Оценка готовности компьютерной системы к своевременному обслуживанию запросов при его совмещении с информационным восстановлением памяти после отказов

Введение. Исследованы возможности повышения готовности резервированной компьютерной системы к своевременному выполнению запросов, критичных к задержкам обслуживания. Рассмотрен отказоустойчивый компьютерный кластер, в котором узлы представляют собой дублированные вычислительные системы, объединяющие компьютерные узлы и узлы памяти. Предположено двухэтапное восстановление узлов памяти: физическое, а затем информационное, осуществляемое с использованием ресурсов вычислительных узлов. Метод. Предложены обоснования выбора дисциплин восстановления и обслуживания потока функциональных запросов на основе марковских моделей. Предложенные модели позволяют учесть влияние разделения вычислительных ресурсов на совместное выполнение требуемых функций и на информационное восстановление памяти, реализуемое после ее физического восстановления. Выбор дисциплин обслуживания компьютерной системы направлен на достижение компромисса между стремлением увеличить коэффициент готовности и вероятностью своевременного выполнения поступающего потока функциональных запросов. Рассмотрено доказательство выбора вариантов распределения (разделения) сохраненных после отказов вычислительных ресурсов на решение функциональных запросов (требуемых функций) и информационное восстановление памяти. Основные результаты. На основе предложенных марковских моделей исследована зависимость готовности системы к своевременному выполнению запросов от вариантов распределения сохраненных в системе вычислительных ресурсов на восстановление информации в памяти и выполнение функциональных задач. Исследование проведено в зависимости от допустимого времени ожидания функциональных запросов и интенсивности трафика. Проанализировано влияние готовности системы к своевременному выполнению запросов балансировки трафика функциональных задач между работоспособными вычислительными узлами. Показано существование оптимальной доли распределения трафика между вычислительными узлами. Обсуждение. Полученные результаты могут быть использованы при обосновании выбора дисциплин обслуживания функциональных запросов и восстановления после отказов отказоустойчивых кластерных систем, критичных к задержкам выполнения функциональных запросов.

1. Shubinsky I.B., Rozenberg I.N., Papic L. Adaptive fault tolerance in real-time information systems // Reliability: Theory & Applications. 2017. V. 12. N 1(44). P. 18–25.

2. Krasnobaev V., Kuznetsov A., Kiian A., Kuznetsova K. Fault tolerance computer system structures functioning in residue classes // Proc. of the 11th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS). V. 11. 2021. P. 471–474. https://doi.org/10.1109/idaacs53288.2021.9660919

3. Tatarnikova T.M., Sikarev I.A., Bogdanov P.Y., Timochkina T.V. Botnet attack detection approach in IoT networks // Automatic Control and Computer Sciences. 2022. V. 56. N 8. P. 838–846. https://doi.org/10.3103/S0146411622080259

4. Bukhsh M., Abdullah S., Rahman A., Asghar M.N., Arshad H., Alabdulatif A. An energy-aware, highly available, and fault-tolerant method for reliable IoT systems // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 145363–14538. https://doi.org/10.1109/access.2021.3121033

5. Wu B.-H., Alexander R.N., Liu S., Zhang Z. Quantum computing with multidimensional continuous-variable cluster states in a scalable photonic platform // Physical Review Research. 2020. V. 2. N 2. P. 023138. https://doi.org/10.1103/physrevresearch.2.023138

6. Bogatyrev V.A. An interval signal method of dynamic interrupt handling with load balancing // Automatic Control and Computer Sciences. 2000. V. 34. N 6. P. 51–57.

7. Bogatyrev V.A., Bogatyrev A.V., Bogatyrev S.V. Redundant multi-path service of a flow heterogeneous in delay criticality with defined node passage paths // Journal of Physics: Conference Series. 2021. V. 1864. N 1. P. 012094. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1864/1/012094

8. Dinh T.D., Vishnevsky V., Pham V.D., Le D.T., Kirichek R., Koucheryavy A. Determination of subscribers coordinates using flying network for emergencies // Proc. of the 24th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT). 2022. P. 1309– 1318. https://doi.org/10.23919/icact53585.2022.9728777

9. Alsweity M., Muthanna A., Elgendy I.A., Koucheryavy A. Traffic management algorithm for V2X-based flying fog system // Lecture Notes in Computer Science. 2021. V. 13144. P. 32–41. https://doi.org/10.1007/978-3-030-92507-9_4

