Анализ и моделирование эксплуатационных параметров экономических информационных систем

Актуальность темы

исследования. Как показывает практика, стоимость эксплуатации и сопровождения экономических информационных систем (ИС) неуклонно возрастает. Это связано, прежде всего, с использованием более совершенного, но и более дорогостоящего аппаратно-программного обеспечения систем. В процессе эксплуатации автоматизированных ИС (АИС) необходимо осуществлять диагностику, локализацию и устранение неисправностей, регистрацию ошибок и тестирование компонентов. С этой целью выполняется контроль функционирования системы, обеспечивающий сбор и анализ информации об использовании ресурсов, прогнозирование степени удовлетворения потребностей пользователей и их приложений, выработка мер по увеличению производительности. При этом следует обеспечить управление ресурсами, включающее учет и контроль использования ресурсов, выставление счетов за использованные ресурсы, ограничение доступа к ним. Управление конфигурацией системы должно обеспечить надежное и эффективное функционирование всех компонентов ИС, а защита данных — контроль доступа пользователей к ресурсам, обеспечение целостности данных.

Сложность проблем, возникающих при сопровождении и эксплуатации распределенных экономических информационных систем (ЭИС) многократно увеличивается. Распределенные ЭИС (РЭИС) обеспечивают работу с данными, расположенными на разных серверах, различных аппаратно-программных платформах и хранящимися в различных форматах. РЭИС легко расширяются, основаны на открытых стандартах и протоколах, обеспечивают интеграцию своих ресурсов с другими ИС, предоставляют пользователям простые интерфейсы. При этом РЭИС на основе архитектуры Клиент/сервер позволяет лучше защитить серверную часть приложений. Однако, частые обращения клиента к серверу снижают производительность сети. Более актуальными становятся вопросы безопасности, так как приложения и данные распределены между различными клиентами. Системы сложны в настройке и сопровождении, высока вероятность отказа любого из их компонентов. ИС на базе Internet/Intranet имеют относительно низкие затраты на внедрение и эксплуатацию, высокую способность к интеграции гетерогенных информационных ресурсов объектов. Прикладные программные средства (ПС) доступны с любого автоматизированного рабочего места (АРМ), имеющего соответствующие права доступа. На клиентском АРМ может быть минимальный состав программно-технических средств (браузер и общесистемное программное обеспечениеПО).

При создании и эксплуатации комплексной по предметной направленности и распределенной ИС возникает ряд сложных задач. Низкая способность диагностировать и устранять проблемы производительности остается слабым звеном РЭИС, даже оптимизация отдельной транзакции оказывается непростой задачей. В процессе эксплуатации ИС ее характеристики иногда перестают удовлетворять пользователей по быстродействию, надежности, затратам. Причинами чаще всего оказываются увеличение объема массивов и их частая корректировка, повышение времени отклика на запросы, посылаемые к серверам сети. Функционирование приложений и базы данных (БД) в многопользовательской среде требует постоянного анализа их работы и последующей настройки производительности.

Таким образом, на качество эксплуатации ЭИС влияют архитектура системы, структура и состав пользовательских приложений и информационного обеспечения, производительность вычислительных средств.1.

В то же время в эксплуатационной документации на большинство ИС не приводятся сведения для оценки выходных характеристик системы и их динамики при изменении объемов входной информации, не описаны способы получения таких данных, определения их прогнозной ценности и доверительных границ. Недостаточно внимания уделяется физическому проектированию ИС, математическому и натурному моделированию характеристик систем.

1 Под качеством ИС мы подразумеваем такую совокупность свойств, которая обусловливает пригодность ЭИС удовлетворять потребности пользователя, т. е. мы говорим о качестве в нормативном, общепринятом понимании этого термина (Социально-экономическая статистика: Словарь / Под ред. М. Г. Назарова. — М.: Финансы и статистика, 1981. с. 444, 449,452).

