Технологии информационного менеджмента

Следует отметить, что применение широкодоступных средств повышения структурной аппаратной и программной отказоустойчивости (средства RAID, SMP, UPS и т.д.) вовсе не исключается при построении кластеров МИС, что дополнительно повышает их надежность.

Таким образом, в составе МИС кластер по несколько компьютеров, соединенных коммуникационным каналом и имеющих доступ к разделяемым общекластерным ресурсам, к которым, прежде всего, относятся дисковые накопители.

Общекластерные дисковые накопители обеспечивают возможность быстрого перезапуска приложений на разных узлах кластера и одновременной работы прикладных программ с одними и теми же данными, получаемыми с разных узлов кластера так, как если бы эти программы находились в оперативной памяти одного компьютера.

Коммуникационный канал кластера обеспечивает:

* скоординированное (непротиворечивое) использование общекластерных ресурсов;

взаимный контроль работоспособности узлов кластера;

обмен данными о конфигурации кластера и другой специфической «кластерной» информацией.

Интенсивность кластерной коммуникации зависит от степени интеграции узлов кластера и характера работающих на нем приложений МИС. В соответствии с этим варьируются и требования к коммуникационному каналу для разных типов кластеров и, следовательно, состав и стоимость дополнительного оборудования, необходимого для объединения «обычных» компьютеров в кластер. Если на разных узлах кластера выполняются разные или однотипные, но не взаимодействующие друг с другом приложения, и нет необходимости в одновременном доступе к одним и тем же дисковым накопителям, то обмен сообщениями сводится к периодической проверке работоспособности и обмену информацией об изменении конфигурации при добавлении в кластер новых узлов, перераспределении дисков. Для такого типа кластерных коммуникаций вполне подходит 10-мегабитный канал типа Ethernet. Ситуация существенно изменяется, когда требуется работа приложений на разных узлах кластера с одними и теми желанными. В этом случае необходимо обеспечивать координацию доступа к разделяемым 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 специальным механизмом -так называемым менеджером распределенных блокировок (DLM - Distributed Lock Manager). Использование механизма DLM предполагает весьма интенсивный обмен сообщениями между узлами и, соответственно, требует более высокой производительности коммуникационного канала.

В различных кластерах применяется широкий спектр коммуникационных технологий, как стандартных (Ethernet, ATM и др.), так и специализированных (DSSI, Memory Channel), что позволяет выбирать конфигурации, оптимальные по цене и производительности. Для подключения дисковых накопителей в кластерах используется шина SCSI, шина Ultra SCSI с различной пиковой скоростью передачи данных, что обеспечивает минимальную стоимость 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 высокопроизводительной общей шиной. Серверы, входящие в кластер, не обязательно должны иметь идентичную конфигурацию. В то же время существует «гомогенность» - однородность типа процессоров. При установлении кластерного программного обеспечения часто не требуется применения каких-либо нестандартных аппаратных устройств или специальных версий операционных систем.

Кластерная структура сервера организована так, чтобы уберечь развитые информационные и вычислительные комплексы от потери данных в результате сбоев питания, процессора, дисков. Временная неработоспособность компьютерного центра МИС, пусть даже не связанная с потерей данных, может привести к значительным убыткам. Высокая стоимость одного «простаивающего» сервера, включенного в состав систем резервирования, делает необходимыми кластерные технологии.

«Эталонные» кластеры обладают следующими свойствами.

Высокая надежность системных ресурсов. Процессы с отказавшей машины «подхватываются» и продолжают обрабатываться другими машинами (отработка отказа -- failovcr) с целью обеспечения непрерывной работы пользователей и приложений.

Эффективная масштабируемость. В кластер могут добавляться дополнительные компьютеры, что является высокоэффективным и экономичным путем повышения производительности информационных систем.

Уменьшение затрат на обслуживание системы. Кластерная технология позволяет упростить управление большим количеством компьютеров, уменьшить затраты на резервное копирование и репликацию данных, а также предоставить доступ к некоторым периферийным устройствам большему количеству пользователей.