10. Stepanov N., Turlikov A., Begishev V., Koucheryavy Y., Moltchanov D.A. Accuracy assessment of user micromobility models for thz cellular systems // mmNets 2021: Proc. of the 5th ACM Workshop on Millimeter-Wave and Terahertz Networks and Sensing Systems, Part of ACM MobiCom 2021. V. 5. 2021. P. 37–42. https://doi.org/10.1145/3477081.3481676

11. Tatarnikova A.A., Turlikov A.M., Pupynin D.A. The spectral analysis of data obtained from accelerometers for musculoskeletal diseases diagnosis // Proc. of the Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). 2018. P. 8604404. https://doi.org/10.1109/weconf.2018.8604404

12. Markoval E., Moltchanov D., Pirmagomedov R., Ivanova D., Koucheryavy Y., Samouylov K. Priority-based coexistence of eMBB and URLLC traffic in industrial 5G NR deployments // Proc. of the 12th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT). 2020. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/icumt51630.2020.9222433

13. Gurjanov A.V., Korobeynikov A.G., Zharinov I.O., Zharinov O.O. Edge, fog and cloud computing in the cyber-physical systems networks // Proc. of the III International Workshop on Modeling, Information Processing and Computing (MIP: Computing-2021). 2021. P. 103–108. https://doi.org/10.47813/dnit-mip3/2021-2899-103-108

14. Korobeynikov A.G., Shukalov A.V., Zharinov I.O., Zharinov O.O. Cyber-physical and human control of technological process and equipment sensitive to failures // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. V. 839. P. 42081. https://doi.org/10.1088/1755-1315/839/4/042081

15. Astakhova T., Verzun N., Kolbanev M., Shamin A. A model for estimating energy consumption seen when nodes of ubiquitous sensor networks communicate information to each other // CEUR Workshop Proceedings. 2019. V. 2344.

16. Tatarnikova T.M., Poymanova E.D. Load management in computer networks as a tool to ensure the quality of service delivery // Proc. of the Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). 2021. P. 9470535. https://doi.org/10.1109/weconf51603.2021.9470535

17. Biryaltsev E.V., Galimov M.R., Demidov D.E., Elizarov A.M. The platform approach to research and development using highperformance computing // Program Systems: Theory and Applications. 2019. V. 10. N 2(41). P. 93–119. https://doi.org/10.25209/2079-3316-2019-10-2-93-119

18. Kazimirov A.N. Model-oriented design of a wireless sensor network // Proc. of the 2020 Global Smart Industry Conference (GloSIC). 2020. P. 391–398. https://doi.org/10.1109/glosic50886.2020.9267874

19. Rahman P.A. Advanced reliability model of the fault-tolerant disk arrays with data striping and single disk redundancy // Advances in Fault-Tolerance and Reliability Models of the Redundant Disk Arrays: Proc. of the International Scientific and Practical Conference. 2017. P. 20–25.

20. 20. Rahman P.A. Advanced reliability model of the fault-tolerant disk arrays with the Dual disk redundancy and data striping // Advances in Fault-Tolerance and Reliability Models of the Redundant Disk Arrays: Proc. of the International Scientific and Practical Conference. 2017. P. 40–49.

21. Uspenskaya N.N. Estimation of availability factor for the data storage systems based on redundant disk arrays with the backup // HighPerformance and Fault-Tolerant Computing technologies and systems: Proc. of the International Scientific and Practical Conference. 2016. P. 20–23.

22. Sharipov M.I. Simplified reliability model of the fault-tolerant disk arrays with data striping and single disk redundancy on basis of the Markov birth-death chain // Advances in Fault-Tolerance and Reliability Models of the Redundant Disk Arrays: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. 2017. P. 15–19.

23. Bogatyrev V.A., Bogatyrev S.V., Bogatyrev A.V. Reliability and timeliness of servicing requests in infocommunication systems, taking into account the physical and information recovery of redundant storage devices // Proc. of the 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT). 2022. P. 1–4. https://doi.org/10.1109/icct56057.2022.9976800

24. Bogatyrev V.A., Bogatyrev S.V., Bogatyrev A.V. Reliability of computer systems during physical and informational recovery of duplicated memory // CEUR Workshop Proceedings. 2021. V. 3057. P. 274–279.

25. Bogatyrev V.A., Derkach A.N. Evaluation of a cyber-physical computing system with migration of virtual machines during continuous computing // Computers. 2020. V. 9. N 2. P. 42. https://doi.org/10.3390/computers9020042

26. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности. СПб.: БХВ-Петербург, 2006. 702 с.