Выполнили: Мартышкин А. И. Кутузов В. В., Трояшкин П. В., Руководитель проекта – Мартышкин А. И., аспирант, ассистент кафедры ВМиС ПГТА

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.

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:

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. 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; 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; 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. 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. Полученные результаты

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

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

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

Результаты моделирования

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;

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.

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

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;

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

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

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.

Результаты моделирования

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.

Программное обеспечение для расчета стохастических сетей массового обслуживания

Форма «Параметры СМО»

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