Выполнили: Мартышкин А. И. Кутузов В. В., Трояшкин П. В.,

1. ФГБОУ ВПОПензенская государственная технологическая академия АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И СТРУКТУРНЫЙ СИНТЕЗ ПОДСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ И РЕСУРСАМИ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ Выполнили: Мартышкин А. И. Кутузов В. В., Трояшкин П. В., Руководитель проекта – Мартышкин А. И., аспирант, ассистент кафедры ВМиС ПГТА

2. Цели этапа-2012 года • Целью научно-исследовательской работы является повышение производительности, надежности, безопасности компонент распределенных операционных систем, выполняющих функции управления взаимодействующими процессами и ресурсами в высокопроизводительных системах, в том числе реального времени.

3. Полученные результаты • Структура многопроцессорной системы с интерфейсом «общая шина» с подключенным к ней устройством, которое выполняет аппаратную поддержку трудоемких функций операционной системы, связанную с синхронизацией параллельных процессов (потоков); • Аналитические модели для оценки производительности средств синхронизации взаимодействующих процессов в параллельных вычислительных системах:

4. Полученные результаты • 2.1. Аналитические модели, основанные на разомкнутых сетях массового обслуживания, для оценки показателей производительности (времени ответа, времени ожидания) многопроцессорных систем типов UMA и NUMA в целом, а также диспетчеров задач со стратегией планирования «разделение времени» (с глобальной очередью задач). • Модели учитывают: • 1) конфликты, возникающие при одновременном запросе нескольких свободных процессоров единственной очереди задач; • 2)приоритетность процессоров; • 3)задержки, связанные с переключением процессов.

5. Полученные результаты • 2.2. Аналитические модели, основанные на разомкнутых сетях массового обслуживания, для оценки показателей производительности (времени ответа, времени ожидания) многопроцессорных систем типа NUMA в целом, а также диспетчеров задач со стратегией планирования «разделение пространства» (с распределенной очередью задач). Модели учитывают: • 1)задержки, связанные с переключением процессов; • 2) задержки, связанные с возможной перезагрузкой кэш;

6. Полученные результаты • 2.3. Аналитические модели, основанные на разомкнутых сетях массового обслуживания, для оценки показателей производительности (времени ответа, времени ожидания) многопроцессорных систем типов UMA и NUMA с учетом конфликтов, возникающих при доступе к единственному критическому ресурсу или множеству критических ресурсов, с учетом механизмов синхронизации взаимодействующих параллельных процессов, основанных на семафорах. Модель позволяет производить оценки показателей производительности как многопроцессорной системы в целом, так и семафоров, входящих в состав многопроцессорной системы. Модели учитывают задержки, связанные с синхронизацией процессов в пользовательском пространстве, в пространстве ядра операционной системы, в разделяемой памяти, а также задержки, связанные с переключением процессов. Кроме того учитываются задержки, связанные с синхронизацией процессов в пользовательском пространстве, в пространстве ядра операционной системы, в разделяемой памяти, а также задержки, связанные с переключением процессов;

7. Полученные результаты • 2.4. Аналитические модели, основанные на разомкнутых сетях массового обслуживания, для оценки показателей производительности (времени ответа, времени ожидания) многопроцессорных систем типов UMA и NUMA с учетом конфликтов, возникающих при доступе к единственному критическому ресурсу или множеству критических ресурсов, с учетом механизмов синхронизации взаимодействующих параллельных процессов, основанных на мониторах. Модель позволяет производить оценки показателей производительности как многопроцессорной системы в целом, так и мониторов, входящих в состав многопроцессорной системы. Модели учитывают задержки, связанные с синхронизацией процессов в пользовательском пространстве, в пространстве ядра операционной системы, в разделяемой памяти, а также задержки, связанные с переключением процессов, а также особенности выполнения монитора, реализованного в пространстве ядра операционной системы, а именно приоритетность запроса процесса, находящегося в очереди ожидающих процессов к критическому ресурсу.

