Структуры РРИСО - Лекция, раздел Философия, Распределенные системы и алгоритмы Структуру Ррисо Можно Рассматривать С Нескольких Точек Зрения. Прежде Всего, ...
Структуру РРИСО можно рассматривать с нескольких точек зрения. Прежде всего, это наиболее очевидная – географически ориентированная структура. Многие (но не все) элементы информационной системы привязаны к населенным пунктам, конкретным адресам. Для решения ряда задач управления образованием важна информация из базы данных народонаселения, описывающая возрастную структуру населения на различных территориях, как соответствующих административно-территориальному делению региона, так и произвольным образом очерченных. Важна бывает чисто географическая информация, например, о близости или удаленности двух школ. Имеет значение информация об особенностях климатических условий, в частности, о периоде времени возможного разлива реки, отрезающего отдаленный населенный пункт от учебного заведения, находящегося в другом населенном пункте. Перечислять можно много – напомним фразу из начала статьи: информационное подпространства образования и науки региона образуется как пересечение общего информационного пространства региона и глобального научного и образовательного информационного пространства. Следовательно, РРИСО должна взаимодействовать с региональными базами данных МВД, МЧС, Роскартографии, Минздрава и т.д.
Вторая структура РРИСО – типы данных. Множество хранимых и обрабатываемых документов должно быть разбито на некоторые классы, логически связанные между собой. Сюда же мы отнесем и структуры на множестве источников информации.
Третья структура РРИСО – функциональная. Многообразие функций – независимых; являющихся композицией более частных; локальных, требующих для вычислений небольшой объем информации из одной точки; глобальных, требующих информацию со всей территории или значительной ее части; противоречивых, например, широкое информирование и защита информации. Множества функций можно сгруппировать в сервисы – службы, дающие возможность пользователям решать различные задачи. Наряду с традиционными для сетей почтовыми, FTP и др. сервисами, это могут быть службы подготовки ведомственной отчетности, службы документооборота, службы дистанционного обучения, службы подготовки учебных материалов, службы доступа к вычислительным мощностям институтов РАН и университетов, службы хранения и защиты конфиденциальной информации и другие.
В соответствии с высказанной выше идеей о том, что РРИСО должна создавать транзитивное замыкание информационного пространства, следует переходить от автоматизированного поиска информации и от автоматизированного выполнения бизнес-процессов к автоматическому. Человек должен лишь ставить задачу и получать результат, но не участвовать в промежуточных этапах поиска, оценки и анализа информации.
Проблема в том, что РРИСО не является традиционной информационной системой как, например, информационная система бухгалтерии предприятия. В бухгалтерской ИС четко определены все процедуры работы, известна роль каждого пользователя, его права и обязанности, никаких шагов вправо и влево система не должна допускать. Никто и не подумает искать в Интернете информацию для проведения бухгалтерских расчетов или пытаться выполнить расчет на одном из свободных компьютеров Сети, воспользовавшись имеющейся там программой.
РРИСО является в некотором смысле fuzzy системой с нечетко определенным множеством пользователей и еще более нечетко определенным множеством источников информации. Узким местом в переходе к автоматической обработке информации до настоящего времени были Интернет-браузеры, являвшиеся для непрофессионального пользователя единственным средством общения с WWW. С появлением языка описания документов XML, Web-сервисов, языка WSDL описания Web-сервисов во многих случаях становится возможной полностью автоматическая (программная) обработка информации в распределенной системе типа Internet (не спроектированной одним разработчиком), узлы которой практически автономны и содержат как информацию, так и обрабатывающие компоненты.
Четвертая структура РРИСО – структура целей и задач. Как и многие корпоративные системы, РРИСО – многоцелевая система. Критерием качества с этой точки зрения является степень достижения поставленных целей.
Главной целью любой информационной системы является управление информацией. Главной целью РРИСО является управление управленческой информацией. Многоуровневая система управления образованием составляет костяк всей системы управления, и поэтому, решение задач управленческого характера нужно отнести к наиболее важным, системообразующим. К этим задачам относится мониторинг системы образования, создание и ведение базы нормативных документов, внутренний документооборот, подготовка отчетов, работа с финансово-экономической информацией.
Вторая цель – организация учебного процесса на уровне образовательного учреждения, включающая задачи формирования контингента обучающихся, составления учебных планов и программ, расписания занятий.
Третья цель – обеспечение и организация информации на уровне дисциплины (предмета), семинара (урока), лабораторного исследования, для достижения которой необходима библиотека электронных учебников и научных изданий, средств контроля знаний, средств АСНИ и моделирования.
