Содержание к диссертации
Введение 4
1 .Моделирование программной архитектуры и транзакций на
архитектурном уровне 10
1.1 Моделирование программной архитектуры 10
Определение программной архитектуры 10
Цели использования программной архитектуры 14
Связь внешней среды и программной архитектуры 20
Структуры программных средств 22
Процесс разработки и программная архитектура 26
Связанные направления 30
1.2 Моделирование транзакций на архитектурном уровне
проектирования программных средств 37
Транзакционная структура (ТС) 39
Описание транзакционной структуры на UML 56
1.3 Выводы 75
2. Транзакции в АСУИО 77
2.1 Транзакции и целостность баз данных 77
Пример нарушения целостности базы 78
Понятие транзакции 79
Ограничения целостности 81
Классификация ограничений целостности 83
Классификация ограничений целостности по способам реализации 83
Классификация ограничений целостности по времени проверки...87
Классификация ограничений целостности по области действия....87
Ограничения домена 88
Ограничения атрибута 88
Ограничения кортежа 89
Ограничения отношения 93
Ограничения базы данных 95
Реализация декларативных ограничений целостности средствами SQL 96
Синтаксис операторов SQL, использующих ограничения 104
2.2 Транзакции и восстановление данных 110
Индивидуальный откат транзакции 114
Восстановление после мягкого сбоя 115
Восстановление после жесткого сбоя 118
2.3 Выводы 119
3. Многоверсионность данных и управление параллельными
транзакциями 121
Транзакции и параллелизм 121
Временные метки 132
3.3 Многоверсионный вариант двухфазного протокола
синхронизации 134
3.4 Многоверсионный протокол для транзакций,
не изменяющих данные 137
MVSG-планировщики 138
Проблемы реализации версионных алгоритмов 141
Выводы 143
4. Модель оценки транзакционной надёжности программного обеспечения
вАСУИО 145
Описание модели оценки транзакционной надёжности 145
Программная реализация системы моделыю-алгоритмической поддержки анализа транзакционной
надежности программных средств 152
4.3 Примеры решения задач и анализ результатов 154
4.4 Выводы 159
Заключение 161
Список использованной литературы 163
Введение к работе
Актуальность работы. Проектирование современных систем обработки информации и управления предъявляет высокие требования по надежности к программным средствам. Существует ряд критичных областей науки и промышленности, где невыполнение этого требования и, как следствие, сбой работы системы управления может повлечь за собой значительные экономические потери в рамках как предприятия, так и целого региона. Такими областями являются банковская система, финансовые организации, космос, подводные и подземные исследования, атомная промышленность, химическое производство, прогнозирование и т.д. Поэтому одной из основных задач проектировщиков становится создание таких систем обработки информации и управления, которые обеспечивали бы устойчивость системы к программным и аппаратным сбоям. Для обеспечения надежности таких систем предложено множество подходов, включая организационные методы разработки, различные технологии и технологические программные средства, что требует, очевидно, привлечения значительных ресурсов. Однако отсутствие общепризнанных критериев надежности не позволяет ответить на вопрос, насколько надежнее становится система при соблюдении предлагаемых процедур и технологий и в какой степени оправданы затраты. Таким образом, приоритет задачи оценки надежности должен быть выше приоритета задачи ее обеспечения, чего на самом деле не наблюдается.
При разработке ответственных проектов, их создатели стараются в той или иной степени получить оценку надежности программного обеспечения, как правило, на основе результатов конечных испытаний. Современное программное обеспечение, применяемое в сложных информационных системах, использует при работе колоссальный объем данных, проходящих через стандартные модули и функции. Поэтому, выявить все связи и пути обработки информации, даже для достаточно несложной программы,
практически невозможно. Исходя из этого, детализация элементов расчета надежности (условно называемых программными модулями) должна ограничиваться законченными программными образованиями, которые, взаимодействуя между собой, составляют более сложное объединение, операционная (транзакционная) надежность которого нас интересует.
В настоящее время транзакционная обработка информации становится одним из важнейших аспектов, определяющих корректность производимых вычислений и целостность данных, а следовательно, и характеристики качества программных средств, используемых в системах управления и обработки информации. Большое количество и постоянно возрастающая сложность программных средств, предусматривающих транзакционную обработку информации, требуют повышенного внимания к моделированию транзакций на протяжении всего процесса разработки. Реализуемая в программном средстве модель транзакционных вычислений, по сути, определяет, будет ли данное программное средство находиться в целостном состоянии и поддерживать требуемый уровень надежности системы.