Степень разработанности проблемы. В исследованиях автор опирался на труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные различным аспектам проектирования и эксплуатации ИС: Абрамова A.A., Благодатских В. А., Голосова О. В., Волковой В. Н., Денисова A.A., Дика В. В., Долятовского В. А., Зиндера Е. З., Иванова А. П., Мишенина А. И., Олифер H.A., Синавиной В. Г., Соколова Р. В., Трифонова Ю. В., Хубаева Г. Н., Юдина Д. Б., Юрьева В. Н., Боэма Б., Брауна Дж., Каспара X., Клейнрока JL, Петерсона Дж., Сосински Б. и других.

Использовались работы С. П. Воробьева, T.JI. Майстровой, А.Г. Мами-конова, А. Н. Пискунова, Г. Н. Хубаева, А. Д. Цвиркуна, Г. А Черноморова и других, посвященные постановкам экстремальных задач проектирования ИС.

Однако, чаще всего, при изучении данной области затрагивают отдельные проблемы эксплуатации ИС без учета сложной распределенной структуры их компонент. Не в полной мере раскрыты вопросы моделирования и оптимизации процессов эксплуатации ИС. Еще в недостаточной степени изучено влияние параметров ИС на характеристики качества эксплуатации систем.

В настоящее время на рынке имеются инструменты, позволяющие решать те или иные задачи системного администрирования ИС и обеспечивать снижение эксплуатационных затрат. Нам неизвестны исследования, посвященные анализу функционального состава систем мониторинга и администрирования ИС и их сравнительной оценке по критерию функциональной полноты.

Цель и задачи исследования

Основной целью исследования является анализ и моделирование эксплуатационных параметров экономических информационных систем.

Поставленная в работе цель обусловила решение следующих научных и практических задач: провести анализ проблем эксплуатации и сопровождения ЭИС и средств их мониторинга и администрированияисследовать методы и средства поддержки БД и процессы эксплуатации приложений ЭИСразработать модели, обеспечивающие снижение издержек эксплуатации и сопровождения основных компонент ЭИС.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются предприятия и организации различных отраслей и организационно-правовых форм. Предметом исследования являются информационные процессы, протекающие при эксплуатации ЭИС.

Теоретико-методологическая основа исследования. Исследование базируется на общей методологии научного познания и его приложениях в различных прикладных направлениях применения ИС.

В диссертационном исследовании проанализированы и использованы разработки научных коллективов и отдельных ученых, исследовательских и учебных учреждений страны. При разработке отдельных положений диссертации автор руководствовался методическими материалами по проектированию, внедрению и сопровождению ИС в различных предметных областях, фирменными материалами мировых производителей вычислительной техники, коммуникаций, общесистемного и прикладного программного обеспечения.

Инструментально-методологический аппарат. В исследовании использовались элементы теории ЭИС, математической теории планирования экспериментов, теории множеств, теории графов, статистического анализа, объединенных единством методологии системного анализа сложных систем.

Работа проведена в рамках пункта 2.6 Паспорта специальности 08.00.13 — Математические и инструментальные методы экономики: «Развитие теоретических основ, методологии и инструментария проектирования, разработки и сопровождения информационных систем субъектов экономической деятельности: методы формализованного представления предметной области, программные средства, базы данных, корпоративные хранилища данных, базы знаний, коммуникационные технологии».

Информационно-эмпирической базой исследования являются экспериментальные и статистические данные, собранные в процессе эксплуатации и сопровождения ЭИС ряда организаций. Основные выдвигаемые научные положения и рекомендации экспериментально подтверждены. Эксперименты с ИС и их компонентами составляют основу методологии исследования проблем эксплуатации систем.

Научная новизна. Поставлена и решена актуальная задача анализа и моделирования эксплуатационных параметров ЭИС. При этом получены следующие наиболее значимые научные результаты:

1. Систематизированы сведения о составе и функциональной полноте сравниваемых систем мониторинга и администрирования ИС и количественно оценена степень их соответствия требованиям предметной области, что позволяет выполнять более обоснованный выбор и сравнение систем.

2. Выявлены факторы, оказывающие влияние на работу пользовательских приложений в распределенной среде: архитектура самой системы, используемая СУБД, производительность и загрузка вычислительных средств и многое другое. Выполнена классификация методов снижения издержек эксплуатации пользовательских приложений, которые объединены в три группы: структурные, инструментальные и функциональные.

