Гринберг А.С., Король И.А. Информационный менеджмент

Подождите немного. Документ загружается.

190 Часть III. Технологии информационного менеджмента

ных 64-битных центральных сетевых процессоров

—

серверов.

Орга-

низаторы информационных систем

—

операционные системы ком-

пьютеров

—

в существенной степени строятся на новой платформе,

ориентированной на серверы. Коммерческие приложения оптими-

зируют для новых серверных платформ, которые строго следуют

принципам открытых систем. Стандартные для компьютерной сре-

ды интерфейсы ввода-вывода (PCI, ISA, EISA и др.) поддерживают

взаимодействия с новыми поколениями компьютерной техники.

Разнотипные компьютеры

—

от низкостоимостной настольной ра-

бочей станции до корпоративного сервера

—

успешно объединяют-

ся в комплексы, обеспечивая надежные конкурентоспособные ре-

шения архитектуры компьютеров. Преимущества серверного поко-

ления компьютерных систем обусловили новый виток компьютер-

ной гонки. Лидирующие характеристики по критерию цена/произ-

водительность

—

внешний дизайн, богатство выбора средств управ-

ления и администрирования, высокие гарантийные обязательства.

Серверы используют новые более мощные модели процессоров,

что обеспечивает планомерное увеличение производительности при

модернизации серверных компонентов сети. Кроме производитель-

ности серверные процессоры задают новые стандарты по пропуск-

ной способности обмена данными с памятью, что гарантирует вы-

сокая производительность собственно процессора на широком спек-

тре менеджерских приложений. Процессоры рабочих станций вы-

нуждены либо увеличивать свою пропускную способность, либо

ощутить рыночные несбалансированности своих характеристик.

Компьютерная индустрия планомерно переходит на 64-битные

архитектуры серверов и компьютерных приложений. Преимуще-

ства .такой архитектуры на широком спектре прикладных задач тре-

буют освоения менеджером как новых процессоров, так и соответ-

ствующих операционных систем. Перенос приложений на новую

платформу, и особенно их оптимизация,

—

всегда весьма длитель-

ный процесс и требует особого внимания системных менеджеров.

Одно из преимуществ информационных систем с серверами в

отличие от других платформ

— двоичная совместимость процессоров

различных

поколений,

что обеспечивает переносимость без переком-

пиляции. Это важно знать менеджеру, поскольку крупные информа-

ционные системы для менеджера, как правило, используют парк

компьютеров различных поколений. Если компьютеры двоично не-

совместимы, то увеличивается потребность в высококвалифициро-

ванных кадрах

для

новой разработки и поддержки прикладного про-

Глава 8. Технологии информационного менеджмента 191

граммного

обеспечения.

Для серверных платформ современных МИС

эта проблема решается, чем достигается значительная экономия

средств, долговременность инвестиций в компьютерные технологии.

Практика показывает, что характеристики и стоимость боль-

ших компьютерных информационных комплексов в значитель-

ной мере определяются периферийными устройствами. Семейство

серверов поддерживает высокоскоростные шины ввода-вывода,

производство компьютерной периферии, работающей с высоко-

скоростными шинами, растет экспоненциальными темпами.

Ключевое условие успеха компьютерных систем в менеджерских

информационных системах — постоянная обновляемость средств.

Серверные технологии позволяют ежегодно практически полностью

обновлять процессоры на более современные либо осуществлять

модернизацию существующих моделей. Таким образом постоянно

поддерживается благоприятное

для

пользователей соотношение цена/

производительность. Важно отметить, что обновление средств МИС

серверных систем осуществляется за счет полной совместимости

программного обеспечения, наиболее экономичной модернизацией

имеющегося оборудования путем замены платы процессора, со-

хранения периферийных устройств при замене компьютера.

Семейство серверов различного уровня может быть использова-

но практически в любых областях информационных технологий

менеджмента и достаточно для решения основных задач менедж-

мента. Отметим, что рациональный выбор операционных систем

гарантирует долговременность и защищенность инвестиций и в

аппаратное обеспечение МИС. Часто невозможно предсказать, ка-

кими путями пойдет развитие информационных технологий каж-

дого предприятия даже в ближайшем будущем. Замена операцион-

ных систем не повлечет за собой замены аппаратной части, если

ранее был сделан выбор в качестве основы серверной архитектуры.

Важнейшее для системных менеджеров направление исполь-

зования серверной архитектуры компьютерных систем

—

их объе-

динение в высоконадежные и информационно-безопасные струк-

туры

—

кластеры.