Целью настоящего диссертационного исследования является
решение следующей научно-технической проблемы: создание моделей и
алгоритмов управления параллельными транзакциями на основе
многоверсионности данных и анализа транзакционной надежности
программного обеспечения, применяемого в системах обработки
информации и управления. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ существующих архитектурных структур программного обеспечеия систем обработки информации и управления;
формирование и исследование модели транзакционной структуры программного обеспечения в системах обработки информации и управления;
разработка алгоритмов управления параллельными транзакциями в многопользовательских системах обработки информации и управления ;
разработка модели анализа транзакционнои надёжности программного обеспечения систем обработки информации и управления, работающей на этапе их полного тестирования;
разработка и реализация системы модельно-алгоритмической поддержки анализа транзакционнои надежности программных средств систем обработки информации и управления;
применение системы при реализации реальных проектов разработки программных средств систем ERP-класса.
Методы исследования. При выполнении работы использовались математическое и вероятностное моделирование параметров сложных систем, методы оценки надежности сложных систем, элементы теории вероятностей, объектно-ориентированный анализ, теория надежности программного обеспечения.
Научная новизна работы:
На основе архитектурного анализа программного обеспечения в системах обработки информации и управления выделена транзакционная структура, анализ и моделирование которой позволяет определить целостность состояния и требуемый уровень надежности программного средства, а так же повысить эффективность обработки информации.
В рамках транзакционнои структуры программного обеспечения многопользовательских ERP-систем обработки информации и управления впервые предложены и реализованы алгоритмы управления параллельными транзакциями на основе многоверсионности данных, позволившие обосновать уровень избыточности информационного обеспечения и повысить эффективность восстановления данных.
Предложены новые модель и алгоритм расчёта транзакционнои надёжности программных средств, используемых в системах управления и обработки информации.
4. Осуществлена программная реализация системы модельно-алгоритмическои поддержки анализа транзакционной надежности программных средств на фазе полного тестирования системы.
Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей, методов и алгоритмов, направленных на эффективный анализ транзакционной надёжности программных средств в системах обработки информации и управления.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации система модельно-алгоритмическои поддержки позволяет оценить транзакционную надежность программных средств в системах обработки информации и управления ERP-класса на примере MBS Axapta, выявить критичные по надежности операционные профили системы, влияющие на надежность функционирвоания системы в целом.
Достоверность полученных результатов подтверждается
тестированием и оценкой результатов применения разработанной системы в реальных проектах, а также согласованностью расчетных и экспериментальных данных.
Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнялась по проектам межотраслевых программ Минобразования России и Минатома России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» (проект VII-12), а также в рамках тематического плана НИИ СУВПТ (2003-2006 гг.).
При использовании системы модельно-алгоритмическои поддержки анализа транзакционной надежности программных средств был реализован модуль «Модель оценки надежности» системы Microsoft Business Solutions-Axapta, используемый в ООО «Торговая фирма ФОРС».
Разработанная на основе формальных моделей и алгоритмов
программная система анализа транзакционной надёжности
автоматизированных систем управления и обработки информации прошла
экспертизу и зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (№ гос. регистрации 50200500696, 50200500525, 50200500391), что делает её доступной широкому кругу специалистов по системному анализу, надёжностному моделированию и оптимизации сложных информационно-управляющих систем.
На защиту выносятся:
- Модель транзакционной структуры на этапе архитектурного
моделирования программных средств в системах обработки информации и
управления.
Алгоритмы управления параллельными транзакциями, основанные на многоверсионности данных в многопользовательских системах обработки информации и управления.
Модель и алгоритм оценки транзакционной надежности объектно-ориентированного программного обеспечения систем обработки информации и управления.
Система модельно-алгоритмической поддержки оценки транзакционной надежности программных средств систем обработки информации и управления.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли апробацию на всероссийских конференциях, научных семинарах и научно-практических конференциях. В том числе: на Всеросийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование» (Томск, 2004), на 48-й научно-технической конференции преподавателей, аспирантов и студентов Красноярского государственного технического университета (Красноярск, 2006), на Пленарном заседании Второй Всероссийской конференции «Молодежь и наука: начало 21-го века», посвященной 50-летию КГТУ (Красноярск, 2006), на 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Недра Кузбасса. Инновации» (Кемерово, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Полный список публикаций представлен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.
Похожие диссертации на Модельно-алгоритмическая поддержка анализа транзакционной надежности в системах обработки информации и управления