С точки зрения пользователя (клиента), кластер выглядит как единый сервер. Этот «сервер» имеет свое собственное имя (кластерное имя -cluster alias), с которым и работают пользователи. Более того, они могут даже не знать подлинные имена серверов, составляющих кластер.

В кластерах применяется логика объектов и групп. Объектом в кластере могут являться собственно серверы, кластерные диски, файловые сервисы, кластерные приложения и т.д. Эти объекты объединяются в группы, которые называются группами отработки отказа (failover group). В группе содержится информация о том, какой из узлов кластера является первичным для данной группы, и что нужно делать в случае его сбоя. Для приложения назначаются сценарии отработки отказа (failover script), которые обеспечат его перезапуск. Эти сценарии могут содержать любые дополнительные команды, например, 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 системы, которые использует как сервер баз данных. Вначале на обоих узлах кластера устанавливается соответствующее программное обеспечение, настроенное таким образом, что данные хранятся на диске (или дисках), расположенном в выносной стойке и, соответственно, доступном обоим узлам кластера. Затем назначается первичный сервер. В нормальной ситуации, когда оба сервера работают, все запросы, связанные с базой данных, будет выполнять первичный сервер. В случае его сбоя (отказ питания, процессора, памяти и т.д.), вторичный сервер автоматически примет на себя выполнение его задач и, в частности, обработку запросов к базе данных - произойдет отработка отказа (failover). После возвращения первичного сервера «в строй» автоматически произойдет обратный переход (fallback) -возвращение первичному серверу его задач. Важным здесь являются два аспекта. Во-первых, внешние клиенты всегда обращаются к кластеру, как к единой системе, используя кластерное имя, не совпадающее ни с одним из имен узлов кластера. Во-вторых, в нормальной ситуации вторичный сервер не простаивает, ожидая критического момента, а может выполнять свои прикладные задачи (например, являться первичным для почтового сервера). Таким образом, разделение «первичный-вторичный» происходит на уровне задач или групп отработки отказа -failover group), а не на уровне собственно серверов.

Отмстим еще раз, что кластерные серверы - это чисто программный продукт, не требующий специальных аппаратных устройств и отвечающий имеющимся стандартам.

Знание возможностей кластерных структур позволяет системному менеджеру осуществлять падежное информационное управление.

4. Интеграция средств  визуализации и баз данных  для системного представления  объектов управления

Современный информационный менеджмент в составе МИС использует мощные средства визуального отображения объектов в процессах управления в сочетании с цифровыми и текстовыми данными.

Проблема интеграции средств визуализации с общей информационной базой МИС и базами данных предметных областей является ключевой 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 менеджменте зачастую складываются распределенные структуры управления, действуют субъективные факторы в выборе информации для руководства, по-разному оцениваются приоритеты в информировании служб менеджера. Поэтому, прежде чем приступать к внедрению программ визуализации на каком-либо объекте, необходимо разработать концепцию построения и развития визуальной информационной системы в службах информационного менеджмента в масштабе предприятия. Только после этого можно решать, какие согласованные функции отображения объектов целесообразно автоматизировать, какие программы покупать или разрабатывать, какие требования предъявлять к визуальным информационным системам (ВИС), как синхронизировать потоки визуальных образов.

Сегодня рынок ВИС представляет средства визуализации, которые обеспечиваю!' возможность интеграции с приложениями самых разных уровней - от поддержки стандартных форматов данных до использования протоколов обмена на уровне операционных систем (например, таких, как OLE, DDE, DLL, VEX и др.). Применение универсальной ВИС или специализированной прикладной программы визуализации должно обеспечить эффективную совместную работу ВИС с другими прикладными программами и сделать систему визуализации максимально открытой для расширения и развития, что обеспечит технологическую независимость пользователей от систем визуализации объектов управления.