К четвертой цели можно отнести организацию распределенного обучения, часто называемого дистанционным. Современное дистанционное обучение – это некий вариант традиционного заочного. Под распределенным обучением мы понимаем возможность для студента (школьника) изучать различные дисциплины под руководством преподавателей различных вузов (школ) с использованием компьютерных сетей. Технических препятствий к этому нет, а нормативные постепенно снимаются (введением ЕГЭ – единого госэкзамена, системой экстерната).
Следующая цель РРИСО – содействие организации индивидуальной и коллективной работы, выходящей за рамки необходимого минимума, определяемого должностными обязанностями. Это системы компьютерной поддержки проведения олимпиад, соревнований по предметам, проведения конференций, подготовки электронных изданий.
Пятая структура РРИСО – иерархия. В соответствии с разбиением системы образования на уровни подчиненности: образовательных учреждений, муниципальных (районных) органов управления образованием, регионального органа управления (департамента) образования, информационная система также делится на уровни. Узлы информационной системы привязаны к элементам административной иерархии, обслуживают эти элементы, что сказывается на их функциональных характеристиках. Об особенностях этой иерархии, ее отличиях от классического математического разбиения множества на системы подмножеств было сказано выше.
Шестая структура РРИСО – структура с точки зрения пользователя. Может быть, это наиболее важная структура. Она не сводится к обычному интерфейсу программного обеспечения информационной системы. По-существу, именно эта структура дает пользователю представление о системе, о ее возможностях, о ее содержании. Особой заботой конструкторов РРИСО должно стать создание «имиджа» системы, ее «бренда». Пользуясь терминологией ГИС и Web-мастеров, можно сказать, что РРИСО должна иметь «карту», не географическую, но дающую возможность пользователю - непрофессионалу ориентироваться в системе. Легко сформулировать критерий качества структуры системы: пользователь должен за реальное (для него) время получить любую разрешенную (ему) информацию, имеющуюся в базе данных РРИСО, или на тех же условиях выполнить необходимые вычисления. В системе не должно быть областей данных или функций, неиспользуемых по причине того, что их трудно найти или трудно догадаться о том, как эти функции выполняются. Конечно, это, в известной мере, идеализированный критерий. Ясно, что пользователь, совсем не обладающий знаниями, не сможет использовать систему в полной мере. Но должен быть реализован принцип адекватности: обычных знаний в профессиональной области должно быть достаточно для того, чтобы воспользоваться той частью РРИСО, которая обслуживает эту профессиональную область.
Седьмая структура РРИСО – структура реализации. Это структура программных компонент информационной системы. Структура программных компонент и аппаратного обеспечения является предметом отдельной статьи. Частично эти вопросы освещены в работах, помещенных в настоящий сборник.
Восьмая структура РРИСО – структура защиты информации. Можно представить себе гигантскую динамическую матрицу прав доступа для сотен тысяч субъектов-пользователей и миллионов объектов-документов и проч. Ясно, что «плоскую» защиту реализовать неэффективно. Пользователь может иметь: права доступа к отдельным документам на ограниченное время (например, к контрольной работе, которую он выполняет до определенного момента сдачи работы; к проекту приказа, который ему поручено подготовить); права доступа к классам документов учреждения, пока он там работает; права доступа к информационным материалам, пока он оплачивает подписку; права доступа к свободно распространяемым материалам – без ограничения. Кроме НСД, необходимо организовать антивирусную защиту важнейших узлов ИС, защиту авторских прав. Таким образом, для организации эффективной защиты на отношении «субъекты – объекты» должны быть выделены многочисленные системы подмножеств, определена некоторая универсальная алгебра.
Все темы данного раздела:
Сосредоточенные и распределенные системы
Во многих случаях термин «распределенная» является альтернативой термину «сосредоточенная». Так бывает, когда существуют (или могут существовать) системы, решающие одинаковые задачи, системы, функц
Тандемы распределенных систем
Рассмотрим две системы, S1 и S2 . Первая система функционирует для достижения некоторой цели G1 . При этом в любой момент времени имеется некот
Лекция 2. Распределенные задачи и алгоритмы
С системой S связана цель G, ради которой система функционирует. Эта цель ставится самой системой (если система – активная), или поставлена извне. Для достижения цели в системе должна
Лекция 3. Надежность и безопасность распределенных систем
Сравним сосредоточенную и распределенную системы с точки зрения надежности и безопасности.