8.2. Кластерная структура сервера

Кластер

представляет собой многомашинный компьютерный

комплекс, который с точки зрения пользователя:

• является единой системой;

192 Часть III Технологии информационного менеджмента

• обеспечивает высокую надежность (готовность к работе);

• имеет общую файловую структуру с элементами системы;

• обладает свойством эффективной масштабируемости

—

роста

производительности при добавлении ресурсов;

• гибко перестраивается;

• управляется (администрируется) как единая система.

Иногда кластером называют комплекс из двух компьютеров,

один из которых делает полезную работу, а другой включен и на-

ходится в горячем резерве (hot standby).

Главные же качества кластеров

—

высокая готовность и масшта-

бируемость. В отличие от систем с горячим резервированием все

компьютеры в кластере не простаивают, а выполняют полезную ра-

боту.

результате затраты на дополнительное оборудование являют-

ся платой не только за надежность, но и за производительность.

Каждый компьютер в кластере остается относительно независи-

мым. Его можно остановить и выключить для проведения, напри-

мер,

профилактических работ или установки дополнительного обо-

рудования, не нарушая работоспособности кластера в целом. Тес-

ное взаимодействие компьютеров, образующих кластер, часто име-

нуемых узлами

кластера,

гарантирует максимальную производитель-

ность и минимальное время обработки менеджерских приложений.

При работе кластерной системы в составе МИС в случае сбоя

программного обеспечения на одном узле приложение продолжает

функционировать (либо автоматически перезапускается) на других

узлах кластера. Отказ узла (или узлов) кластера по любой причине

(включая ошибки персонала) не означает отказа кластера в целом;

профилактические и ремонтные работы, реконфигурацию и смену

версий программного обеспечения в большинстве случаев можно

осуществлять на узлах кластера поочередно, не прерывая работы

МИС на других узлах кластера. Простои МИС, которые не в состо-

янии предотвратить обычные информационные системы, в клас-

терных МИС выражаются обычно в некотором снижении произво-

дительности, если узлы выключаются из работы, поскольку в слу-

чае сбоя приложения недоступны только на короткий промежуток

времени, необходимый для переключения на другой узел кластера,

готовность кластера к работе составляет 99,9% и выше. В больших

МИС простои составляют не более 8 ч в год.

Следует отметить, что применение широкодоступных средств

повышения структурной

аппаратной

программной

отказоустой-

чивости

(средства RAID, SMP, UPS и т.д.) вовсе не исключается

Глава 8 Технологии информационного менеджмента 193

при построении кластеров МИС, что дополнительно повышает их

надежность.

Таким образом, в составе МИС кластер

—

это несколько ком-

пьютеров, соединенных коммуникационным каналом и имеющих

доступ к разделяемым общекластерным ресурсам, к которым преж-

де всего относятся

дисковые

накопители.

Общекластерные дисковые накопители обеспечивают возмож-

ность быстрого перезапуска приложений на разных узлах кластера и

одновременной работы прикладных программ с одними и теми же

данными, получаемыми

разных

узлов

кластера так, как если

бы

эти

программы находились в оперативной памяти одного компьютера.

Коммуникационный

канал кластера обеспечивает:

• скоординированное (непротиворечивое) использование обще-

кластерных ресурсов;

• взаимный контроль работоспособности узлов кластера;

• обмен данными о конфигурации кластера и другой специфи-

ческой кластерной информацией.

Интенсивность кластерной коммуникации зависит от степени

интеграции узлов кластера и характера работающих на нем при-

ложений МИС. В соответствии с этим варьируются и требования

к коммуникационному каналу для разных типов кластеров и, сле-

довательно, состав и стоимость дополнительного оборудования,

необходимого для объединения обычных компьютеров в кластер.

Если на разных узлах кластера выполняются разные или однотип-

ные,

но не взаимодействующие друг с другом приложения и нет

необходимости в одновременном доступе к одним и тем же дис-

ковым накопителям, то обмен сообщениями сводится к периоди-

ческой проверке работоспособности и обмену информацией об

изменении конфигурации при добавлении в кластер новых узлов,

перераспределении дисков. Для такого типа кластерных комму-

никаций вполне подходит 10-мегабитный канал типа Ethernet.

Ситуация существенно изменяется, когда требуется работа прило-

жений на разных узлах кластера с одними и теми же данными. В

этом случае необходимо обеспечивать координацию доступа к раз-

деляемым ресурсам с тем, чтобы программы с разных узлов не

пытались, например, одновременно модифицировать один и тот

же файл или блок на

диске.

