16228

Оценка производительности многопроцессорного вычислительного комплекса

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 4 Оценка производительности многопроцессорного вычислительного комплекса Цель работы: Приобрести навыки анализа сетей мас...

Русский

2013-06-20

61.5 KB

8 чел.

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине

«Теоретические основы автоматизированного управления»

Лабораторная работа № 4

Оценка производительности многопроцессорного вычислительного комплекса 

Цель работы: Приобрести навыки анализа сетей массового обслуживания на основе метода имитационного моделирования с использованием ЭВМ

Материальное обеспечение:

Компьютер, система моделирования на ЭВМ.

Теоретическая часть

Большинство информационных систем имеет сложную структуру и характеризуется многообразием связей между элементами. Примерами являются сети связи, вычислительные сети и пр. Элементы этих систем описываются различными системами массового обслуживания. Совокупность взаимосвязанных систем массового обслуживания принято называть сетью массового обслуживания (СеМО).

Сети массового обслуживания предназначены для формализованного описания и исследования сложных информационных систем. С помощью СеМО возможно получение вероятностно-временных и надежностных характеристик изучаемых объектов, проведение сетевого планирования с целью оптимизации сроков выполнения комплексов работ и т.д.

Вполне очевидно, что сети массового обслуживания являются более сложными образованиями, чем отдельные СМО. В самом общем случае все СеМО можно разделить на два больших класса: замкнутые и разомкнутые. В основе такого деления лежит следующий классификационный признак: число циркулирующих в сети заявок. В замкнутой сети находится постоянное количество заявок, в разомкнутой сети это количество переменно.

Кроме того любая сеть может быть классифицирована как однородная и неоднородная. Однородность бывает структурной и параметрической. В структурно однородной сети массового обслуживания все СМО однотипны и могут отличаться друг от друга значениями отдельных параметров, например числом каналов. В параметрически однородных сетях у отдельных СМО не различия и в значениях параметров. Неоднородные сети имеют в своем составе СМО, отличающиеся и структурой и значениями параметров.

В качестве объекта исследования в лабораторной работе принят многопроцессорный вычислительный комплекс (МПК) имеющий следующую общую структуру (рис. 1).

Рис. 1

Каждому процессору назначена своя программа и при ее выполнении процессор может обращаться к любому модулю оперативной памяти. Связующим звеном в комплексе выступает система коммутации, которая организуется по разному в зависимости от архитектуры вычислительного комплекса. В частности, комплекс может строиться на основе многовходовых модулей памяти и тогда структура МПК становится полносвязной (рис. 2)

Рис. 2

Другим, полярным вариантом структуры можно рассматривать МПК на основе общей шины (рис. 3).

Рис. 3

В случае полносвязной структуры возможны конфликты при одновременном обращении двух и более процессоров к одному модулю ОП. В этом случае процессор, обратившийся к занятому модулю памяти вынужден ожидать освобождения последнего. Вследствие этого могут возникать задержки в выполнении программ и реальная производительность МПК будет ниже его потенциальных возможностей.

При организации МПК на основе общей шины задержки могут наступать, когда шина захвачена одним из процессоров при обращении к какому-либо модулю памяти. Результат аналогичен ранее рассмотренному - производительность МПК также падает и причиной ее является «узкое» место комплекса - общая шина. Наращивание количества общих шин (структура с двойной или тройной шиной) позволяет частично решить проблему резкого падения производительности МПК, а если число шин довольно велико, то такой комплекс стремится в варианту полносвязной структуры.

Формально структура СеМО, описывающей МПК может быть представлена следующим образом (рис.4а - полносвязный комплекс, рис.4б - комплекс на основе общей шины).