8. Полученные результаты • 3. Разработана интерактивная программа для получения верятностно-временных характеристик многопроцессорных систем на основе разомкнутых стохастических сетей массового обслуживания. Программа позволяет получать графики зависимостей времени ответа, времени ожидания системы в целом, единичного времени ожидания и времени ответа отдельных устройств, числа заявок, находящихся в очередях и пребывающих в отдельных устройствах, загрузки отдельных устройств. В качестве исходных данных выступают параметры интенсивности потоков задач, время обслуживания (латентность) отдельных устройств, матрица вероятностей или граф передач в стохастической сети, число обслуживающих устройств в узлах вычислительной системы, приоритетный или бесприоритетный режимы работы устройств, а также режим обслуживания с ограничением очередей.

9. Модель n-процессорной системы с алгоритмами планирования процессов по стратегии разделения времени где S0– внешний источник заявок S1 – процессорные узлы; S2 – диспетчер. Граф передач стохастической сети

10. Модель n-процессорной системы с алгоритмами планирования процессов по стратегии разделения пространства где S0– внешний источник заявок; S1, Sn – процессорные узлы; Граф передач стохастической сети

11. Результаты моделирования • где Wd-время ожидания диспетчера; • Vd-время обслуживания диспетчера.

12. Результаты моделирования

13. Результаты моделирования

14. Результаты моделирования

15. Выводы • Разработанные сетевые модели выполняют следующие задачи: • - выбор наиболее эффективного по критерию максимальной производительности диспетчера задач многопроцессорной вычислительной системы; • - возможность производить оценку характеристик многопроцессорных систем и их подсистем без построения реального макета; • - выбор наиболее оптимальных вариантов проектируемых систем без построения реальной системы;

16. Выводы • Проведя исследования, можно сделать некоторые выводы: • Промоделировав работу многопроцессорных систем с разными типами диспетчеров задач, на практике получили подтверждение, что система с распределенными диспетчерами работает быстрее, чем её аналог с одним диспетчером и общей очередью готовых к выполнению процессов. • Расчеты показали, что задержка, формируемая диспетчером, не зависит от типа назначения задач в системе, поскольку для двух моделей при одинаковых параметрах системы время ожидания диспетчера не изменилось. • В результате проведённого исследования получили, что модель по стратегии разделения пространства работает эффективнее, чем с разделением времени.

17. Методы управления доступом к общим ресурсам • в пользовательском пространстве: - спин-блокировка (активноеожидание); • в пространстве ядра операционной системы: -блокирование в ядре.

18. Синхронизация взаимодействующих процессов осуществляется с помощью • Семафора — типа переменных, значение которых может быть нулем (в случае отсутствия сохраненных сигналов активизации) или некоторым положительным числом, соответствующим количеству отложенных активизирующих сигналов;

19. Схема выполнения процессов с учетом обращения к общему ресурсу • ОГП – очередь готовых процессов • ВОП – входная очередь процессов • ООП – очередь ожидающих процессов

20. Схемы моделей n-процессорной системы с одним ОР на основе семафора со спин-блокировкой и с блокировкой в ядре. • ВОП – входная очередь процессов • ООП – очередь ожидающих процессов

21. Латентность доступа • по стратегии спин-блокировки : где - интенсивность потока запросов, - латентность семафора, - время ожидания доступа к критическому ресурсу. • по стратегии блокировки в ядре: где - вероятность переключения контекста, - время переключения контекста, - интенсивность потока запросов, - латентность семафора, - время ожидания доступа к критическому ресурсу.

22. Результаты моделирования

23. Результаты моделирования

24. Результаты моделирования

25. Выводы • Результаты моделирования показали, что при небольшой интенсивности потоков запросов и при коротких критических секциях стратегия спин-блокировки является оптимальной; • При этом результаты моделирования подтверждают, что спин-блокировку наиболее целесообразно использовать для процессов, часто обращающихся к общему ресурсу, время обработки на процессорных узлах которых невелико; • В условиях высокой нагрузки и длинных критических секциях стратегия блокировки в ядре становится более предпочтительной.

26. Программное обеспечение для расчета стохастических сетей массового обслуживания

28. Форма «Параметры СМО»

29. Степень выполнения поставленных в проекте задач • Поставленные задачи выполнены в соответствии с техническим заданием.