Основы вычислительных систем Курс лекций начало

 

8.3. Эксплуатация

 

Эксплуатация вычислительной системы (ЭВМ, комплекса или сети) состоит из технического и системотехнического обслуживания системы и использования ее по прямому назначению – для обработки данных.

Техническое обслуживание (техническая эксплуатация) – обеспечение работоспособности системы путем создания требуемых условий эксплуатации (режим электропитания, температурный и др.) и проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ. Основной показатель качества технического обслуживания – коэффициент готовности системы (компонентов), характеризующий долю 'времени, в течение которого система (компоненты) работоспособна. Увеличение коэффициента готовности системы достигается путем сокращения простоев оборудования из-за профилактических и ремонтно-восстановительных работ. На эффективность технического обслуживания наиболее существенно влияют следующие факторы:

1) условия эксплуатации системы (стабильность электропитания, температура, чистота среды и др.):

2) надежность и ремонтопригодность системы, степень совершенства средств контроля и диагностики;

3) режим обслуживания и квалификация обслуживающего персонала;

4) полнота денных о сбоях и отказах технических средств.

Для повышения эффективности технического обслуживания в системах предусматриваются средства накопления данных об ошибках, сбоях и отказах. Данные накапливаются путем регистрации состояния системы в момент ошибки, обнаруживаемой встроенными средствами контроля или программами. Регистрация данных производится операционной системой в специальном системном журнале – области накопителя на магнитных дисках. Данные из системного журнала периодически или при необходимости выводятся на печать и используются обслуживающим персоналом для выявления источников ошибок, сбоев и отказов с целью проведения профилактических и ремонтно-восстановительных работ.

Системотехническое обслуживание (системотехническая эксплуатация) – обеспечение эффективности использования системы, направленное на снижение стоимости обработки данных, повышение производительности системы, качества обслуживания пользователей и др.

Основные задачи системотехнического обслуживания:

1) выбор и адаптация операционных систем, в том числе общесистемного программного обеспечения;

2) настройка операционной системы на рабочую нагрузку – организация и выбор параметров функционирования системы, обеспечивающих требуемое качество обслуживания пользователей и максимальную производительность;

3) совершенствование конфигурации системы – состава устройства и связей между ними.

Все задачи системотехнической эксплуатации сводятся к взаимному согласованию конфигурации, режима функционирования системы и рабочей нагрузки для обеспечения требуемого качества обслуживания пользователей – организации необходимых режимов обработки данных, увеличения производительности, уменьшения времени ответа и стоимости обработки данных.

Выбор операционной системы производится исходя из конфигурации вычислительной системы (производительность процессора, ёмкость оперативной памяти, состав внешней памяти и средств ввода – вывода), потребности в режимах обработки данных (сосредоточенная, телекоммуникационная, сетевая, пакетная, диалоговая и т. д.) и основных свойств рабочей нагрузки (состав и характеристики решаемых системой задач). Операционная система адаптируется к конфигурации вычислительной системы и потребностям пользователей путем генерации варианта, который должен содержать необходимые средства управления устройствами и памятью, способы доступа к данным и обеспечивать требуемые режимы обработки данных. При этом оперативная и внешняя память разделяется на области, предоставляемые системному и прикладному программному обеспечению. В состав общесистемного программного обеспечения включаются необходимые средства автоматизации программирования, отработки символьной и графической информации, управления базами данных, телеобработки и т. д.

Полученный вариант операционной системы определяет возможные режимы функционирований вычислительной системы и обработки данных с точностью до значений параметров, устанавливающих уровень мультипрограммирования, величину кванта процессорного времени, число системных процессов ввода – вывода и другие показатели, которые задаются и изменяются в процессе эксплуатации вычислительной системы путем настройки операционной системы на действующую рабочую нагрузку.

При генерации операционной системы рабочая нагрузка может быть предсказана лишь приблизительно. К тому же она меняется во времени. Поэтому настройка операционной системы на реальную рабочую нагрузку проводится на работающей вычислительной системе и повторяется неоднократно. Цель настройки – повысить производительность системы и обеспечить требуемую оперативность обработки – необходимое время ответа. Настройка сводится к назначению параметров операционной системы: уровня мультипрограммирования, кванта процессорного времени, размеров буферов, алгоритмов планирования заданий и задач, алгоритмов управления памятью и устройствами т. д.

Необходимая для настройки операционной системы информация собирается при эксплуатации вычислительной системы с помощью системы оценки функционирования, содержащей мониторы и средства обработки измерительных данных. Функционирование вычислительной системы оценивается совокупностью следующих характеристик:

1) ресурсоемкости выполненных работ, рабочей и системной нагрузки;

2) загрузки ресурсов системы и структурной загрузки;

3) общесистемных – производительности, времени ответа и профилей процессов.

