ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 4/2005

Информационные технологии в управлении

ЯЗЫК ПАРСЕК: ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Ю.С. Затуливетер, А.В. Топорищев

Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова, г. Москва

Для языка программирования ПАРСЕК, построенного в модели исчисления древовидных структур, разработаны функции управления глобально распределенными вычислениями. На примерах показаны особенности программирования в математически однородном поле компьютерной информации.

Современные подходы к организации обработки и хранения распределенных данных в ресурсах глобальной Сети представлены grid-технологиями [1, 2], которые сформировались и апробировались в ходе решения сложных задач обработки больших объемов экспериментальных данных, получаемых в рамках крупномасштабных научных проектов ядерной физики, биологии и др. За неполное десятилетие испытаний из нескольких независимых подходов и систем наибольшее распространение получила инструментальная система Globus Toolkit (версии GT1, GT2) [3].

Актуальность проблематики распределенных вычислений в ресурсах Сети выходит далеко за рамки крупномасштабных научных проектов. В связи с особым значением задач консолидации в ресурсах Сети корпоративных информационных пространств grid-технологии переходят в фазу коммерциализации. В 2003 г. вышла третья версия Globus Toolkit (GT3), которая разрабатывалась в интересах бизнес-приложений при участии ведущих компьютерных компаний [3]. Перспективы быстрого развития grid-технологий связываются с растущей актуальностью проблем функциональной интеграции Сети для разнообразных задач в крупных корпорациях и ведомствах (http://www.osp.ru/nets/2003/15/000_5.htm).

Между бизнес-приложениями и научными задачами, требующими распределенной обработки/хранения данных, имеется существенное отличие. Научные проекты – в большей своей части целевые и разовые. Средства распределенной обработки/хранения данных стационарно структурируются под ту или иную фундаментальную проблему и после завершения экспериментов утрачивают актуальность. В коммерческих применениях приложения существенно более динамичны и по структурам, и по требованиям реагирования и адаптации в реальном времени в ответ на быстрые изменения внешней среды. Особое значение для бизнес-приложения играют простота, доступность средств программирования с глобальной интеграцией распределенных данных, программ и систем не только со сложными, но и существенно нестационарными – быстро меняющимися – структурами.

“Появление масштабных инфраструктурных проектов обусловило переход к новой фазе развития программного обеспечения grid. Сыгравший свою роль Globus Toolkit перестает быть единственным доступным средством создания grid … Новое поколение программного обеспечения grid развивается в форме платформ … В связи с появлением нескольких альтернативных платформ на передний план выходит задача обеспечения интероперабельности grid разных виртуальных организаций, использующих различные исполнительные среды. Уже имеющийся опыт … показывает, что этого недостаточно: требуются определение базового состава сервисов и унификация их семантики” [3].

Многоплатформенность коммерческого grid-инструментария обостряет и без того крайне болезненную проблему неоднородности глобального компьютерного информационного пространства. Разрозненность форм представления и способов обработки компьютерной информации обусловливает один из фундаментальных факторов [4] торможения интеграционных процессов в глобальной компьютерной среде. Причины его появления уходят корнями в неадекватность классической компьютерной аксиоматики в модели фон Неймана [5] требованиям глобальной интеграции данных, программ и систем [4 – 8].

Изначальная несовместимость различных платформ grid-технологий показывает, что общий подход, который бы исчерпывающим образом ответил на острые вопросы функциональной интеграции глобального информационного пространства в интересах сверхдинамично развивающейся социальной среды, в том числе бизнес-среды, все еще не сложился. Компьютерная индустрия продолжает опираться на классические постулаты универсально программируемых вычислений, изначально предложенных для автономных компьютеров [5]. По этой причине ей до сих пор не удается выявить и устранить фундаментальные препятствия на пути к широкодоступным средствам программирования и интеграции глобально распределенных вычислений [6]. В эпоху глобальной Сети лидеры индустрии программирования под новыми флагами корпоративной консолидации глобального информационного пространства продолжают по старинке осуществлять политику продвижения своих платформ, каждая из которых заведомо не пригодна к полномасштабной функциональной интеграции компьютерной среды, поскольку в своих логических основаниях опирается на постулаты автономного компьютера.

