Офис как типовой центр обработки информации

6.1.1. Решение задач с использованием автоматизированного
рабочего места работника офиса

Современный офис строится с использованием новейших ИТ, основу которых составляют рабочие станции, серверы и другая компьютерная техника, объединенные в сеть, реализующие распределенную обработку данных по технологии клиент-сервер и обеспечивающие дружественный интерфейс на каждом автоматизированном рабочем месте (АРМ) с учетом профессиональной ориентации его пользователя, такой офис с полным правом можно называть типовым электронным офисом.

АРМ работника типового офиса – это персональный компьютер (рабочая станция), оснащенный профессионально ориентированными инструментальными средствами и размещенный непосредственно на рабочем месте. Он выполняет обобщающие функции: разработку всевозможных документов, проведение различных расчетов, решение аналитических, прогнозных и многих других экономико-математических задач. Распространено и такое определение [20]: АРМ – это совокупность информационно-программно-технических ресурсов, обеспечивающих конечному пользователю обработку данных и автоматизацию управленческих функций в конкретной предметной области.

По степени сложности решаемые в офисе задачи подразделяются:

на простые, полностью формализованные задачи – учет, контроль, оформление документов, их тиражирование и рассылка; они решаются техническими работниками на автоматизированных рабочих местах (АРМ): бухучет, подготовка производства, склад;

слабо структурированные задачи с неизвестными и слабоизмеряемыми параметрами, решаемые на основе теории нечетных множеств; они решаются специалистами;

не формализуемые процедуры, базирующиеся на неструктурированной информации с высокой степенью неопределенности. Их решения часто основаны на опыте, интуиции руководителя.

Соответственно этому, используя в качестве классификационного критерия организационную структуру управления офиса, выделяют АРМ технического работника, информационного работника (специалиста) и руководителя.

Один из основных показателей качества работы офиса – его продуктивность (количество и объем обработанной информации, безошибочность). Офис вырабатывает два вида продукции: информацию (данные, документы и т.п.) и решения (оперативные, стратегические и т.п.). К первому виду относится продукция финансово-бухгалтерских отделов, издательств, рекламных агентств, ко второму – продукция диспетчерских служб, контор сбыта, дирекций и т.п.

Инженерные подразделения, отделы кадров и снабжения вырабатывают оба вида продукции.

 

6.1.2. Выбор и обоснование оборудования

и требуемых характеристик АРМ

Экономичность и эффективность функционирования ИС определяются главным образом распределением задач обработки данных между клиентами и сервером и способностью последнего быстро обрабатывать запросы.

Быстродействие памяти, в первую очередь дисковой, должно быть согласовано с быстродействием процессоров за счет такой организации размещения и перемещения информации в пределах иерархии памяти, чтобы к моменту запроса необходимые для обработки данные находились на уровне, наиболее близко расположенном к процессору, вплоть до кеш-памяти. Этим определяется приспособленность сервера к обработке запросов, а также тем, насколько позволяет операционная система сервера организовать доступ процессора к нужным блокам в определенные моменты времени с целью уменьшения задержек из-за ограниченной скорости вращения дисков. Лучшие характеристики будет иметь сервер с сетевой операционной системой, поддерживающей «пакетный режим», так как при этом большинство пакетов может передаваться без подтверждения правильности приема каждого пакета. При этом эффект достигается тем больше, чем больше величина передаваемых файлов и чем полнее используется в сервере кеш-память. С целью увеличения реальной скорости передачи с учетом поиска информации следует организовывать обработку запросов так, чтобы длина запрашиваемой записи приближалась к емкости дорожки диска.

 

6.1.3. Выбор архитектурных решений построения сети в типовом офисе

В настоящее время считается общепризнанной необходимость использования в корпоративных сетях централизованных высоко производительных серверов, оптимизируемых в части дисковых систем и устройств ввода/вывода в зависимости от приложений, на которые они рассчитаны. Централизованные серверы оказывают огромное влияние на вид трафика, принимая информацию от всех рабочих групп (клиентов) и перегружая магистральную сеть. Для снижения перегрузки в ней широко применяют коммутирующие концентраторы, реализующие технологию коммутации. Расширение сети при этом достигается простым добавлением коммутаторов или новых портов, а также комбинированием технологии коммутации с новыми высокоскоростными технологиями. Для увеличения пропускной способности магистрали сервера обычно используют коммутаторы класса 1, которые могут быть автономными или интегрированными в концентратор, имеют низкую стоимость, высокую производительность, малое число портов (один высокоскоростной вход со скоростью обмена 100 Мбит/с и несколько входов, ориентированных на сеть Ethernet со скоростью обмена 10 Мбит/с).

