16 Системы массового обслуживания.

Для построения моделей производительности вычислительных систем широко используется аппарат теории массового обслуживания. В ней изучаются системы, на вход которых поступает поток заявок (требований), приходящихся в общем случае в случайные моменты времени. Поступившая заявка обслуживается в системе путем предоставления ей 119 некоторых ресурсов на какое-то время и, будучи обслуженной, покидает систему. Определение времени пребывания заявок в системе составляет сущность теории массового обслуживания. Наиболее характерный момент функционирования систем массового обслуживания – наличие очередей, в которых поступившие заявки ждут момента освобождения ресурсов, занятых обслуживанием других, например, ранее поступивших заявок. ЭВМ можно рассматривать как систему массового обслуживания, на вход которой поступают задания, обслуживаемые путем предоставления им процессорного времени и времени остальных устройств ЭВМ. Анализ ЭВМ как системы массового обслуживания позволяет определить число заданий, находящихся в ЭВМ на различных стадиях обслуживания, время ожидания заданий в очередях, время пребывания задании в ЭВМ и другие характеристики процесса обработки заданий, функционирования ЭВМ и ее устройств. Система массового обслуживания (рис. 7.4) состоит из входящего потока заявок а, очереди Q, дисциплины обслуживания D, определяющей порядок выбора заявок из очереди, и обслуживающего прибора П или К одинаковых обслуживающих приборов (каналов) . Система, содержащая только один прибор (канал), называется одноканальной, а несколько приборов, – многоканальной. Функционирование системы состоит в постановке поступающих заявок в очередь на обслуживание, выборе из очереди заявки, подлежащей первоочередному обслуживанию, и предоставлении прибора заявке на определенное время. По окончании обслуживания заявка покидает систему. На выходе системы образуется выходной поток заявок. Таким образом, система массового обслуживания характеризуется следующим набором параметров: 1) распределением длительности интервалов между заявками входящего потока р(а); 2) дисциплиной обслуживания заявок D; 3) числом обслуживающих приборов (каналов) К; 4) распределением длительности обслуживания заявок приборами (каналами) р(b). 1,..., К П П . Указанный набор параметров полностью определяет порядок функционирования системы. Процесс функционирования количественно оценивается следующим набором основных характеристик:

1) загрузкой – средним по времени числом приборов (каналов), занятых

обслуживанием (для одноканальной системы загрузка определяет долю времени, в

течение которой прибор занят обслуживанием, т. е. не простаивает);

2) длиной очереди – числом заявок, ожидающих обслуживания;

3) числом заявок, находящихся в системе (в очереди и на обслуживании

приборами);

4) временем ожидания заявки – от момента поступления заявки в систему до начала

обслуживания;

5) временем пребывания заявки в системе – от момента поступления заявки до окончания ее обслуживания, т. е. до выхода из системы.

В теории массового обслуживания изучаются и более сложные объекты – сети. Сеть массового обслуживания – совокупность взаимосвязанных систем массового обслуживания. Сеть функционирует следующим образом. Заявка от источника S0 поступает на обслуживание в систему, определенную дугой, выходящей из источника. После обслуживания в этой системе заявка поступает в следующую систему и циркулирует по сети, последовательно обслуживаясь в различных системах, до тех пор, пока не покинет сеть по дуге, ведущей к выходу. В сети заявка либо стоит в очереди к одной из систем, либо обслуживается прибором системы. Сетевые характеристики оценивают функционирование сети в целом и включают в себя: 1) загрузку – среднее по времени число заявок, обслуживаемых сетью, и одновременно среднее число приборов (каналов), занятых обслуживанием; 2) число заявок, ожидающих обслуживания в сети; 3) число заявок, находящихся в сети (в состоянии, ожидания и обслуживания); 4) суммарное время ожидания заявки в сети; 5) суммарное время пребывания заявки в сети. Теория массового обслуживания предлагает способы расчета характеристик сетей различных типов, а также способы выбора параметров сетей, обеспечивающих заданные характеристики функционирования.

Сети, воспроизводящие процессы массового обслуживания в форме взаимодействия систем массового обслуживания и дополнительных узлов, моделирующих работу памяти (накопителей), источников и приемников заявок и процессы маршрутизации заявок, называются стохастическими сетями. Стохастические сети включают в себя сети массового обслуживания как один из вариантов организации процессов массового обслуживания. В отличие от систем массового обслуживания, стохастические сети, в том числе и сети массового обслуживания, воспроизводят процессы многоэтапного обслуживания, когда обслуживание заявки производится за счет последовательного обращения к ресурсам, в том числе и многократного. Характерное свойство сети – ее структурное подобие реальной системе.

