NEU-2003

Перспективным подходом к обеспечению отказоустойчивости мультипроцессорных систем является создание и интегрирование в систему активных сред самоорганизации, обеспечивающих оперативное репродуцирование логической структуры при отказах отдельных процессорных элементов путем переразмещения программных модулей на множестве работоспособных процессоров. Нерешенной проблемой проектирования сред репродуцирования остается недостаточно высокая способность к коррекции ошибок высокой кратности. С целью повышения корректирующей способности отказоустойчивого мультипроцессора в настоящей работе предлагается новая клеточная среда репродуцирования, оперативно учитывающая способность каждого узла сети к восстановлению функций для текущей отказовой ситуации.

Структура мультипроцессора с отказами и гибким размещением резервных элементов в процессе репродуцирования представляется ориентированной графовой решеткой (V, ) (V - элементы сети, — физические связи между ними) из M´N узлов (вершин). Расстояние между соседними вершинами по всем k Î {1,2,3,4}, (1 —вправо, 2 —вверх, 3 —вниз, 4 — влево) направлениям постоянно и равно шагу решетки d. Вершины V графа мультипроцессора отмечаются весом (, ), где описывает состояние элемента (отказ/нет), а его настройку на основную или резервную функцию. Веса дуг определяются спецификой алгоритма репродуцирования.

Для описания способности каждого узла многопроцессорной системы к репродуцированию своих функций в условиях многократных отказов в настоящей работе введено новое понятие живучести программного модуля узла , под которым понимается число альтернативных направлений достижимости резерва. Малые значения позволяют выделять узлы с повышенным риском фатального отказа и исключать блокировку репродуцирования их функций при возникновении конфликтов программопереноса.

На базе введенного понятия были сформулированы новые принципы надежного репродуцирования логической структуры мультипроцессора, разработан клеточный алгоритм репродуцирования и спроектирована структурно-функциональная организация ячейки среды высоконадежного репродуцирования.

Структура ячейки среды репродуцирования (рис.1,а) включает блок вычисления функций достижимости резерва и блок вычисления функций живучести узлов и коррекции направлений репродуцирования . Переменные , введены для выделения направлений рационального репродуцирования и расположения узлов с минимальной живучестью. Результат работы среды репродуцирования представлен решеткой (рис.1,б) с перенастроенными на новые программные модули работоспособными узлами.

а)	б)

Рис.1. Структура ячейки репродуцирования (а) и результат восстановления мультипроцессора (б)

Моделирование разработанного алгоритма показало, что использование характеристики живучести значительно повысило корректирующую способность клеточного алгоритма при относительно малом увеличении средней длины маршрута перенастройки.

Ниже представлены результаты моделирования разработанного алгоритма и известного алгоритма восстановления, использующего значения длин маршрутов в качестве критерия выбора направления приема программного модуля. Для 10000 опытов в решетке с фиксированным размещением семи резервных элементов и случайным распределением такого же количества отказов получены следующие характеристики (табл.1).

Таблица 1

Характеристики алгоритма репродуцирования	Критерий выбора направления
	живучесть	длина маршрута
Корректирующая способность	0.9889	0.5659
Время работы	31.4310	35.4042
Длина маршрута	4.2599	4.0865

Полученные результаты применимы в отказоустойчивых системах, корректирующая способность и время восстановления которых является критическим фактором в эксплуатации.

Литература

1. Колосков В.А., Медведева М.В. Построение клеточных алгоритмов самоорганизации мультимикроконтроллеров с программируемым резервом // Автоматика и телемеханика. 2002. №1. с.161 – 172.