3. Предложена методика расчета эксплуатационных расходов пользовательских приложений/ИС, базирующаяся на оценке их базовой производительности и моделируемых значениях числа выполнения операций. Методика позволяет оценить качество приложений/ИС с точки зрения их основных потребительских свойств — производительности и эксплуатационных расходов.

4. Разработана модель оптимизации эксплуатационных параметров прило-жения/ИС, базирующаяся на методах математического (стохастического) программирования. В детерминированных эквивалентах модели целевая функция обеспечивает либо минимум эксплуатационных расходов, либо наиболее полное удовлетворение пользователей в реализации совокупности функциональных операций приложения/ИС в условиях ограничений на затраты. Модели могут быть использованы при выборе состава и структуры системы.

Положения, результаты и рекомендации, выносимые на защиту:

1. Анализ факторов, влияющих на стоимость эксплуатации ЭИС, позволяет сделать вывод о неуклонном росте затрат на их сопровождение за последние годы. Снижение производительности информационной системы происходит за счёт изменений в целях, задачах бизнес-процессов и внешней среде, возникновения более совершенных средств обработки информации. Помимо этого, поддержка аппаратно-программной платформы системы требует решения проблемных ситуаций, включающих диагностику, локализацию и устранение неисправностей, тестирование компонент. Поэтому для надежного и эффективного функционирования информационных систем необходим постоянный контроль производительности общесистемного и прикладного программного обеспечения, СУБД и вычислительных средств и прогнозирование динамики объемов потребностей пользователей/приложений.

2. Систематизированы сведения о составе и функциональной полноте сравниваемых систем администрирования распределенных систем, количественно оценена степень их соответствия требованиям предметной области. Сформированы группы систем, имеющих близкую функциональную полноту.

3. Обеспечение доступа к приложениям/ИС в сложной, распределенной и динамичной среде современного бизнеса требует все больших и больших затрат. Анализ показал, что на работу пользовательских приложений в распределенной среде оказывает влияние целый ряд факторов: архитектура самой системы, используемая СУБД, производительность и загрузка вычислительных средств и многое другое. Выполнена классификация методов снижения издержек эксплуатации приложений, которые можно разделить на структурные, инструментальные и функциональные.

Структурные методы повышения производительности приложений включают: выбор сервера, управляющей им операционной системы и аппаратного обеспечениявыбор местонахождения приложения, данных, пользователя и типа соединенияиспользование персональных профилей пользователейприменение механизма терминального доступа клиента к серверу и т. д. Регрессионный анализ результатов экспериментов показал, что влияние перечисленных факторов на производительность приложений существенно и носит нелинейный характер.

Инструментальные средства повышения производительности пользовательских приложений предопределяют использование различных средств анализа их работы и включают методы совершенствования алгоритмов обработки информации, применение параллельной обработки данных в многопроцессорных системах, использование оптимальных схем блокировок и буферизации, установление оптимального размера кэш процедур и т. п.

Функциональные методы повышения производительности пользовательских приложений включают методы оптимизации сложных запросов и отчетов, глубокой настройки приложений, сокращения числа ввода-вывода и максимального использования оперативной памяти для часто применяемых данных, использование представлений и параметризованных запросов, индексацию таблиц, использование хранимых процедур и другое.

4. В результате изучения времени выполнения функциональных операций приложений/ИС установлено, что, во-первых, может быть оценен закон и распределения времени однократного выполнения операций с помощью приложений/ИСво-вторых, может быть определена условная базовая производительность приложений/ИСв третьих, на основе полученных данных может быть выполнена оценка величины эксплуатационных затрат на выполнение приложений/ИС. 5. На основе общей модели оптимизации эксплуатационных параметров приложения/ИС, базирующейся на методах математического (стохастического) программирования, предложены два варианта детерминированного эквивалента задачи. Первый вариант задачи позволяет произвести выбор структуры и состав ИС в зависимости от ограничений на эксплуатационные затраты. Во втором варианте задачи целевая функция обеспечивает более полное удовлетворение пользователей в реализации совокупности функциональных операций приложения/ИС.