Обеспечивается эта координация спе-

циальным механизмом

—

так называемым менеджером распреде-

ленных блокировок (DLM

—

Distributed Lock Manager). Исполь-

зование механизма DLM предполагает весьма интенсивный об-

194

Часть III. Технологии информационного менеджмента

мен сообщениями между узлами и соответственно требует более

высокой производительности коммуникационного канала.

В различных кластерах применяется широкий спектр комму-

никационных технологий, как стандартных (Ethernet, ATM и др.),

так и специализированных (DSSI, Memory Channel), что позволя-

ет выбирать конфигурации, оптимальные по цене и производи-

тельности. Для подключения дисковых накопителей в кластерах

используется шина SCSI, шина Ultra SCSI с различной пиковой

скоростью передачи данных, что обеспечивает минимальную сто-

имость систем.

Кластер сегодня

—

это не менее чем два сервера (узла) на базе

процессора под управлением операционной системы и одна или

несколько дисковых стоек, соединенных с обоими узлами высо-

копроизводительной общей шиной. Серверы, входящие в клас-

тер,

не обязательно должны иметь идентичную конфигурацию. В

то же время существует

гомогенность — однородность типа

процес-

соров.

При установлении кластерного программного обеспечения

часто не требуется применения каких-либо нестандартных аппа-

ратных устройств или специальных версий операционных систем.

Кластерная структура сервера организована так, чтобы уберечь

развитые информационные и вычислительные комплексы от по-

тери данных в результате сбоев питания, процессора, дисков. Вре-

менная неработоспособность компьютерного центра МИС, пусть

даже не связанная с потерей данных, может привести к значи-

тельным убыткам. Высокая стоимость одного простаивающего сер-

вера, включенного в состав систем резервирования, делает необ-

ходимыми кластерные технологии.

Эталонные кластеры

обладают следующими свойствами:

• высокая надежность системных ресурсов. Процессы с отка-

завшей машины подхватываются и продолжают обрабаты-

ваться другими машинами (отработка отказа — failover) с

целью обеспечения непрерывной работы пользователей и

приложений;

• эффективная масштабируемость.

кластер

могут

добавляться

дополнительные компьютеры, что является высокоэффек-

тивным и экономичным путем повышения производитель-

ности информационных систем;

• уменьшение затрат на обслуживание системы. Кластерная

технология позволяет упростить управление большим коли-

чеством компьютеров, уменьшить затраты на резервное ко-

Глава 8. Технологии информационного менеджмента 195

пирование и репликацию данных, а также предоставить до-

ступ к некоторым периферийным устройствам большему

количеству пользователей.

С точки зрения

пользователя

(клиента),

кластер выглядит как

единый сервер. Этот сервер имеет свое собственное имя

(кластер-

ное имя —

cluster alias), с которым и работают пользователи. Более

того,

они могут даже не знать подлинные имена серверов, со-

ставляющих кластер.

В кластерах применяется логика объектов и групп.

Объектом

кластере могут являться собственно серверы, кластерные диски,

файловые сервисы, кластерные приложения и т.д. Эти объекты

объединяются в группы, называемые

группами отработки отказа

(failover group). В группе содержится информация о том, какой из

узлов кластера

первичный

для данной группы и что нужно делать в

случае его сбоя. Для приложения назначаются

сценарии

отработ-

ки

отказа

(failover script), которые обеспечат его перезапуск. Эти

сценарии могут содержать любые дополнительные команды, на-

пример команды типа

net

send,

с помощью которых пользователи

будут извещены о задержке отклика информационной системы,

связанного с устранением отказа.

Для системного менеджера особенно важны кластерные сис-

темы, которые использует как сервер баз данных. Вначале на обо-

их узлах кластера устанавливается соответствующее программное

обеспечение, настроенное таким образом, что данные хранятся на

диске (или дисках), расположенном в выносной стойке и соответ-

ственно доступном обоим узлам кластера. Затем назначается пер-

вичный

сервер.

В нормальной ситуации, когда оба сервера работа-

ют, все запросы, связанные с базой данных, будет выполнять пер-

вичный сервер. В случае его сбоя (отказ питания, процессора, па-

мяти и т.д.)

вторичный сервер

автоматически примет на себя вы-

полнение его задач, в частности обработку запросов к базе дан-

ных, произойдет

отработка отказа

(failover). После возвращения

первичного сервера «в строй» автоматически произойдет обрат-

ный переход

(failback)

—

возвращение первичному серверу его за-

дач.

