциями Р = fj (rj,ulf о-, ,) и

Ф(Д Я, У), где Oi Е = i Xj - параметр, параметризующий класс допустимых целевых функций для l-й информационной процедуры.

Пусть описаны реализующие технологии подсистем:

1. подсистемы формирования информации как множество приоритетов U дисциплины карусельной диспетчеризации, обеспечивающей вытесняющую многозадачность операционной системы источника;

2. подсистемы передачи данных как множество М маркеров MPLS, обеспечивающих, например, обслуживание очередей передачи CBWFQ.

Порядок функционирования системы следующий.

1. Этап сбора информации. Субъекты с сетевыми адресами

(j- ): j. £ 5: :\ \ S — 5:?; = 5 направляют центру запросы на

информационное обслуживание Cqltq2,—, ЧпУ> 4t ^Q> п= |0|

2. Этап ранжирования объекта. Центр проводит содержательный анализ запроса по признакам (clfc2f...fck); ct Е С; к = \С\, на основе которых, используя хеш-функцию ранжирования р: С -* U, назначает ранги

производимым информационным объектам

iE I.Q . Ранг объекта выступает как компонента вектора ранга процедуры, которую можно содержательно интерпретировать как план, назначаемый данному элементу [6, с. 20]. Соответственно этому, все остальные назначения рангов и соответствующих приоритетов можно рассматривать как элементы приоритетного планирования информационного взаимодействия.

3. Этап ранжирования субъекта. Центр использует хеш-функцию ранжирования по сетевому адресу субъекта <p\S ->Я, на основе которой назначает ранги

4. Этап оптимизации. Для всего множества выполняемых в текущий мо-

мент времени процедур Рт 6P;Te [ОД], где t - текущее время наблюдения, рассчитываются значения целевых функций Рт, на основе которых рассчитываются значения целевой функции системы и определяются векторы рангов гг = I Е [l,PrJ; i Е [l, |5|] ;j Е [lJQ|], та-

кие что zt = Arg

5. Этап ранжирования процедуры. Центр, используя функцию свертки вектора zu определяет обобщенный ранг процедуры ртл Е Рт как

6. Этап приоритезации процедуры формирования. Для всего подмножества процедур Рг на основе хеш-функции т\11 —> II устанавливаются приоритеты формирующих процессов (и1ги2, ...,йп),п = |РД Функция I устанавливается соответственно дисциплине диспетчеризации задач действующей операционной системы.

7. Этап приоритезации процедуры передачи информационного фрагмента. Для сформированных информационных фрагментов к\Рт —* (2Т определяются получатели-субъекты как

В соответствии с действующими дисциплинами диспетчеризации обслуживания очередей передачи в подсистеме В на основе хеш-функции — £ устанавливаются приоритеты передачи информационных фрагментов (у\,г2, ...,гп);п = |5Т|.

8. Этап маркировки информационного фрагмента. В соответствии с уста-

новленными приоритетами для исходящих из центра информационных фрагментов с использованием хеш-функции &: И -> М устанавливаются ранжирующие маркеры (т1гт2>... ш* ё М;п= |М|.

В соответствии с отношениями предпочтения активных субъектов, при фиксированных планах выбираемые для обслуживания информационные процедуры Р, будут максимизировать или минимизировать общую целевую функцию системы, то есть:

В результате в системе на всех этапах реализации информационного взаимодействия для всех участвующих подсистем будут установлены такие приоритеты обслуживания, которые не только соответствуют определенным рангам информационных процедур и их компонентам, но и обеспечивают оптимальные параметры процессов, например минимальную задержку обслуживания для процедур, имеющих наибольшую прагматическую ценность.

Предложенное планирование позволяет алгоритмизировать процедуры оптимального автоматического управления информационными процессами в любой автоматизированной системе, объектно-ориентированной на информационное обеспечение процессов управления, имеющей централизованную архитектуру хранения и формирования информации и распределенную подсистему передачи данных.

Литература:

1. Сироткин А.В. Управление процедурами информационного обслуживания в автоматизированных системах управления. // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. № 1(93), 2010. - С. 55-60.

2. Руссинович М., Соломон Д. Внутреннее устройство Windows: Windows Server 2003, Windows XP и Windows 2000. Мастер -класс. / Пер. с англ. - 4-е изд. - М.: Издательско-торговый дом «Русская Редакция»; СПб.: Питер; 2005. - 992 с.

3. Керниган Б. В., Пайк Р. "UNIX - универсальная среда программирования" - М.: Финансы и статистика, 1992. - 304 с.

4. Семенов Ю. А. Telecommunication technologies - телекоммуникационные технологии (v3.5, 20 сентября 2010 года) // Режим досту-па:http://book.itep.ru/. (Дата обращения 25.06.11).

5. Виджэй Боллапрагада, Кэртис Мэрфи, Расе Уайт. Структура операционной системы Cisco IOS (рус). М.: Вильямс. 2002. 199 с.

6. Коргин Н. А. Неманипулируемые механизмы обмена в активных системах. М.: ИПУ РАН, 2003. 126 с.