При этом все еще отсутствует даже стратегическое понимание главной общей задачи grid-технологий. Весьма показательно мнение руководителя группы баз данных CERN Джейми Шиерса – одного из самых опытных специалистов в сфере применения grid к сложным задачам. На вопрос “Что, по Вашему мнению, может стать “убойным” приложением для появления действительно глобальной, всепроникающей grid-среды?” (http://www.osp.ru/os/2004/12/034.htm) он ответил: “Я много думаю над этим. Крайне сложно предсказать заранее. Возможно, это приложение, которое сейчас повсеместно используется, но мы просто не видим его потенциала. Но это должно быть нечто, что действительно изменит нашу жизнь, как Internet, который мы используем всегда и везде. Это не может быть задачей из какой-либо частной области, это должно быть приложение, которое реально повлияет на стиль нашей повседневной работы. Честно говоря, пока я такого приложения не вижу. Видимо, нам еще предстоит его найти”. Курсивом мы выделили ключевую, как нам представляется, мысль, указывающую правильное направление поиска такой задачи.

В работах [7, 8] сделана попытка дать максимально общее определение задачи, которая составит общее представление о целях и особенностях глобально распределенной обработки данных. Это задача кибернетизации в математически однородном поле компьютерной информации социосистемы в целом. Все решаемые с помощью глобальной Сети задачи (экономика, госуправление, здравоохранение, природопользование, наука и другие) так или иначе сводятся к процессам компьютерной кибернетизации социальной среды через все ее институты самообеспечения, саморегулирования и самоорганизации. В общем случае это непрерывный спектр компьютерных задач установления системных балансов, направленных на обеспечение управляемого развития (“sustainable development”) человечества.

Показано [7, 8], что для решения общей задачи компьютерной кибернетизации социосистемы требуется наличие адекватного компьютерного инструментария для программирования глобально распределенных вычислений и процессов управления. К ключевым требованиям следует отнести способность к глобальной интеграции распределенных данных, программ и систем, а также простоту и широкую доступность средств программирования распределенных задач высокой структурной сложности.

Особо подчеркнем, что для создания инструментария полномасштабного решения и интеграции глобально распределенных задач в ресурсах Сети требуется переход от классических постулатов универсальных вычислений в автономных компьютерах к новой аксиоматике математически однородного поля компьютерной информации [4, 6 – 8].

В качестве прототипа, отвечающего этим требованиям, мы рассматриваем язык и систему программирования ПАРСЕК (ParSeq) [9], в которых воплощена аксиоматика математически однородного поля компьютерной информации, семантика которого определяется математически замкнутой моделью исчисления древовидных структур.

Цель построения и развития языка и системы программирования ПАРСЕК – формирование подхода к программированию в аксиоматике математически однородного поля компьютерной информации (программ и данных), которая открывает практически неограниченные возможности глобальной интеграции данных, программ, вычислительных процессов и систем в рамках математически замкнутых формальных моделей.

Перспективные области применения нового предложенного подхода – решение задач глобальной распределенной обработки информации, связанной с кибернетизации кибернетизацией социосистемы в целом [7, 8, 10, 11]. Имеются области, в которых создание высокоэффективных, безопасных и свободно масштабируемых глобально распределенных систем управления актуальны уже сейчас. Это – разнообразные сферы производства- потребления, а также госуправления (создание общегосударственных систем мониторинга и управления в сферах здравоохранения, социальной защиты, образования, науки и др. [13]). Полномасштабное решение многих глобально распределенных задач управления пока невозможно из-за отсутствия адекватного компьютерного инструментария.

Для глобализации функционального пространства компьютерной среды требуется единая модель универсально программируемых распределенных вычислений, сочетающая в себе следующие качества, распространимые на глобальную компьютерную среду:

· структурная сложность форм представления данных и программ должна быть минимальной ;

· модель не должна допускать стихийного воспроизводства в компьютерной среде разнородных, плохо совместимых форм представления данных, программ, процессов и систем ;

· модель должна обеспечить простоту программирования и свободную масштабируемость глобально распределенной обработки информации.