Важным здесь являются два аспекта:

1) внешние клиенты всегда обращаются к кластеру как к еди-

ной системе, используя

кластерное

имя,

не совпадающее ни

с одним из имен узлов кластера;

2) в нормальной ситуации вторичный сервер не простаивает,

ожидая критического момента, а может выполнять свои при-

196 Часть III. Технологии информационного менеджмента

кладные задачи (например, являться первичным для почто-

вого сервера).

Таким образом, разделение первичный-вторичный происхо-

дит на уровне задач или групп отработки отказа (failover group), a

не на уровне собственно серверов.

Отметим еще раз, что кластерные серверы

—

это

чисто

про-

граммный

продукт,

не требующий специальных аппаратных ус-

тройств и отвечающий имеющимся стандартам.

Знание возможностей кластерных структур позволяет системно-

му менеджеру осуществлять надежное информационное управление.

8.3.

Интеграция средств визуализации и баз данных

для системного представления объектов управления

Средства визуального отображения. Современный информаци-

онный менеджмент в составе МИС использует мощные средства

визуального отображения объектов в процессах управления в со-

четании с цифровыми и текстовыми данными.

Проблема

интеграции

средств визуализации с общей инфор-

мационной базой МИС и базами данных предметных областей

—

ключевая для информационного менеджмента.

Для решения таких задач системный менеджер должен быть

знаком с возможностями современных систем визуализации баз

данных на примере совместного использования традиционных

инструментальных средств геоинформационных систем (ГИС) и

баз данных типа Оракл или Информикс. В системном менедж-

менте зачастую складываются распределенные структуры управ-

ления, действуют субъективные факторы в выборе информации

для руководства, по-разному оцениваются приоритеты в инфор-

мировании служб менеджера, поэтому, прежде чем приступать к

внедрению программ визуализации на каком-либо объекте, необ-

ходимо разработать

концепцию построения

развития визуальной

информационной системы в

службах информационного менеджмента

в масштабе предприятия. Только после этого можно решать:

• какие согласованные функции отображения объектов целе-

сообразно автоматизировать;

• какие программы покупать или разрабатывать;

• какие требования предъявлять к визуальным информацион-

ным системам (ВИС);

• как синхронизировать потоки визуальных образов.

Глава 8. Технологии информационного менеджмента

197

Сегодня рынок ВИС представляет

средства

визуализации,

обес-

печивающие возможность интеграции с приложениями самых раз-

ных уровней — от поддержки стандартных форматов данных до

использования протоколов обмена на уровне операционных сис-

тем (например, таких, как OLE, DDE, DLL, VEX и др.). Приме-

нение универсальной ВИС или специализированной прикладной

программы визуализации должно обеспечить эффективную совме-

стную работу ВИС с другими прикладными программами и сде-

лать систему визуализации максимально открытой для расшире-

ния и развития, что обеспечит технологическую независимость

пользователей от систем визуализации объектов управления.

С появлением нового поколения вычислительных систем, ос-

нованных на сетевых технологиях и 64-разрядных процессорах,

количество и сложность отображаемых объектов управления в со-

ставе МИС растет. Соответственно растет и сложность проблемы

их интеграции и эффективного использования ВИС. Вместе с тем

появляется возможность перехода от автоматизации отображения

процессов решения отдельных задач менеджмента или групп задач

к построению ВИС, ориентированных на повышение эффективно-

сти информационных обменов и системное управление в целом.

Основа таких систем

— единая база

данных,

обеспечивающая опе-

ративный доступ средств визуализации ко всей информации в ре-

жиме клиент-сервер. Визуализация объектов и процессов управ-

ления сопровождается текстами и данными.

При построении информационной системы по технологии

клиент-сервер функции работы с образами управляемых объектов

на программном уровне могут быть отделены от других задач уп-

равления.

Программные

средства

решения задач

организуются в виде

клиентских приложений, устанавливаемых на рабочих станциях.

На каждой рабочей станции можно устанавливать несколько кли-

ентских приложений для решения различных задач визуализации.

Обмен информацией между ними осуществляется через сервер.

Это позволяет нужным образом конфигурировать программы ви-

зуализации объектов управления для пользователей и делает сис-

тему

открытой

для расширения и изменений.

Для взаимодействия программ визуализации к программному

обеспечению ВИС предъявляется требование хранения всех атри-

бутивных данных образов во внешней базе данных и работа с ними

на

языке запросов SQL. Ориентированный граф иерархической вза-

имосвязи образов управляемых объектов может создаваться сред-

198 Часть III, Технологии информационного менеджмента

ствами ВИС и передаваться в виде таблиц через

ту же базу

данных в

другие приложения. Результаты запросов также предоставляются в

виде образов объекта управления и могут быть помещены в таблицы

баз данных и воспроизводиться средствами

ВИС-пршюжений.