Путем анализа зарегистрированных Характеристик выявляются перегруженные и недоиспользуемые ресурсы системы и узкие места, негативно влияющие на производительность а время ответа. С помощью настроечных параметров операционной системы можно изменить уровень и структуру загрузки ресурсов профили процессов и, следовательно, производительность и время ответа. Эффект, достигаемый за счет изменения настроечных параметров, прогнозируется либо эвристически, на основе априорных представлений о степени влияния параметров на характеристики системы, либо с помощью моделей производительности.

Существенное влияние на производительность и время ответа оказывает способ размещения информации в памяти системы. Так, интенсивность обращения к внешней памяти сильно зависит от того, какие модули операционной системы объявляются резидентными и размещаются в оперативной памяти. Время доступа к накопителям на магнитных дисках существенно зависит от порядка размещения наборов данных по накопителям и в пределах каждого накопителя. С помощью мониторов определяется интенсивность обращений к каждому из накопителей (тому данных) и набору данных, а также распределение интенсивности обращений по цилиндрам накопителей. За счет перераспределения данных по томам обеспечивается равномерная загрузка внешних запоминающих устройств, а следовательно, уменьшается время доступа к внешней памяти. 3а счет перемещения наборов данных в пределах каждого тома уменьшается время доступа к накопителям [1, 18].

Систематическое проведение работ по измерению и анализу функционирования вычислительной системы и настройке операционной системы позволяет оптимизировать значения настроечных параметров. В таком случае дальнейшая настройка не может дать существенных улучшений и для повышения производительности необходимо совершенствовать конфигурацию системы: увеличивать число устройств или использовать устройства с более высокими характеристиками.

Совершенствование конфигурации вычислительной системы проводится аналогично настройке операционной системы. С помощью измерений получаются необходимые данные о функционировании вычислительной системы, в частности, данные о загрузке устройств. Если загрузка отдельных устройств или групп относительных устройств близка к предельной и настройка операционной системы не способна изменить загрузку, необходимо увеличивать число соответствующих устройств, например накопителей на магнитных дисках, каналов связи, или применять устройства с лучшими характеристиками. Для того чтобы оценить эффект, получаемый за счет совершенствования конфигурации системы, используются модели производительности, с помощью которых прогнозируются характеристики системы и выявляется оптимальный вариант развития конфигурации. Изменение конфигурация влечет необходимость проведения работ по настройке операционной системы на новую конфигурацию и рабочую нагрузку.

Возможности эволюционного развития конфигурации и совершенствования режима обработки для удовлетворения меняющихся требований могут оказаться исчерпанными. Тогда возникает необходимость в качественных изменениях – полной замене ЭВМ на более производительную или предпочтительную по другим характеристикам. Данная задача в практике систематической эксплуатации называется задачей выбора.

В строгой постановке задача выбора является сложной многопараметрической и многокритериальной задачей оптимизации, методы решения которой далеки от завершенности. Практически задача решается в условиях выбора из некоторого числа промышленно освоенных или планируемых к выпуску систем. Основу выбора составляют ресурсные оценки и опыт использования имеющихся средств.

Для выбора должны быть получены следующие данные:

1)      1)      об использовании имеющихся ресурсов задачами различных классов;

2)      2)      об использовании ресурсов для обеспечения различных режимов обработки (пакетного, оперативного)

Прогноз изменений объема и состава нагрузки, режимов обработки и требований к обслуживанию должен основываться на соответствующих организационных и технико-экономических предпосылках.

Сложность прогнозирования состоит в том, что для получения надежного прогноза необходимо располагать данными о ресурсоемкости различных классов задач и их влиянии на показатели использования ЭВМ. Для получения таких данных необходим анализ всего процесса использования ЭВМ в конкретной сфере применения. Прогноз потребностей в вычислительных ресурсах связывается с планово-экономическими данными, например с планируемым изменением объема выпускаемой продукции или объема проектных и других работ. Результаты прогнозирования должны определять требуемую интенсивность обслуживания для основных типов ресурсов (процессора и устройства ввода-вывода) по каждому классу задач и режиму обработки.

Вторым этапом выбора является сопоставление прогнозируемых потребностей в ресурсах с характеристиками потенциально возможных конфигураций. Первоначально выбирается производительность процессора, которая должна быть достаточной для обработки потока задач. Оценка производительности получается суммированием интенсивности обслуживания по различным классам задач для пакетного и оперативного режима и операционной системы. На основе полученной оценки выбирается номинальная производительность процессора.

Выбор конфигурации системы ввода-вывода состоит в определении состава периферийных устройств, включая канальное оборудование, достаточного для прогнозируемой нагрузки. Необходимо, чтобы пропускная способность ввода-вывода, главным образом дисковой памяти, соответствовала прогнозируемой интенсивности ввода-вывода с учетом ограничений на время ответа для оперативного режима.

Машиностроительное черчение, инженерная графика, начертательная геометрия. Выполнение контрольной