                    а)                                                                                   б)

Рис. 4

Длительность идеального цикла выполнения операций в МПК может быть определена как сумма среднего времени выполнения команды процессором (Tпр), времени обращения к памяти (TОП) и времени, затрачиваемого на коммутацию (Tком): = Tпр + TОП + Tком. Вследствии упомянутых причин длительность реального цикла (Tр) будет отличаться от этой величины. Отношение Tид и Tр дает относительную производительность МПК и позволяет определить потери производительности, связанные с конфликтами в МПК.

Постановка задачи на лабораторную работу

Подготовка к работе:

По данному описанию и рекомендованной литературе изучить основные положения, связанные с организацией сетевых моделей, и общую структуру программы на языке моделирования GPSS.

Задание по экспериментальной части:

Исследовать показатели производительности МПК.

Исходные данные:

тип структуры МПК

число процессоров  -  n;

число модулей ОП -  m;

среднее время выполнения команды процессором - Tпр;

время обращения к памяти - TОП;

время коммутации - Tком.

Допущения:

исследование проводится на ограниченном отрезке времени функционирования МПК, т.е. количество выполняемых программ остается неизменным и равным числу процессоров.

Требуется определить:

характер изменения относительной производительности МПК при варьировании исходных данных в некотором диапазоне

Методические указания по выполнению работы:

Модели, подлежащие исследованию, записаны на рабочей дискете с системой моделирования под именами:

modelvk.gps  - модель МПК полносвязной структуры;

modelosh.gps - модель МПК на основе общей шины.

Запуск модели осуществляется набором в командной строке сообщения:

gpss.bat <имя модели>.

По окончании прогона модели результаты помещаются на рабочий диск в файл с однотипным именем и расширением .lst.

Описания моделей в виде текстов программ на GPSS приведены в приложении.

При выполнении экспериментальной части студент должен:

проанализировать задание в соответствии с указанным преподавателем вариантом и уточнить задачу исследования;

вызвать на компьютере для редактирования текст программы с требуемой для работы моделью;

ввести необходимые исходные данные и запустить модель на выполнение;

проанализировать результаты моделирования на экране в интерактивном режиме и получить листинг;

пункты 2-4 повторить по каждому сочетанию исходных данных для своего варианта;

Примечание: при необходимости следует уточнить исходные данные и искомые характеристики у преподавателя.

Содержание отчета

Схема исследуемой СМО.

Исходные данные для проведения исследования.

Распечатки листингов с результатами.

Графики с результатами зависимостей, указанных в варианте работы.

Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

Как классифицируются сети массового обслуживания?

Физический смысл понятий «структурно однородная СеМО» и «параметрически однородная СеМО».

Пояснить общий алгоритм функционирования модели.

Как в модели задаются случайные величины?

Как в модели описываются исходные данные?

Назначение основных элементов листинга с результатами моделирования.

Варианты работы

Тип структуры ВК

n

m

Tпр (мкс)

TОП (мкс)

Tком (мкс)

Вид исследуемой зависимости

1.

полносвязная

8,10,12

5

100

50

15

P (%) от n

2.

полносвязная

8

2,4,6

100

50

15

P (%) от m

3.

полносвязная

10

6

100

50

10,20,30

P (%) от Tком

4.

с общей шиной

2,5,8

4

100

50

15

P (%) от n

5.

с общей шиной

4

2,6,8

100

50

15

P (%) от m

6.

с общей шиной

8

5

100

50

10,20,30

P (%) от Tком

Литература:

Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

Моделирование сложных дискретных систем на ЭВМ третьего поколения: (Опыт применения GPSS). Голованов О.В. и др. М.: Энергия, 1978.

Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 1988.

Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Лабораторный практикум. М.: Высшая школа, 1988.

Черненький В.М. Имитационное моделирование. Разработка САПР. Книга 9. М.: Высшая школа, 1990.

Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS. М.: Машиностроение, 1980.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Описание программной модели многопроцессорного вычислительного комплекса полносвязной структуры (файл modelvk.gps) 

      SIMULATE

Начало моделирования

1      FUNCTION   RN$1,C13

Описание закона

0,0/0.1,0.104/0.2,0.222/0.3,0.357/0.4,0.511/0.5,0.693/

распределения случайных

0.6,0.915/0.7,1.304/0.8,1.610/0.9,2.303/0.97,3.507/

величин

0.995,5.298/0.999,7

1      TABLE      M$1,50,50,10

Описание выходных данных

1      VARIABLE   X$1+1+X$2*RN$1/1000

Расчет номера модуля ОП

2      VARIABLE   (X$3+X$4+X$5)*100/TB$1

Расчет процента производительности

3      VARIABLE   X$1-1

Расчет числа заявок

      GENERATE   ,,,1

Генерация исходной заявки

      SPLIT      V$3,ABC,1

Расщепление заявки

ABC    MARK

Начало цикла

      SEIZE      P$1

Занятие процессора

      ADVANCE    X$3,FN$1

Выполнение команды

      RELEASE    P$1

Освобождение процессора

      ADVANCE    X$5

Задержка заявки при передача по системе коммутации

      ASSIGN     2,V$1

Выбор модуля ОП

      SEIZE      P$2

Занятие модуля ОП

      ADVANCE    X$4

Выборка из памяти

      RELEASE    P$2

Освобождение модуля памяти

      TABULATE   1

Сбор статистики

      SAVEVALUE  6-,1

Окончание обработки заявки

      TEST_LE    X$6,0,ABC

Проверка условия окончания моделирования

      SAVEVALUE  7,V$2

Запоминание результата

      TERMINATE  1

Окончание моделирования

      INITIAL    X$1,6,X$2,3

Задание исходных данных

      INITIAL    X$3,100,X$4,50,X$5,10

      INITIAL    X$6,10000

      START      1

      END

Окончание моделирования

Исходные данные:

X$1 – число процессоров;

X$2 – число модулей ОП;

X$3 - среднее время выполнения команд процессором (мкс);

X$4 - время обращения к памяти ЭВМ (мкс);

X$5 - время коммутации (мкс).

Результат:

X$7


Описание программной модели многопроцессорного вычислительного комплекса на основе общей шины (файл
modelosh.gps) 

      SIMULATE

Начало моделирования

1      FUNCTION   RN$1,C13

Описание закона

0,0/0.1,0.104/0.2,0.222/0.3,0.357/0.4,0.511/0.5,0.693/

распределения случайных

0.6,0.915/0.7,1.304/0.8,1.610/0.9,2.303/0.97,3.507/

величин

0.995,5.298/0.999,7

1      TABLE      M$1,50,50,10

Описание выходных данных

1      VARIABLE   X$1+1+X$2*RN$1/1000

Расчет номера модуля ОП

2      VARIABLE   (X$3+X$4+X$5)*100/TB$1

Расчет процента производительности

3      VARIABLE   X$1-1

Расчет числа заявок

4      VARIABLE   x$1+x$2+1

Расчет номер общей шины

      GENERATE   ,,,1

Генерация исходной заявки

      SPLIT      V$3,ABC,1

Расщепление заявки

ABC    MARK

Начало цикла

      SEIZE      P$1

Занятие процессора

      ADVANCE    X$3,FN$1

Выполнение команды

      RELEASE    P$1

Освобождение процессора

      SEIZE      V$4

Занятие общей шины

      ADVANCE    X$5

Задержка заявки при передача по системе коммутации

      ASSIGN     2,V$1

Выбор модуля ОП

      SEIZE      P$2

Занятие модуля ОП

      ADVANCE    X$4

Выборка из памяти

      RELEASE    P$2

Освобождение модуля памяти

      RELEASE    V$4

Освобождение общей шины

      TABULATE   1

Сбор статистики

      SAVEVALUE  6-,1

Окончание обработки заявки

      TEST_LE    X$6,0,ABC

Проверка условия окончания моделирования

      SAVEVALUE  7,V$2

Запоминание результата

      TERMINATE  1

Окончание моделирования

      INITIAL    X$1,6,X$2,3

Задание исходных данных

      INITIAL    X$3,100,X$4,50,X$5,10

      INITIAL    X$6,10000

      START      1

      END

Окончание моделирования

Исходные данные:

X$1 – число процессоров;

X$2 – число модулей ОП;

X$3 - среднее время выполнения команд процессором (мкс);

X$4 - время обращения к памяти ЭВМ (мкс);

X$5 - время коммутации (мкс).