Из- за отсутствия такой модели, отвечающей перечисленным требованиям, современные массовые компьютеры и средства индустриального программирования, оказала неготовой к общему решению проблем глобализации распределенных вычислений.

Исчисление древовидных структур, реализованное в системе программирования ПАРСЕК, может рассматриваться как основа для построения практически значимой реализации универсальной модели распределенной обработки глобально распределенных данных, которая открывает пути к практическому воплощению перечисленных свойств.

Данная работа является одним из первых практических шагов к созданию простого и широко доступного компьютерного инструментария для воплощения в компьютерной среде глобально распределенных процессов управления, которые обеспечат практическое воплощение структурно сложных задач управления, решаемых с применением помощью математического аппарата, развивающего  идеи графодинамики [14].

1. Foster I., Kesselman C., Tuecke S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations // International Journal of High Performance Computing Applications, . 1 5 (3) ,– 2001. – 15 (3) (www.globus.org/research/papers/anatomy.pdf).

2. The Physiology of the Grid: An Open Grid Services Architecture for Distributed Systems Integration / I. Foster I., С. Kesselman C., J. Nick J., S. Tuecke S. (http://www.globus.org/research/papers/ogsa.pdf).

3. Коваленко В., Корягин Д. Организация grid: есть ли альтернативы? // Открытые системы. – 2004. – №12. (http://www.osp.ru/os/2004/12/034.htm).

4.  Затуливетер Ю.С. Информация и эволюционное моделирование. // Труды Международной междунар. конференции конф. «“Идентификация систем и задачи управления”», SICPRO`2000, Москва, 26 -– 28 сентября 2000 г, . Институт Ин-т проблем управления РАН, . – М., 2000. – сС. 1529-–1573. (http://zvt.hotbox.ru/1529_.htm).

5. Беркс А., Голдстейн Г., Нейман Дж. Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства // Кибернетический сборник. М.: Мир,– 1964. – Вып. 9. – С. 7-–67.

6. Затуливетер Ю. С. На пути к глобальному программированию // Открытые системы. – 2003. – №3. – С. 46-–, 47. (http://www.osp.ru/os/2003/03/046.htm).

7. Затуливетер Ю.С. Проблемы глобализации парадигмы управления в математически однородном поле компьютерной информации. Ч.1. Кибернетизация социосистемы. // Проблемы управления. –2005. – № 1. – С. 2-–10. (http://www.ipu.ru/period/pu/docs/zatul.pdf).

8. Затуливетер Ю.С. Проблемы глобализации парадигмы управления в математически однородном поле компьютерной информации. Ч.2. К единому функциональному пространству // Там же Проблемы управления. – 2005. – № 2. С. 12–23.

9.  Затуливетер Ю.С., Халатян Т.Г. ПАРСЕК – язык компьютерного исчисления древовидных структур с открытой интерпретацией. Стендовый вариант системы программирования. – М., .: Ин-т проблем управления РАН, 1997.– 71 с.

10. Затуливетер Ю.С. Предпосылки появления глобального управляющего компьютера // Датчики и системы. – 2005. – № 4. С. 53-–64.

11. Затуливетер Ю.С. Пути реализации глобального управляющего компьютера // Датчики и системы //Там же. – 2005. – № 5. – С. 25–33.

12. Затуливетер Ю.С. Компьютерная информация в модели исчисления древовидных структур // Труды Второй второй международной междунар. конференции конф. “"Идентификация систем и задачи управления”", SICPRO`2003, Москва, 29–31 января 2003 г., / Институт Ин-т проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН, . – М., 2003. – С. 790–858.

13. Концепция использования информационных технологий в деятельности федеральных органов государственной власти до 2010 года. (http://www.it-gov.ru/site.shtml?id=76).

14.  Динамический подход к анализу структур, описываемых графами (Основы графодинамики). I, II. / M.A. Айзерман, Л.А. Гусев, С.В. Петров, И.М. Смирнова // Автоматика и телемеханика. – 1977. – № 7. – С. 135–15 ; №  9. – С. 123-–136. 

( (095) 334-92-09

Е-mail: zvt@ipu.rssi.ru