Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Дипломная работа по теме «Разработка архитектуры аппаратной части электронной системы мониторинга технологических компетенций предприятий Санкт-Петербурга» Руководитель: Курочкин М. А. Выполнил: студент гр. 6241/1 Чуватов М. В. Санкт-Петербург, 2009 г.

Электронная система мониторинга ключевых технологических компетенций предприятий Санкт-Петербурга (ЭСМТК) – это программно- аппаратный комплекс, спроектированный с целью повышения эффективности производства машиностроительных предприятий и инновационного развития приоритетных промышленных кластеров Санкт-Петербурга. Данные об оборудовании и технологических процессах представляются в виде текстовых документов, чертежей, трехмерных моделей, видеороликов, фотографий. Основными задачами комплекса являются: сбор информации о технологических компетенциях промышленных предприятий, мониторинг состояния ключевых компетенций промышленных предприятий, предоставление общего доступа всем заинтересованным лицам, обеспечение взаимодействия между промышленными предприятиями в рамках субконтрактинга и кооперации.

Целью данной работы является разработка архитектуры аппаратной части комплекса ЭСМТК и системного ПО, а также подготовка вариантов масштабирования системы. Согласно техническому заданию, полученное решение должно удовлетворять следующим основным требованиям: функционирование в безотказном режиме по формуле 24 х 7 х 365, минимизация количественного состава обслуживающего персонала, время отклика на запрос в пределах сек, объем хранилища данных не менее 2 ТБ, время восстановления данных после сбоя не должно превышать 30 минут, отсутствие особых требований к удаленным терминалам пользователей, системное ПО должно быть свободно распространяемым, с открытыми исходными текстами. Особенности ЭСМТК: клиент-серверная архитектура приложения, реляционная модель базы данных, исходный код приложения на языках HTML и PHP.

Этапы и подэтапы решения задачи: 1. Оценка потребностей ЭСМТК в аппаратных ресурсах: a)вычислительная мощность, b)объем и пропускная способность памяти, c)производительность подсистемы хранения данных, d)пропускная способность внутренних каналов связи (локальной сети), 2. Выбор базовых компонент аппаратного обеспечения: a)модель и количество центральных процессоров, b)тип и объем памяти, c)параметры дискового хранилища, d)конфигурация сетевого оборудования, 3. Выбор дополнительных компонент аппаратного обеспечения: a)вариант реализации подсистемы резервного копирования данных, b)рекомендации по обеспечению надежного энергоснабжения, 4. Выбор и настройка системного программного обеспечения, 5. Предложение вариантов масштабирования комплекса.

Анализ потребностей ЭСМТК в аппаратных ресурсах: Дополнительные сведения для выбора оптимального решения: большое число независимо работающих пользователей (нагрузка может быть распределена в многопроцессорной/многоядерной системе), работа с общими данными (может быть использована система с общей памятью). Компонент Веб-сервер Интерпретатор PHPСУБД Критически важный ресурс объем памяти, производительность дисковой подсистемы (при загрузке/выгрузке множества файлов), производительность ЦП производительность ЦП, объем памяти пропускная способность памяти, объем памяти, объем кэш-памяти ЦП, производительность ЦП

Конфигурация пускового варианта аппаратной части комплекса ЭСМТК: 1. Сервер IBM x3550: 2 центральных процессора Intel Xeon E5450 (4 ядра, тактовая частота 3.0 ГГц, кэш 12 МБ, системная шина 1333 МГц), 4 канала системной памяти объемом 16 ГБ (тип FB-DIMM, DDR2, эффективная частота 667 МГц, схема защиты от ошибок «chipkill»), дисковая подсистема на основе массива RAID-5 объемом 300 ГБ (кэш 256 МБ, интерфейс SAS, форм-фактор 2.5, поддержка горячей замены накопителей), 2 сетевых интерфейса Gigabit Ethernet, 2 источника питания с возможностью горячей замены, стоечное исполнение, высота 1U, 2. Система хранения данных IBM DS4700 Express: массив RAID-6 полезным объемом 4 ТБ (форм-фактор 3.5, поддержка горячей замены накопителей), 2 RAID-контроллера с возможностью горячей замены (кэш 2 ГБ, внешний интерфейс FibreChannel 4 Gbit/s, внутренний интерфейс SATA 3 GBit/s), 2 источника питания с возможностью горячей замены, стоечное исполнение, высота 3U, 3. Сетевой коммутатор CISCO Catalyst 2970G-24TS: 24 порта Gigabit Ethernet, 4 порта SFP, стоечное исполнение, высота 1U.