В сети клиент-сервер с использованием коммутирующих концентраторов между Ethernet и магистральной сетью (FDDI) возникают задержки из-за коммутации, которые следует учитывать при оценке серверов и ИС в целом. Максимальная задержка в коммутирующей матрице (в предположении, что рабочий режим пакетной коммутации допускает контроль ошибок, управление потоками информации, фильтрацию пакетов и т.д.) вычисляется для пакета средней длины, который в сетях типа Ethernet со средним трафиком равен 1100 байт. Это означает, что среднее время задержки в коммутаторе, равное средней длине пакета в битах, деленной на скорость передачи в линии, составляет менее одной миллисекунды.

Кроме этого требуется время на обработку пакета, обычно около 0,025 мс. Таким образом, средняя задержка в коммутирующей матрице в данном случае будет около одной миллисекунды, а полная задержка с учетом ожидания в очереди к серверу будет немного превышать 1 мс, если загрузка отдельных сегментов сети не превышает 25 %. Если же загрузка выше, то время ожидания в очереди ω может заметно возрасти в соответствии с формулой [16]

_M

ω=(Σr_i ν_i)/(1-R),

ⁱ⁼¹

где r_i – загрузка потоком заявок i-го типа; ν_i – среднее время обслуживания одной заявки i-го типа; R – общая загрузка; М – количество обслуживаемых заявок.

Наибольшая производительность сервера может быть достигнута при таком трафике, когда сервер еще не вошел в область высоких перегрузок (с коэффициентом загрузки > 0,8) и когда интенсивность поступления заявок на обслуживание становится ~ равной пропускной способности сервера с учетом среднего времени ответа Т (V=1/T). При дальнейшем увеличении интенсивности трафика среднее время ожидания заявок начинает возрастать более резко, а фактическая производительность обработки документов и запросов уменьшаться.

Существенное повышение эффективности и экономичности ИС достигается за счет использования «многоэтажной» архитектуры сети, когда клиенты замыкаются на низкоскоростные концентраторы (10 Мбит/с), а те в свою очередь – на коммутирующую матрицу высокоскоростного коммутатора (100 Мбит/с). При этом пропускная способность сети может составлять до 260 Мбит/с, тогда как при «плоской» архитектуре она ограничивается пропускной способностью каналов магистральной сети 100 Мбит. При дальнейшем увеличении интенсивности трафика среднее время ожидания заявок начинает возрастать более резко, а фактическая производительность обработки документов и запросов уменьшаться.

 

6.1.4. Выбор сервера и оценка требуемых характеристик

Время ответа на запрос в «плоских» сетях без использования коммутирующих концентраторов составляет величину от 0,1 до 0,5 мс, т.е. увеличение задержки в сети с «многоэтажной» структурой концентраторов, включающих и коммутирующие матрицы, составляет 20 – 50 %. Но преимущества при этом получаются весьма существенные. Во-первых, суммарная пропускная способность такой «многоэтажной» конфигурации (когда клиенты замыкаются на менее скоростные концентраторы типа 10BASE - T, а те в свою очередь – на коммутирующую матрицу высокоскоростного концентратора) намного больше, так как обмен между клиентами не мешает обмену с центральными серверами. Так, суммарная пропускная способность сети с коммутирующим концентратором, поддерживающим 16 портов Ethernet и один порт высокоскоростной магистрали, составляет от 300 до 600 Мбит/с в зависимости от типа трафика, тогда как при «плоской» архитектуре она ограничивается пропускной способностью каналов магистральной сети 100 Мбит/с. Кроме того, модульный коммутирующий концентратор позволяет наращивать производительность сети простым добавлением коммутирующих портов Ethernet и FDDI.

Задержки в сети зависят также от числа переприемов в транзитных устройствах. Поэтому с целью их уменьшения надо стремиться сделать как можно короче пути от пользователей к серверам, доводя число транзитных устройств до двух. Наиболее эффективной может быть сеть, построенная на основе технологии коммутации и преобразования скоростей, когда скорость передачи на рабочих станциях составляет 10 Мбит/с, а на серверах – 100 Мбит/с. При этом важную задачу представляет выбор рациональной величины пропускной способности каналов сети, обеспечивающей задержки, не превышающие заданных значений и в то же время не слишком избыточные.

Среднее время задержки сети в i-м канале

,

где – интенсивность потока сообщений в i-канале на входе коммутирующего концентратора, (1/с); – интенсивность длины сообщения, (1/бит); – интенсивность пропускания сообщений.

При общей интенсивности поступлений сообщений в систему среднее время задержки одного сообщения в сети

, ,

где N – количество низкоскоростных коммутаторов, на которые непосредственно замыкаются клиенты.

Обычно ставится задача определить такую пропускную способность каналов, которая бы обеспечивала минимальную среднюю задержку в сети при заданной общей пропускной способности магистральной сети или минимизировала общую пропускную способность сети при ограничении на задержку в сети .

Задача решается методом неопределенных множителей Лангранжа. В первой постановке решение задачи сводится к выражениям

где – коэффициент загрузки сети.

