Навигация
Построение оптимальной последовательности заданий на обработку в узле вычислительной системы
49855
знаков
1
таблица
5
изображений
4. Построение оптимальной последовательности заданий на обработку в узле вычислительной системы
4.1 Формализация вычислительного процесса и рабочей нагрузки
Узел вычислительной системы представляется в виде совокупности оборудования и программных компонент. Оборудование включает в себя: центральный процессор (CPU), внешнюю память (HDD), устройства ввода-вывода информации (IOI). Программными компонентами в вычислительной системе являются операционная система (OS) и множество задач, реализуемых по запросам рабочей нагрузки. Для моделирования рабочей нагрузки на узлах вычислительной системы необходимо провести декомпозицию каждого задания пакета рабочей нагрузки на отдельные программные модули (ПМj). Количество и типы программных модулей зависят от имеющегося состава оборудования и программных средств узла вычислительной системы. При этом можно выделить следующие типы программных модулей: ввода информации; обработки информации; реализация вычислений на центральном процессоре; вывода информации. Модуль обработки информации обращается к базе данных вычислительной системы.
В свою очередь реализация обращения к базе данных также имеет определённую структуру, характеризующуюся графом GBD связей модулей в базе данных (MDBk). Предполагается, что характер следования друг за другом модулей базы данных при выполнении запросов в модуле обработки информации также является полумарковским.
Поскольку реализация задания i из рабочей нагрузки характеризуется полумарковским процессом, то для определения характера этого процесса необходимо задать следующие характеристики:
· матрицу вероятности переходов i-го задания от одного (j-го) программного модуля к другому (l-му) программному модулю МРi=||Рijl||;
· матрицу, элементами которой являются функции распределения времени обработки задачи i в i-ом программном модуле при условии получения им управления от j-го программного модуля (MFi=||Fi(tjl)||);
· тип j-го программного модуля, с которого начинается полумарковский процесс задания i (jOi) и количество j-х программных модулей, реализуемых цепочкой j-х программных модулей(nOi).
Аналогичным способом определяются характеристики полумарковского процесса реализации обмена. В качестве исходной информации задаются:
· матрица вероятностей следования друг за другом MDBjk (Mqj=||qjks||);
· матрица, элементами которой являются функции распределения объёмов информации при выполнении MDBjs при условии того, что перед этим использовался модуль MDBjk (МФj=||Fj(Vobjs)||);
· тип MDBjk, с которого начинается обращение к базе данных (kO), и количество MDBjk, реализуемое при данном обращении j-го программного модуля к базе данных (mOj).
4.2 Особенности организации имитационного эксперимента
Динамика выполнения задач пользователей на оборудовании узла вычислительной системы отражается последовательностью j-х программных модулей и имеет вероятностный характер. Каждый j-й программный модуль узла захватывает ресурс центрального процессора, часть ресурса оперативной памяти (Voni) и обращается к внешней памяти (HDD). Ресурс центрального процессора всегда выделяется j-м программным модулем полностью. Распределение ресурса центрального процессора организует операционная система. Ресурс центрального процессора распределяется по всем j-м программным модулям и для его выделения на определённый квант времени (Δt) используется система управляющих сигналов, формируемых по заявкам, поступающим от j-х программных модулей. Внешняя память моделируется как место размещения базы данных, и поэтому выделение ресурса внешней памяти для j-х программных модулей осуществляется до завершения выполнения задания. Функционирование устройств информации ввода вывода и модуля вывода информации моделируются как обычные устройства массового обслуживания с дисциплиной FIFO.
Время, затраченное на выполнение задания i, обозначим через Тжi. Причём, в Тжi включается сумма времени обслуживания задачи i на всех устройствах вычислительной системы, а также сумма времён издержек выполнения запросов заданий из-за занятости требуемых ресурсов другими задачами.
Целью моделирования вычислительного процесса в вычислительных системах является минимизация 
за счёт оптимизации порядка входа заданий рабочей нагрузки в вычислительной системе при неизменном составе ресурсов системы. Для получения оптимальной последовательности задач рабочей нагрузки необходимо знать: перечисленные ранее характеристики полумарковского представления процесса решения задач; ресурсные характеристики вычислительной системы; возможные реакции вычислительной системы на задания рабочей нагрузки с целью подсчёта времени обработки i-го задания в вычислительной системе.
