Программное обеспечение и его разработка

Фокс Джозеф М.

Вторая причина состоит в возможности обеспечить безболезненный рост, не требуя дополнительного пространства, не срывая работ, мы получаем возможность увеличивать вычислительную мощность, убирая один из ЦП и заменяя его другим, более мощным и совместимым по программному обеспечению.

Третья причина заключается в необходимости обеспечить бесперебойную работу. Не просто защиту от отказов, а именно бесперебойную работу. Простая защита от отказов приводит к тому, что для каждого критичного устройства в систему включается еще одно резервное, и если происходит отказ, то к линии подключается резерв, а работа продолжается. Бесперебойная работа подразумевает наличие нескольких способов обработки кризисных ситуаций, используя в качестве

резерва несколько ЦП и блоков памяти и исключая из системы после каждого очередного отказа некоторую часть выполняемых ею функций. Аппаратура для бесперебойной работы проще, а вот программное обеспечение построить для нее практически невозможно. Количество комбинаций возможных в системе отказов очень быстро становится огромным. Обработать программными средствами один отказ в памяти не очень сложно, но, если сразу же может возникнуть второй отказ, третий, мы тут же сталкиваемся с сотнями различных комбинаций, и в программах нужно отражать их все. Очень скоро программа восстановления становится бесконечно большой. Если мы остановимся только на одном уровне резервирования, как при простой защите, это еще вполне выполнимо. Если же нам требуются два уровня, на которых придется осуществлять защиту, а в нашем распоряжении десятки разных устройств, каждое из которых подвержено отказам, перед нами встает уже гораздо более сложная задача.

Целостность данных

Если я пользуюсь своим банковским счетом один и у меня есть несколько чеков, суммы которых я должен вычесть из суммы своего вклада, вычисленной накануне, я могу сделать это последовательно на одной машине. Но, если у меня два чека, один находится у вас, а другой я должен обработать сам, нам никак нельзя делать это одновременно, находясь за разными терминалами и по отдельности вычисляя новую сумму, иначе мы получим неверные результаты.

Предположим, что на моем счете находится 575 долларов и у меня есть чек на 35 долларов, а у вас — на 100 долларов. Если баланс начну подводить я, то, увидев сумму 575 долларов, я должен буду производить вычитание из нее. Если в это же время вы тоже начнете производить вычитание из этой же суммы, мы ошибемся. Я получу результат в 500 долларов, а вы в 475 долларов. Кто бы ни написал в основной файл новое значение последним, он напишет неверное значение. В данном случае не была обеспечена целостность процесса. Мы не имеем права разрешать внесение изменений в основной файл более чем одному пользователю за раз. Значение баланса должно быть заблокировано все время, пока кто-то его изменяет. Это справедливо и для многих других типов данных — мест расположения самолетов, медицинских сведений и т. д. Это же относится и к сложным вычислительным комплексам. Мы должны следить за целостностью данных и в многопроцессорных системах, и в системах распределенной обработки данных, и в сетях.

Как мы это делаем? С помощью системных программ.

Реализовать распределенную обработку легко; но создать распределенную базу данных, используемую в реальном времени, очень сложно.

Аппаратные решения этих сложных конфигураций известны уже не один десяток лет. С аппаратурой у нас проблем нет.

Проблема обеспечения использования вычислительных машин в таких конфигурациях заключается в разработке программного обеспечения для систем реального времени. В случае нормального использования вполне подходят системные программы, распространяемые на рынке. Чтобы разобраться, в чем же здесь трудность, нужно быть очень внимательным. Создать программное обеспечение, заставляющее работать такие конфигурации, нетрудно, однако очень трудно создать такое обеспечение, которое позволяло бы работать при «деградации» системы, только за счет уменьшения производительности бесперебойной работы.

Самым важным вопросом, связанным с этими сложнейшими конфигурациями, можно считать такой — почему нам пришлось к ним обратиться? Очень часто люди желают и даже настаивают на их применении, не имея никакого понятия о том, зачем они принимают на себя дополнительную ношу создания

необычной системы. Еще больше таких пользователей, которые хотят работать на новейших, сложнейших конфигурациях, не будучи даже в состоянии сформулировать все предполагаемые выгоды, которые возникнут от этого.

Сети

Сетью называется большое число вычислительных машин — обычно географически разбросанных, — соединенных между собой линиями связи или каналов. Есть две основные причины возникновения сетей.

1. Желание организовать связь. При этом вычислительные машины играют вспомогательную роль, а сеть существует для передачи информации.

2. Желание создать сеть машин. Такая сеть нужна для вычисления, и линии связи обеспечивают возможность этих вычислений.

Очевидно, что между этими двумя типами существует некоторое перекрытие. И с ним уже десяток лет борется FCC (Федеральная комиссия по связи — Federal Communications Commission).

Стоимость сетей первого типа — сетей связи — должна определяться их задачами. Либо они себя оправдывают, либо нет. И если существует более дешевый способ управления системой, то вычислительные машины использовать нет необходимости. Экономическую целесообразность использования вычислительных сетей показать не так просто. Сеть Агентства министерства обороны США по передовым исследовательским проектам (Advanced Research Projects Agency — ARPA) можно считать великолепным техническим достижением, доказавшим, что можно объединять в одной сети множество разнотипных вычислительных машин, причем все протоколы, написанные для этого, будут верно работать. Вычислительных же сетей, действующих в частном секторе и дающих реальный доход, очень мало, если они вообще существуют. Некоторые крупные компании, занимающиеся работой в режиме разделения времени, считают экономически более выгодным использовать центральный вычислительный комплекс, состоящий из расположенных в одном месте нескольких вычислительных машин, и коммуникационную сеть, собирающую информацию для централизованной обработки. При этом можно обойтись единым руководством, одной бригадой операторов, единой охраной и т. д. Кроме экономических могут, однако, существовать и другие причины, приводящие к распределению вычислительных машин. Надежность, защита от стихийных бедствий и забастовок, исключение необходимости создания огромных сложнейших систем программного обеспечения могут оказаться вполне достаточными предпосылками.

Заказ на создание сети для фирмы General Motors

В середине 1974 г. я получил приглашение от отделения обработки данных фирмы IBM (ООД): не смогу ли я совместно со своими лучшими специалистами затратить один день на рассмотрение состояния дел в работе над предложениями, которые ООД собиралось передать в General Motors? Я согласился.

Просить помощи не в правилах ООД. Но о предложениях, готовящихся для General Motors, уже складывались легенды — их масштаб и сложность, как говорили, не имели прецедентов.

Итак, я и четыре моих лучших и самых опытных проектировщика провели целый день в ООД, пытаясь разобраться в запросе фирмы General Motors и в предложениях, готовящихся в качестве ответа на него.

Запрос был весьма объемистым — пачка бумаги около 15 см толщиной, — и ответ на него был весьма объемистым и сложным. Несколько часов мы провели, пытаясь пробиться сквозь дебри звезд, колец, пакетов, — и несколько часов, пытаясь заставить работать это огромное сборище машин стоимостью в несколько десятков миллионов долларов.

Люди из ООД подробно проинформировали нас, и нам стали очевидны два факта 1) техническая компетентность и 2) путаница в целях.

Зачем огромной вычислительной машине, выполняющей инвентаризацию, составление платежных ведомостей и планирующей производство в городе 1, взаимодействовать с большой системой разделения времени, расположенной в городе 2? И зачем этим двум машинам еще взаимодействовать с мощной машиной для научных расчетов, которая стоит в городе 3?

Потому что так требуется в запросе на систему! Может быть, для выравнивания загрузки, может быть, для разделения данных, может быть, для…?