Примером могут служить ВИС, используемые системными ме-

неджерами инженерных сетей,

где

средствами инструментальной ВИС

WinPlan создают ВИС-приложения, образы, клиенты рабочих стан-

ций менеджеров. При этом системный менеджер действует в ин-

формационных технологиях клиент-сервер, карты и схемы образов

управляемых объектов могут храниться в виде листов разных раз-

меров и масштабов на сервере или в любых других доступных уз-

лах компьютерной сети. Вся атрибутивная информация визуаль-

ного образа хранится во внешней базе данных на SQL

-сервере, на

который могут быть загружены и базы данных (Oracle, Iriformix).

Системный менеджер предприятий городских инженерных

коммуникаций, способный работать в технологии клиент-сервер,

используя мнемосхемы и диалоговые окна баз данных, может осу-

ществлять на фоне визуализации объектов управления гидравли-

ческий и тепловой расчет сетей, ведение паспортов оборудования,

учет потоков в сетях.

ВИС-технологии. Они широко используются системными ме-

неджерами и для разработки прикладных программ управления

теплоснабжением и электроснабжением, теплогидравлических

рас-

четов систем теплоснабжения и решения таких задач в пакетном

режиме. Топология тепловых сетей создавала целый ряд неудобств,

связанных с поиском ошибок и со сложностью оценки результа-

тов расчета из-за отсутствия наглядного представления инженер-

ных сетей на карте объекта района или города. В связи с этим

возникла необходимость визуализации расчетных схем тепловых

и других коммуникационных сетей, а для исключения ошибок,

связанных с заданием топологии сетей, разработаны алгоритмы

анализа потоков через связанные узлы сети. В то же время сис-

темный менеджер видит сети привязанными к местности, плану

квартала, города в виде растровой и векторной подложки (карты)

с возможностью ее графического редактирования.

Используются ВИС-комплексы, позволяющие описать любую

маркетинговую, производственную техническую систему со слож-

ной топологической и иерархической структурой, подключить

математические модели расчета разных типов сетей и визуализи-

SQL

—

язык запросов

Глава 8. Технологии информационного менеджмента 199

ровать результаты расчетов в виде графиков и текстов. За счет

визуализации процесс системного управления процессами жизне-

обеспечения существенно улучшается. С помощью ВИС решают-

ся следующие задачи системного менеджера:

•

теплоснабжения

(наладка тепловой сети, проверочный рас-

чет тепловой сети, расчет температурного графика, построе-

ние пьезометрического графика, конструкторский гидрав-

лический расчет тепловой сети, расчет теплообменных ап-

паратов, расчет и подбор элеваторов, расчет и подбор шайб,

определение объема воды при заполнении и опорожнении

тепловой сети);

•

водоснабжения

(поверочный расчет водопроводной сети, по-

строение пьезометрического графика);

•

электроснабжения

(коммутация оборудования, расчет токов

короткого замыкания, определение потерь энергии в элект-

рических сетях);

•

газоснабжения

(конструкторский расчет газопроводов низ-

кого,

среднего и высокого давления, поверочный расчет га-

зопроводов низкого, среднего и высокого давления от одно-

го и нескольких источников, построение пьезометрическо-

го графика, продольного профиля газопроводов, графика

замера потенциала «земля-труба»).

При решении такой задачи системного менеджера, как расчет

с потребителями тепловой энергии, ВИС отображает непосред-

ственную связь с задачами, решаемыми в других отделах тепло-

снабжающего предприятия: диспетчерском, режимно-технологи-

ческом, плановом и других, работающих в единой среде и на еди-

ных базах данных.

Визуализация объектов и процессов управления. При внедрении

системы визуализации необходимо согласовывать характеристики

электронных карт и образов управляемых объектов, используемых

разными менеджерами. Это особенно важно из-за больших объ-

емов данных. Пользователи-менеджеры, не имеющие опыта рабо-

ты с ВИС-приложениями, пытаются создать план-карты образов

в малом масштабе. В то же время для решения задач информаци-

онного менеджмента, например наладки тепловой сети, и для ви-

зуализации других управляемых сетей необходимо для исключе-

ния систематической ошибки иметь образы большого масштаба.

В развитии новых прикладных задач визуализации объектов

управления для информационного менеджмента взаимодействие