С появлением нового поколения вычислительных систем, основанных на сетевых технологиях и 64-разрядных процессорах, количество и сложность отображаемых объектов управления в составе 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 эффективности информационных обменов и системное управление в целом. Основой таких систем является единая база данных, которая обеспечивает оперативный доступ средств визуализации ко всей информации в режиме клиент-сервер. Визуализация объектов и процессов управления 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 управления. Программные средства решения задач организуется и виде клиентских приложений, которые устанавливаются на рабочих станциях. На каждой рабочей станции можно устанавливать несколько клиентских приложений для решения различных задач визуализации. Обмен информацией между ними осуществляется через сервер. Это позволяет нужным образом конфигурировать программы визуализации объектов управления для пользователей и делает систему открытой для расширения и изменений.

Для взаимодействия программ визуализации к программному обеспечению ВИС предъявляется требование хранения всех атрибутивных данных образов во внешней базе данных и работа с ними на языке запросов SQL. Ориентированный граф иерархической взаимосвязи образов управляемых объектов может создаваться средствами ВИС и передаваться в виде таблиц через ту же базу данных в другие приложения. Результаты запросов также предоставляются в виде образов объекта управления и могуч быть помещены в таблицы баз данных и воспроизводиться средствами ВИС- приложений.

Примером могут служить ВИС, используемые системными менеджерами инженерных сетей, где средствами инструментальной ВИС WinPlan создают ВИС-приложения, образы, клиенты рабочих станций менеджеров. При этом системный менеджер действует в информационных технологиях клиент-сервер, карты и схемы образов управляемых объектов могут храниться в виде листов разных размеров и масштабов на сервере или в любых других доступных узлах компьютерной сети. Вся атрибутивная информация визуального образа хранится во внешней базе данных на SQL-сервере, на который могут быть загружены и базы данных (Oracle, Informix).

Системный менеджер предприятий городских инженерных коммуникаций, способный работать в технологии клиент-сервер, используя мнемосхемы и диалоговые окна баз данных, может осуществлять на фоне визуализации объектов управления гидравлический и тепловой расчет сетей, ведение паспортов оборудования, учет потоков в сетях.

ВИС-технологии широко используются системными менеджерами и для разработки прикладных программ управления теплоснабжением и электроснабжением, тепло-гидравлических расчетов систем теплоснабжения и решения таких задач в пакетном режиме. Топология тепловых сетей создавала целый ряд неудобств, связанных с поиском ошибок и со сложностью оценки результатов расчета из-за отсутствия наглядного представления инженерных 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 системный 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 сложной топологической и иерархической структурой, подключить математические модели расчета разных типов сетей и визуализировать результаты расчетов в виде графиков и текстов. За счет визуализации процесс системного управления процессами жизнеобеспечения существенно улучшается. С помощью ВИС' решаются следующие задачи системного менеджера:

теплоснабжения (наладка тепловой сети, проверочный расчет тепловой сети, расчет температурного графика, построение пьезометрического графика, конструкторский гидравлический расчет тепловой сети, расчет теплообменных аппаратов, расчет и подбор элеваторов, расчет и подбор шайб, определение объема воды при заполнении и опорожнении тепловой сети);

водоснабжения (поверочный расчет водопроводной сети, построение пьезометрического графика);

электроснабжения (коммутация оборудования, расчет токов короткого замыкания, определение потерь энергии в электрических сетях);

-газоснабжения (конструкторский  расчет газопроводов низкого, среднего  и высокого давления, поверочный  расчет газопроводов низкого, среднего  и высокого давления от одного  и нескольких источников, построение  пьезометрического графика, продольного  профиля газопроводов, графика замера  потенциала «земля-труба»).

При решении такой задачи системного менеджера как «расчет с потребителями тепловой энергии» ВИС отображает непосредственную связь с задачами, решаемыми в других отделах теплоснабжающего предприятия: диспетчерском, режимно-технологическом, плановом и других, работающих в единой среде и на единых базах данных.