Результат:

X$7


Модуль ОП 1

Процессор 1

Модуль ОП 2

Процессор 2

Модуль ОП m

Процессор n

Система коммутации

Модуль ОП 1

Процессор 1

Модуль ОП 2

Процессор 2

Модуль ОП m

Процессор n

Модуль ОП 1

Процессор 1

Модуль ОП 2

Процессор 2

Модуль ОП m

Процессор n

Пр. 1

МОП 1

Пр. 1

Пр. 2

Пр. n

ОШ

МОП 2

МОП m

Пр. n

Пр. 2

МОП  m

МОП 2

МОП 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59402. Книга і компютер в інформаційному суспільстві: сучасне і майбутнє 34.5 KB
  Розвиток потенціалу людини, навичок і вмінь у століття інформації, формування інформаційної культури особистості повинно брати свій початок з дитинства. Головними джерелами інформації в XXI столітті є книга і комп’ютер.
59403. Сценарій. Ми всі у відповіді за природу 34.5 KB
  Всі учасники: Рятуймо чисте повітря рятуймо воду В морях в океанах в малих і великих річках. Рятуймо злаки а потім рятуймо квіти. Від кого рятуймо Від себе.
59404. Ми матір називаємо святою сценарій тематичного вечора присвяченого вшануванню жінкиматері 40.5 KB
  Як гордо їй Моє життя зернинка яку вона щаслива матижінка для світу народила світиться МОВ промінь новий народжуючи день. А той хто може на долоні зважити пилинку у пісках невидну той відчуває всю планету; і мати тая: тримаючи дитину всю землю держить на своїх руках.
59405. Ні алкоголю. Ні добровільному безумству 29 KB
  Але не дивлячись на всі ці заходи алкоголь переміг. Чому Якби алкоголь не мав ніякої приваблюючої дії на людину навряд чи його стали б вживати мільйони людей. Отже сьогодні ми зібрались щоб зясувати: алкоголь добро чи зло...
59406. Іван Франко – “Нам пора для України жить” 92 KB
  Франко виводив Галичину на сцену світової цивілізації, прилучав її до культурних досягнень інших націй, прокладав дорогу до Дніпра, Києва, де формувалась нова українська генерація, з якої згодом вийшло багато славних людей, що боролись за українську державність.
59407. Сценарій конкурсу “Ану мо дівчата” 36 KB
  Однак яка ж Батьківщина салату Салати як страва прийшли в народну кухню з Італії а точніше з древнього Риму. салати потрапили у Францію як вишукана страва придворної знаті що подавалась до печені.
59408. Сценарій свята 60-річчя Великої Перемоги 67.5 KB
  Епіграф: Тільки той хто пам’ятає минуле вартий майбутнього. Пам’ять. Все далі відходять грізні і важкі роки Великої Вітчизняної війни але не згасає пам’ять про тих хто не шкодував своєї крові свого життя.
59409. УКРАЇНСЬКИЙ ЯРМАРОК 42 KB
  Дівчина: Іди геть звідси ще грошей не вторгувала ще як слід не поярмаркувала. Е ні Марусенько почекаємо на хлопців які ж вечорниці без хлопців Перша дівчина.
59410. Сценарій. Святковий вогник з нагоди ювілею рідної школи 57.5 KB
  Звучить шкільний вальс в зал заходять випускники всіх років сідають на спеціально відведені місця 1й вед. Доброго дня любі друзі 2й вед. Шановні гості та господарі свята...