Под надежностью понимается в соответствии с ГОСТ 27.002-89 свойство системы сохранять во в
Структура информационного пространства
Хотя термин «информационное пространство» является лишь метафорой, обратимся к проблеме анализа структуры этого пространства. Математики привыкли связывать с любым пространством некоторую структуру
Структура региональной системы образования и предпосылки создания РРИСО
Возникает естественный вопрос: почему выбран именно такой масштаб? Почему – региональная система? Дело в том, что это в определенном смысле минимаксный вариант. Уровень отдельного учебного заведени
Подсистемы. Взаимоотношения структур
Каждая из структур РРИСО строится по своим законам, поэтому, не стоит ожидать изоморфизма между парами структур. Идеально, если одни структуры являются надстройками над другими, использующими механ
Условная корпоративность
Хотя мы называем РРИСО корпоративной системой в силу того, что имеется определенный административный «каркас» на множестве ее пользователей, и у нее довольно четкая целевая направленность, тем не м
Неоднородность
Неоднородность – одна из важнейших характеристик РРИСО. Если многие корпоративные системы являются однородными, или неоднородность имеет место в одном - двух аспектах построения системы, то неоднор
Интегрируемость
Это одно из ключевых свойств в характеристике РРИСО. Это и «врожденное» и приобретаемое свойство.
Невозможно представить себе, чтобы такая система создавалась «с нуля». Существуют базы дан
Лекция 6. Моделирование распределенных систем. Язык Triad
Исследование распределенных систем – трудная задача. Прежде всего, распределенная система должна быть описана, т.е. должна быть построена модель системы. Для этой цели можно использовать различные
Model System2 (k, m, n: integer) def
System2 := star(Server, Serv[a..c]) + star(Serv[a], Node[1..k]) + star(Serv[b], Node[k+1..m]) + star(Serv[c], Node[m+1..n])
enddef.
For i:= 1 to n do
routine(System2.Node[i]) := Generator
endf.
При этом создается n экземпляров рутины Generator. Для каждого экземпляра рутины создается свой комплект локальных пер
For i:= 1 to n – 1 do
System := System + (System.Node[i] « System.Node[i + 1])
endf;
System := System + (System.Node[n] « System.Node[1])
В цикле к системе добавляются ребра м
Лекция 7. Распределенное имитационное моделирование
В одной из лекций шла речь о методах исследования распределенных систем. В качестве одного из методов рассматривался метод имитационного моделирования.
Если предположить, что предметом исс
Причины для перехода к распределенному моделированию
Использование распределенного моделирования объясняется:
- возможностью использования вычислительных ресурсов нескольких процессоров (компьютеров) для выполнения имитационного эксперимента
Два направления в развитии распределенных систем моделирования
Развитие распределенного имитационного моделирования идет по двум направлениям. Это монолитные системы моделирования и готовые системы моделирования, объединенные с помощью специального программног
Физическое время
Рассмотрим пример: пусть на нескольких компьютерах (клиентах) располагаются директории с файлами – списки товаров, на сервере – сводная директория, которая периодически обновляется. Приложение, рас
Управление временем в последовательном имитационном моделировании
Известно, что большую роль в имитационных моделях играет фактор времени. По определению имитационное моделирование является методом исследования динамических систем, в котором реальный объек
Управление временем в распределенном моделировании
Управление временем в распределённом моделировании должно обеспечивать выполнение событий в правильном хронологическом порядке. Более того, на алгоритмы синхронизации возлагается обязанность коррек
Парадоксы времени
Алгоритм управления временем должен следить за тем, чтобы события выполнялись в хронологическом порядке. Эта задача не является тривиальной. Действительно, логический процесс заранее не может знать
Консервативное управление временем
Первые алгоритмы синхронизации использовали консервативный подход. Принципиальная задача консервативного протокола – определить время, когда обработка очередного события из списка необработанных со
Алгоритм с нулевыми сообщениями
Первыми консервативными алгоритмами считаются алгоритмы, разработанные Bryant, Chandy, Misra.
Алгоритм предполагает:
- Топология процессов, которые посылают сообщения друг другу,
Использование дополнительной информации о временной метке следующего события
Рассмотрим подробнее недостатки алгоритмы с нулевыми сообщениями. Итак, одним из недостатков алгоритма является тот факт, что он может сгенерировать слишком большое количество нулевых сообщений.