Предполагается, что первые два условия задаются до постановки имитационного эксперимента. Поэтому ниже рассматриваются особенности моделирования вариантов обработки заданий в вычислительной системе.
Поскольку каждое задание использует ресурс вычислительной системы вероятностным образом, то для расчёта наиболее вероятного времени обработки узлом вычислительной системы i-го задания Tжi, а также коэффициентов загрузки центрального процессора (ηCPU) и внешней памяти (ηHDD) используется метод Монте-Карло. Количество реализаций (N) i-го задания i=1,…, n в вычислительной системе определяется из точности моделирования (
) для получения оценок вектора (Тжi, ηCPUi, ηHDDi). По окончании N реализаций имитационного эксперимента всех n заданий рабочей нагрузки получается матрица для каждого отклика (Тжi, ηCPUi, ηHDDi). Методика расчёта компонент этого вектора реализуется следующей последовательностью шагов.
Шаг 1. Нахождение времени решения задач (Тжi) и определение коэффициентов загрузки (ηCPU, ηHDDi) для различных уровней мультипрограммирования. Заметим, что обычно число уровней мультипрограммирования редко превышает величину 5, поэтому в нашем исследовании будем ориентироваться на максимальный уровень мультипрограммирования равный 5. Алгоритм реализации шага 1 основан на методе Монте-Карло для каждого уровня мультипрограммирования.
После N реализаций имитационного эксперимента с моделью вычислительного процесса для h-го уровня мультипрограммирования (h-й вариант вычислительного процесса, h=0,…, 5) по методу Монте-Карло будет сформировано три матрицы, компонентами которой будут пары значений:
M1ih=||(MTжih, DTжih)||; M2ih=||(MηCPUih, DCPUih)||; M3ih=||(MηHDDih, DηHDDih)||.
Шаг 2. По матрицам M1ih, M2ih, M3ih для h-го уровня мультипрограммирования определяют математические ожидания и дисперсии вычислений каждого из откликов: времени решения всего пакета (МТПАКh, МТПАКh); общей загрузки центрального процессора (MηHDDh, DηHDDh); общей загрузки внешней памяти (MηHDDh, DηHDDh) по формулам:
MYПАКh=
, DYПАКh=
,
где 0
δi
1 – весовой коэффициент задач i-го типа в пакете;
m0 – общее число задач в пакете;
mi – количество задач i-го типа в пакете;
YПАКh – отклик, содержание которого соответствует одной из характеристик вычислительного процесса в вычислительной системе (Тж, ηCPU, ηHDD).
Похожие работы
... 115537,893 Итого - - 1050310,49 Годовой эффект совокупных затрат определяется по формуле, р.: Срок окупаемости срок определяется по формуле (2.9) Коэффициент эффективности определяется по формуле (2.10) Применение цифровой защиты фидеров контактной сети постоянного тока ЦЗАФ-3,3 выгодно, так как эффективность от внедрения данной защиты составляет 2,334 и окупится менее чем за ...
... элементов, глобальное пространство имен, а также лавинообразную первоначальную загрузку сети. Таким образом ОСРВ SPOX имеет необходимые механизмы для создания отказоустойчивой распределенной операционной системы реального времени, концепция построения которой описана в главе 2. 4.3 Аппаратно-зависимые компоненты ОСРВ Модули маршрутизации, реконфигурации, голосования реализованы как аппаратно- ...
... ; фС- красный; 0-шина: изолированный контроль– белый; заземлённая нейтраль–чёрный. 2. ~; фаза–красный; 0–жёлтый. 3. –; (+)–красный; (–)–синий; нейтраль–белый. Лекция 20. "Основы конструирования" Основы патентоведения 1.0 Введение –Изобретательство – важный фактор ТП.– Изобретательское право (ИП).– Открытия, Изобретения, Промышленные образцы – объекты изобретательского права (Субъекты ...
... в должности, либо увольняется и на его место приходит тот, кто способен вывести ситуацию из тупика. Определяющую роль в стабильности фирмы играет управление персоналом, в том числе отбор и адаптация кадров.. В фирме "ИСТА" процесс управления трудовым персоналом проходит следующие стадии: • Планирование персонала. • Набор персонала. • Отбор. • Определение заработной платы и льгот: ...
0 комментариев