20 Многомашинные вычислительные комплексы (ММВК) Типы ММВК:

1. Слабосвязанные (косвенносвязанные) комплексы ЭВМ связаны друг с другом только через внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Для обеспечения таких связей используются устройства управления ВЗУ с двумя и более входами. Обмен информацией осуществляется в основном по принципу «почтового ящика», т. е. каждая из ЭВМ помещает в общую внешнюю память информацию, руководствуясь собственной программой, и соответственно другая ЭВМ принимает эту информацию, исходя из своих потребностей. Такая организация связей обычно используется в тех случаях, когда ставится задача повысить надежность комплекса путем резервирования ЭВМ. В этом случае ЭВМ, являющаяся основной, решает заданные задачи, выдает результаты и постоянно оставляет в общем ВЗУ всю информацию, необходимую для продолжения решения с любого момента времени. Вторая ЭВМ, являющаяся резервной, может находиться в состоянии ожидания, с тем чтобы в случае выхода из строя основной ЭВМ, по сигналу оператора начать выполнение функций, используя информацию, хранимую в общем ВЗУ основной ЭВМ. При такой связи может быть несколько способов организации работы комплекса. 1. Резервная ЭВМ находится в выключенном состоянии (ненагруженный резерв) и включается только при отказе основной ЭВМ. 2. Резервная ЭВМ находится в состоянии полной готовности и в любой момент может заменить основную ЭВМ (нагруженный резерв), причем либо не решает никаких задач, либо работает в режиме самоконтроля, решая контрольные задачи.

3. Для того чтобы полностью исключить перерыв в выдаче результатов, обе ЭВМ, и основная и резервная, решают одновременно одни и те же задачи, но результаты выдаст только основная ЭВМ, а в случае выхода ее из строя результаты начинает вы давать резервная ЭВМ (совместная работа). Прямосвязанные

В прямосвязанных комплексах существуют три вида связей: общее ОЗУ (ООЗУ); прямое управление, иначе связь процессор (П) – процессор; адаптер канал – канал (АКК). (ООЗУ)

Вследствие того, что процессоры имеют прямой доступ к ОЗУ, все процессы в системе могут протекать с существенно большей скоростью, а разрывы в выдаче результатов при переходах с основной ЭВМ на резервную сокращаются до минимума. Недостаток связи через общее ОЗУ заключается в том, что при выходе из строя ОЗУ, которое является сложным электронным устройством, нарушается работа всей системы. Чтобы этого избежать, приходится строить общее ОЗУ из нескольких модулей и резервировать информацию. (АКК) Связь через адаптер канал – канал в значительной степени устраняет недостатки связи через общее ОЗУ и вместе с тем почти не уменьшает возможностей по обмену информацией между ЭВМ по сравнению с общим ОЗУ. Сущность этого способа связи заключается в том, что связываются между собой каналы двух ЭВМ с помощью специального устройства – адаптера. Обычно это устройство подключается к селекторным каналам ЭВМ. Такое подключение адаптера обеспечивает достаточно быстрый обмен информацией между ЭВМ, при этом обмен может производиться большими массивами информации.

Многопроцессорные вычислительные комплексы В МПВК должен быть обеспечен доступ любого процессора и любого канала ввода – вывода к любой ячейке ОЗУ, любого процессора к любому каналу и периферийному устройству. Кроме обычных функций, выполняемых ОС при мультипрограммной обработке информации, возникают такие задачи, как распределение ресурсов и заданий между процессорами, синхронизация процессов при решении несколькими процессорами одной задачи, планирование с учетом оптимизации загрузки всех процессоров. В процессе работы в комплексе возникает большое число конфликтных ситуаций, которые должны обрабатываться ОС. Однако, несмотря на все трудности, связанные с аппаратной и программной реализацией, МПВК получают все большее распространение, так как обладают рядом достоинств, основные из которых:

высокая надежность и готовность за счет резервирования и возможности реконфигурации;

высокая производительность за счет возможности гибкой организации параллельной обработки информации и более полной загрузки всего оборудования;

высокая экономическая эффективность за счет повышения коэффициента использования оборудования комплекса. Типы структурной организации МПВК. Существует три типа структурной организации МПВК:

с общей шиной;

с перекрестной коммутацией;

с многовходовыми ОЗУ.

11. Системы телеобработки, вычислительные сети. Системы, предназначенные для обработки данных, передаваемых по каналам связи, называются системами телеобработки данных. Состав технических средств системы телеобработки данных укрупнено представлен на рис. 1.3.6. Пользователи (абоненты) взаимодействуют с системой посредством терминалов (абонентских пунктов), подключаемых через каналы связи к средствам обработки данных – ЭВМ или вычислительному комплексу. Данные передаются по каналам связи в форме сообщений – блоков данных, несущих в себе кроме собственно данных служебную информацию, необходимую для управления процессами передачи и защиты данных от искажений. Рис. 1.3.6 Система телеобработки данных Вычислительные сети. Объединение разрозненных СОД обеспечивает доступ к данным и процедурам их обработки для всех пользователей, связанных общей сферой деятельности. Ядром является базовая сеть передачи данных (СПД), которая состоит из каналов и узлов связи (УС). Узлы связи принимают данные и передают их в направлении, обеспечивающем доставку данных абоненту. ЭВМ подключаются к узлам базовой сети передачи данных, чем обеспечивается возможность обмена данными между любыми парами ЭВМ. Совокупность ЭВМ, объединенных сетью передачи данных, образует сеть ЭВМ. К ЭВМ непосредственно или с помощью каналов связи подключаются терминалы, через которые пользователи взаимодействуют с сетью. Совокупность терминалов и средств связи, используемых для подключения терминалов к ЭВМ, образует терминальную сеть. Таким образом, вычислительная сеть представляет собой композицию базовой сети передачи данных, сети ЭВМ и терминальной сети. Такая вычислительная сеть называется глобальной или распределенной. Сеть передачи данных (СПД) - базовая сеть передачи данных (устройства связи + каналы связи). Вычислительная сеть - СПД + сеть ЭВМ + ТС. Сети делятся на глобальные и локальные