Блок-диаграмма сервера IBM x3550:Блок-диаграмма СХД IBM DS4700 Express:

Подсистема резервного копирования данных: Ленточный автоматический загрузчик IBM 3581: интерфейс SCSI Ultra160, 8 картриджей типа LTO Ultrium 2/3, общая емкость 3.2 ТБ без сжатия, 6.4 ТБ со сжатием, скорость резервного копирования/восстановления 80 МБ/с, стоечное исполнение, высота 2U. Подсистема энергоснабжения: 2 источника бесперебойного питания APC Smart-UPS SUA3000RMI2U: синусоидальное выходное напряжение, 220 В ± 5%, мощность 2700 Вт, интерфейсы USB, COM (RS-232), стоечное исполнение, высота 2U.

Выбор системного ПО: Сравнение операционных систем: Сравнение веб-серверов: Сравнение РСУБД: Выбор интерпретатора PHP – внешнее требование со стороны разработчиков. Дистрибутив РаспространенностьПоддержка вендорами СтабильностьВыбор пакетов ПО CentOSсредняя скудный Debianвысокая средняявысокаяширокий RHELсредняяхорошаявысокаяширокий Slackwareсредняяслабаясредняяскудный SLESвысокая хорошаясредняясредний Ubuntuсредняя низкая широкий *BSDвысокаяслабаясредняясредний Веб-сервер ПроизводительностьТехподдержка РаспространенностьСтабильность Apacheсредняяхорошаявысокая Lighttpdвысокая средняя высокая monkeyсредняяслабаянизкая nginxочень высокая средняя nhttpdсредняяслабаянизкая СУБДПроизводительность на малых нагрузках Производительность на больших нагрузках Масштабируемость MySQLвысокая средняя/высокая хорошая PostgreSQLсредняявысокая хорошая SQLiteвысокаянизкаяникакая

Системное программное обеспечение: 1. Операционная система Debian GNU/Linux версии 4.0, 2.Веб-сервер Apache версии 2.2, 3. Интерпретатор PHP версии 5.2.0, 4. СУБД MySQL версии 5.0, 5. Дополнительное ПО для обслуживания системы: shorewall – системный брандмауэр, обеспечивает основные функции защиты от несанкционированного доступа из сети, openssh-server – сервер безопасного подключения удаленного терминала, используется для задач администрирования, apcupsd – служба источника бесперебойного питания, обеспечивает корректное завершение работы при сбоях энергоснабжения, exim4-light – почтовый сервер, используется для доставки системных оповещений на электронный почтовый ящик администратора.

Тестовые данные: 5 предприятий, 60 типов оборудования, ~ 400 переходов. Средства измерения производительности: ab – Apache benchmark, тестирование производительности веб-сервера (запросы статического и динамического содержимого), hdparm – тестирование производительности дисковой подсистемы на локальной системе. Результаты тестирования: общая скорость обработки запросов пользователей до 800 с -1, максимальная длительность выполнения запроса пользователя 1.2 с (моделирование работы 200 пользователей), производительность файловых операций > 700 МБ/с (линейное чтение/запись).

Варианты масштабирования комплекса: Особенности масштабирования аппаратных ресурсов: необходимость подготовка инфраструктуры (сеть, электропитание, размещение оборудования в стойке/шкафу, охлаждение), повышение требований к обслуживающему персоналу, использование однотипного оборудования (одинаковые серверы для общих задач, однотипные СХД, сетевые коммутаторы). Программная часть Аппаратная часть 1. замена веб-сервера: Apache - Lighttpd,1. добавление сервера и балансировщика, 2. замена СУБД: MySQL - PostgreSQL (требуется модификация исходного кода ЭСМТК). 2. распределение задач по серверам (выделение отдельных серверов БД или/и приложений), 3. использование средств виртуализации (возможно, потребуется модификация исходного кода ЭСМТК).

В ходе выполнения работы были решены следующие задачи: исследованы требования к аппаратной части ЭСМТК, предложен набор и конфигурация базовых и дополнительных компонент комплекса, предложен комплект системного программного обеспечения и параметры его конфигурации, выполнены монтаж и настройка оборудования и системного ПО, произведена сдача комплекса в опытную эксплуатацию, проведены замеры производительности системы, проведены исследования и даны рекомендации по масштабированию комплекса. Опытная эксплуатация ЭСМТК начата в феврале 2009 года. По состоянию на начало сентября этого же года замечаний по надежности и производительности системы нет.

Спасибо за внимание! Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Санкт-Петербург, 2009 г.