Оптимистическое управление временем
В отличие от консервативных алгоритмов, не допускающих нарушения ограничения локальной каузальности, оптимистические методы не следят за этим ограничением. Однако этот подход гарантирует выявление
Лекция 9. Балансировка нагрузки в распределенных системах
Балансировка нагрузки (Load Balancing) применяется для оптимизации выполнения распределённых (параллельных) вычислений с помощью распределённой (параллельной) ВС. Балансировка
Статическая и динамическая балансировки
Следует различать статическую и динамическую балансировки.
Статическая балансировка выполняется до начала выполнения распределенн
Оценка загрузки
На этом этапе осуществляется приблизительная оценка загрузки каждого процессора. Полученная информация о загрузке используется в качестве базы данных для процесса балансировки, во-первых, для опред
Инициализация балансировки загрузки
Слишком частое выполнение балансировки загрузки может привести к тому, что выполнение имитационной модели только замедлится. Затраты на саму балансировку могут превзойти возможную выгоду от ее пров
Балансировка загрузки распределенной имитационной модели
В одной из предыдущих лекций мы рассматривали вопросы реализации распределенных систем имитации. Балансировку необходимо выполнять и при проведении распределённого моделирования. Первоначальная цел
Динамическая балансировка и перенос нагрузки
Алгоритм динамической балансировки использует характеристики состояния системы и принимает решение о том, с какого компьютера и на какой следует перенести работу во время моделирования. Это подход
RCL – cтратегия переноса нагрузки
Рассмотрим три алгоритма динамического переноса нагрузки, предложенные разработчиками SPEEDES:
- случайный алгоритм (random, R);
- алгоритм, основанный на коммуникациях (communica
Действия первого уровня
В начале действий по переносу нагрузки информации все компьютеры прекращают свою работу, и каждый получает информацию о локальной нагрузке в текущий момент времени. Информация о локальной нагрузке
Действия второго уровня
Действия второго уровня охватывают все рабочие станции распределённой системы. Конкретной количество нагрузки посылается с одной рабочей станции на другую. Основные действия связаны с выбором нагру
Реализация
Стратегия динамического переноса нагрузки RCL была разработана для SPEEDES с целью повышения её производительности. Были проведены эксперименты для выявления конкретных параметров, которые влияют н
Распределенные веб-сервисы
В настоящее время веб-сервисы находят все более широкое применение. Они используются в самых разных случаях в Интернет. Быстрое увеличение числа веб-сервисов и пользователей этих сервисов требует в
Использование мобильных агентов
Наряду с традиционными подходами (парадигма обмена сообщениями) рассмотрим другой – мультиагентный подход.
Напомним, что мобильный агент – это программный компонент, который может автомати
Различные подходы к балансировке, основанные на технологии клиент-сервер
Рассмотрим различные подходы к балансировке нагрузки. Выделяют следующие категории:
- клиентские;
- основанные на DNS;
- диспетчерские;
- серверные.
Мультиагентный подход к балансировке
Мобильные агенты используются для поддержки балансировки загрузки в параллельных и распределенных вычислениях. Рассмотрим кратко несколько проектов.
Проект Traveller
Проект
Лекция 10. Распределенные интеллектуальные системы на основе агентов
Современные системы искусственного интеллекта часто строятся как системы взаимодействующих и сотрудничающих агентов.
Одним из расширений понятия программы стало понятие агента. Оно появило
Агенты и МАС
Развитие интеллектуальных агентов и МАС очень популярны в среде исследователей ИС.
В области ИС интеллектуальные агенты используются, прежде всего, для интеграции информационных систем, по
Лекция 11. Распределенное хранение информации
Источники информации часто, как говорилось ранее, находятся в различных точках физического пространства. Если информация из этих источников не используется сразу, а потребность в ней возникает лишь
Фрагментация
Реляционные базы данных хранят отношения – таблицы, состоящие из строк и столбцов. Строка отношения называется кортежем и представляет собой запись (record в смысле языка программирования, н
Репликация
Под репликацией понимается создание копий некоторых фрагментов отношений и одновременное хранение нескольких копий на разных сайтах (в разных локальных БД). Репликация используется для того,
Схемы владения данными в распределенной БД
Выше, рассматривая распределенную базу данных, состоящую из локальных сайтов, мы неявно предполагали, что для каждой единицы данных существует вполне определенный единственный сайт, владеющий этими
Лекция 12. Волновые алгоритмы распространения информации
Многие задачи в распределенных системах решаются путем пересылки сообщений согласно некоторой схемы, которая гарантирует участие всех сайтов. Эта схема зависит от топологических особенностей систем
Алгоритм для кольцевой архитектуры
Если сайты распределенной системы соединены однонаправленными каналами связи так, что образуют граф – ориентированный цикл, применим следующий волновой алгоритм.