После несложных преобразований и подстановок получаем выражение

.

Во второй постановке получаем

;

.

В общем случае следует учитывать, что реальные пропускные способности каналов ограничиваются стандартным рядом 200, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 бит/с. Поэтому полученные значения С_iопт должны быть округлены до ближайших значений ряда и затем уточнены значения .

Оценки на разработанных моделях в части функционирования серверов показывают сильную зависимость времени ответа как от потенциальных возможностей сервера, определяемых быстродействием его вычислительных ресурсов (процессора, оперативной и дисковой памяти, системы ввода-вывода и обмена), так и от величины интенсивности трафика и загрузки основных устройств сервера и в первую очередь дисковой памяти как наиболее медленной.

 

6.1.5. Выбор характеристик дисковой памяти

Современные винчестеры имеют объем памяти от 18 Гб и выше. Среднее время доступа примерно 8 мс, вращение диска до 10000 об/мин. Максимальная скорость передачи для скази-интерфейсов до 33 Мб/с, а внутренняя скорость передачи 100 – 160 Мб/с.

Оценку и выбор требуемых характеристик дисковой памяти осуществляют с учетом следующих факторов и зависимостей:

1) процесс обращения к некоторой записи на диске сводится к выполнению 3 последовательных операций: установка головок чтения-записи на нужный цилиндр со средним временем Т_у; поиск записи на дорожке со средним временем Т_пз; передача данных со средним временем Т _пд;

2) средняя скорость передачи

V_пд = b/Т,

где b – средняя длина запрашиваемой записи; Т = Т_у + Т_пз + Т_пд – среднее время обслуживания в дисковой памяти; Т_пд = τ / Q_дор / b, где емкость дорожки Q_дор = Q_цил / N _гол, емкость цилиндра Q_цил = Q_диска/N_цил;

3) среднее время доступа

Т _дост =Т_у + Т _пз, Т_у ≈ Т_пз ≈ τ/2,

где τ = 1/ N_обор – среднее время одного оборота диска; N_обор – количество оборотов диска в секунду;

4) скорость передачи данных без учета поиска информации:

Т_{пд макс}=Q_дор /τ.

Эффект от расширения оперативной памяти и использования ее в качестве локальной базы данных сервера тем выше, чем меньше скорость дисковой памяти по сравнению с оперативной и чем больше в абсолютном измерении скорость оперативной памяти.

Понятие производительности дисковой памяти включает в себя два аспекта: среднюю скорость передачи данных (обмена данными винчестера с системой) и среднее время доступа. Первый из них в значительной мере определяется интерфейсом накопителя, плотностью записи информации, а также скоростью вращения дисков, второй – скоростью вращения дисков и применяемым способом установки блока головок на нужный цилиндр.

Из наиболее распространенных типов интерфейса (EIDE, SCSI, IPI) для серверов предпочтителен быстрый интерфейс SCSI, который обеспечивает не только большую скорость передачи данных (160 Мб/с – для Ultra Wide SCSI), но и возможность подключения к компьютеру большего количества внешних устройств (больше 7). Преимущества SCSI перед EIDE проявляются особенно при работе с многозадачной ОС, управляющей серверами локальных сетей, а также мощными настольными компьютерами, поскольку SCSI – контролер способен обрабатывать задания от центрального процессора самостоятельно, не загружая последнего. Из двух составляющих второго аспекта проблемы повышения производительности дисковой системы основные усилия в ее решении в последние годы направлялись не на повышение скорости вращения дисков, которая возросла с 5400 до 10000 об/мин и даже 15000 об/мин, а на уменьшение времени доступа за счет совершенствования способов установок блоков головок записи – чтения (пошаговое перемещение или перемещение линейным электромагнитным приводом).

Последний способ, все чаще применяемый в настоящее время, более выгоден с точки зрения оперативности доступа. В современных дисковых системах достигнуто среднее время доступа 5,0¸10 мс, тогда как время доступа в оперативной памяти < 10 нс.

Ощутимый эффект от использования расширенной оперативной памяти достигается при больших значениях коэффициента ее расслоения в многопроцессорном сервере и значительном превышении быстродействия оперативной памяти быстродействия дисковой (в 100 и более раз). Более существенного роста системной производительности сервера можно добиться при одновременном использовании рассмотренного выше способа, усиленного дополнительным введением в процессор сверхоперативной памяти, и расслоения оперативной памяти.

Следует, однако, иметь в виду, что заявляемые высокие характеристики скорости передачи данных относятся зачастую к пиковым значениям скорости, а в реальных приложениях при случайном выборе информации, с учетом времени, затрачиваемого на ее поиск, производительность снижается более чем в два раза и составляет 15¸20 Мб/с. Использование архитектуры RAID (Redundant Array of Independent Disks) позволяет повысить эту скорость в 1,5 – 2 раза, доведя ее до 25¸40 Мб/с.