Теоретическая значимость исследования. В диссертационной работе получены следующие теоретически значимые результаты: методика расчета эксплуатационных расходов пользовательских приложений/ИС, базирующаяся на оценке их базовой производительности и моделируемых значениях числа выполнения операций, которая позволяет оценить качество функционирования приложений/ИС с точки зрения их основных потребительских свойств — производительности и эксплуатационных расходовмодель оптимизации эксплуатационных параметров приложения/ИС, которая обеспечивает выбор состава и структуры системы при проектировании, а также в ходе эксплуатации при планировании загрузки системы в условиях ограниченных ресурсов на ее функционирование.

Практическая значимость исследования.

Систематизированные сведения о составе и функциональной полноте систем мониторинга и администрирования ИС позволяют выполнить более обоснованный их выбор в разрезе цена/функциональность.

Предложенные методы снижения издержек эксплуатации пользовательских приложений позволяет использовать их для любых ЭИС.

Методика моделирования эксплуатационных расходов имеет широкую сферу применения. Она позволяет оценить величину расходов при различной структуре числа выполнения функциональных операций.

Использование модели оптимизации эксплуатационных затрат на выполнение приложений/ИС позволяет произвести обоснованный выбор структуры и состава системы при проектировании, а также в ходе эксплуатации при планировании загрузки системы в условиях ограниченных ресурсов на ее функционирование.

Апробация работы. Разработанные методы анализа и моделирования эксплуатационных параметров ЭИС были использованы на ряде предприятий и организаций различных отраслей, в т. ч. в ОАО «Каменский машиностроительный завод», ОАО «Донэлектросетьстрой» (Миллеровский филиал РАО «ЕС России»), ОАО «Южная телекоммуникационная компания» «Ростовэлек-тросвязь», Администрации Мясниковского района Ростовской области, ОАО НПО «Новочеркасский электровозостроительный завод».

Полученные теоретические, методологические и практические результаты докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и региональных конференциях и семинарах, в т. ч. на IV Межгосударственной научно-практической конференции «Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем» (Ростов-на-Дону, 1999 г.), VI Всероссийской научно-практической конференции «Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем» (Ростов-на-Дону, 2001 г.), Региональной научно-технической конференции «Компьютерная техника и технология» (Ставрополь, 2003 г.) — VIII Международной научно-практической конференции «Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем» (Ростов-на-Дону, 2003 г.).

Результаты исследований использованы в учебном процессе в РГЭУ «РИНХ» по дисциплине «Информационный менеджмент» и включены в изданную учебно-методическую литературу при подготовке экономистов по специальности «Прикладная информатика в экономике».

Логическая структура, концептуальная логика и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

1. Функциональные операции являются содержательной частью выполняемых пользователем функций. Изучение времени выполнения функциональных операций напрямую связано с оценкой эффективности работы пользовательских приложений. На конкретных примерах выполнен статистический анализ работы автоматических и автоматизированных функциональных операций в зависимости от различных факторов. В результате установлено, что, во-первых, может быть оценен закон распределения времени однократного выполнения операций с помощью приложения/ИСво-вторых, может быть определена условная базовая производительность приложения/ИСв третьих, на основе полученных данных может быть выполнена оценка величины эксплуатационных затрат на выполнение приложения/ИС.

2. Предложена методика моделирования эксплуатационных расходов, базирующаяся на оценке базовой производительности приложения/ИС и весах операций, позволяющая достаточно просто для иной структуры этих операций получить наглядные результаты. Методика позволяет оценить эксплуатационные затраты и повысить эффективность выбора приложения/ИС с точки зрения их основных потребительских свойств: производительности и эксплуатационных расходов.

3. На основе общей модели минимизации эксплуатационных параметров приложения/ИС, базирующейся на методах стохастической оптимизации, предложены два варианта детерминированного эквивалента решения задачи. Первый вариант задачи позволяет произвести выбор структуры и состав ИС в зависимости от ограничений на эксплуатационные затраты. Во втором варианте задачи целевая функция обеспечивает наиболее полное удовлетворение пользователей в реализации совокупности функциональных операций приложения/ИС. Реализация любого из двух вариантов оптимальной задачи целесообразна при выборе состава и структуры системы в процессе ее проектирования, а также в ходе эксплуатации при планировании загрузки системы в условиях ограниченных ресурсов на ее функционирование.