Суть его в следующем. Один
Алгоритм для структуры – дерева
Предположим, что соединение сайтов распределенной системы каналами образует граф – неориентированное дерево. Из теории графов известны следующие факты для деревьев:
1) дерево – связный аци
Алгоритм голосования
Алгоритм голосования применяется для распределенных систем, имеющих структуры полных графов. В этом случае инициатором может быть любой сайт. Для графа – звезды его тоже можно использовать, но иниц
Фазовый алгоритм
Фазовый алгоритм является децентрализованным алгоритмом для произвольных ориентированных графов. Двунаправленные связи тоже могут присутствовать, но они должны быть заданы парой параллельных встреч
Алгоритм Финна
Алгоритм Финна – еще один волновой алгоритм, который можно использовать в ориентированных сетях произвольной топологии. Он не требует того, чтобы диаметр сети был известен заранее, но подразумевает
Распространение информации с обратной связью
Важным применением волновых алгоритмов является случай, когда некоторая информация должна быть передана всем процессам и определенные процессы должны быть оповещены о завершении передачи. Эта задач
Синхронизация
Волновые алгоритмы могут использоваться для случаев, когда должна быть достигнута глобальная синхронизация процессов. Задача синхронизации формулируется следующим образом. В каждом процессе q
Вычисление нижней грани
Продемонстрируем применение волновых алгоритмов для вычисления функций, значения которых зависят от входов процесса на каждом сайте. В качестве представителей таких функций будут рассмотрены алгори
Лекция 13. Алгоритмы обхода сайтов
Алгоритмом обхода называется алгоритм, обладающий следующими тремя свойствами.
1) В каждом вычислении один сайт-инициатор, который начинает выполнение алгоритма, посылая ровно одно сообщен
Алгоритм обхода тора
Граф вида «тор» представляет собой решетку с дополнительными ребрами, соединяющими вершины из верхнего ряда («строки») решетки с вершинами из нижнего ряда, а также с ребрами, соединяющими вершины и
Алгоритм обхода гиперкуба
В теории графов известен класс графов Qn , называемых кубами размерности n, или гиперкубами. Это семейство описывается формулами Qn = K2
Алгоритм Тарри
Алгоритм обхода для произвольных связных графов был дан Тарри. Алгоритм основан на следующих двух правилах.
1. Процесс никогда не передает маркер дважды по одному и тому же каналу.
Лекция 14. Алгоритмы выбора сайтов
Во многих распределенных системах один из сайтов играет роль координатора при выполнении распределенного алгоритма. Иногда координатором является сайт, который инициировал выполнение алгоритма. Но
Алгоритм смещения
Алгоритм предназначен для динамического выбора координатора на основе локальных оценок сайтов. Предполагается, что каналы связи надежны, а сайты иногда могут прерывать (например, из-за отказов) сво
Выбор с помощью алгоритма для деревьев
Если топология распределенной системы – дерево или доступно остовное дерево системы, выбор можно провести с помощью алгоритма, приведенного в лекции 12. В этом алгоритме требуется, чтобы все концев
Алгоритмы выбора для кольцевых архитектур
В алгоритме Лелана для распределенной системы с архитектурой кольца (ориентированного цикла) каждый инициатор вычисляет список идентификаторов всех инициаторов, после чего выбирается инициатор с на
Лекция 15. Поиск в пиринговых системах
Пиринговые системы (peer-to-peer, P2P) – это такие компьютерные сети, в которых не используется классическая схема клиент-сервер, разделяющая множество всех узлов на два подмножества – серверов и к
Лекция 16. Тенденции в области распределенных систем
В одной из своих статей в 2001 году Дж. Бэкус отметил, что компьютерная революция испытала три волны. Первая волна началась с коммерциализацией кремниевых чипов и продолжалась 10-15 лет. Вторая вол
Архитектура Грид
Следуя традиционному построению распределенных систем, можно описать архитектуру Грид, состоящую из четырех слоев:
1. Пользовательские интерфейсы, приложения и среда решения задач (problem
Мобильный компьютинг
Самостоятельным направлением является мобильный компьютинг. В его основе (в дополнение к распределенному компьютингу) лежат:
1) сети, обеспечивающие подключение к ним
Тотальный компьютинг
Английский термин pervasive computing обозначает проникающий, распространяющийся повсюду, всеобъемлющий, глубоко влияющий (компьютинг). Тотальный компьютинг ставит во главу угла конечного пользоват
Новости и инфо для студентов