Реферат: Вработе рассматривается среда моделирования распределенных многопроцессорных вычислительных систем dyana: принципы построения, состав, структура, инструментальные
| Вид материала | Реферат |
- Утверждаю, 111.69kb.
- Вопросы на экзамен по дисциплине «Архитектура вычислительных систем» (авс), 29kb.
- К автоматизации моделирования распределенных систем с помощью Марковских процессов, 133.26kb.
- Программаное обеспечение вычислительных систем Классификация, назначение, состав, 1049.39kb.
- Введение в экономическую информатику, 2107.81kb.
- 1. Основные понятия теории моделирования, 279.51kb.
- Лекции по дисциплине «Математическое моделирование» для студентов и магистрантов специальности, 21.92kb.
- Вдокладе рассмотрены современные архитектурные принципы и методы реализации перспективных, 34.3kb.
- Учение студентов основам математического моделирования, необходимых при проектировании,, 28.67kb.
- Программа : Программный комплекс «Система инсталляции и настройки системного программного, 17.13kb.
СРЕДА МОДЕЛИРОВАНИЯ DYANA: СИНТЕЗ, АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Бахмуров А.Г., Костенко В.А., Смелянский Р.Л.
119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, 2-й учебный корпус, ф-т ВМиК,тел.: (095) 939-46-71, факс: (095) 939-25-96, е-mail: kost@cs.msu.su
Реферат: В работе рассматривается среда моделирования распределенных многопроцессорных вычислительных систем DYANA: принципы построения, состав, структура, инструментальные средства и основные особенности среды для моделирования вычислительных систем реального времени.
1.Основное назначение среды DYANA
Среда DYANA: предназначена для воспроизведения, исследования и оптимизации функционирования, структуры программного и аппаратного обеспечения многопроцессорных вычислительных систем без построения их аппаратного прототипа, в том числе вычислительных систем реального времени (встроенных, бортовых и стационарных). Среда DYANA позволяет:
- подобрать архитектуру вычислительной системы под характеристики приложения;
- построить программное обеспечение, постепенно переходя от прототипа к полной программной реализации;
- смоделировать внешнюю среду вычислительной системы реального времени;
- проверить соответствие описания программного обеспечения спецификации;
- на основе результатов моделирования наилучшим образом перераспределить функции между программным обеспечением и аппаратурой (совместное проектирование);
- на основе результатов моделирования проверить выполнение ограничений реального времени и в случае их невыполнения выявить причины.
2.Принципы построения, состав и структура среды DYANA
В качестве модели функционирования вычислительных систем (ВС), положенной в основу среды моделирования DYANA [1,2], используется трехкомпонентная алгебро-логическая структура с интеpпpетацией. Пpи постpоении математической модели как пpогpаммных, так и аппаpатных сpедств используется аппаpат конечно-поpожденных алгебp. Интеpпpетация алгебpаических стpуктуp, пpедставляющих модель пpогpаммного обеспечения, над стpуктуpами, пpедставляющими модель аппаpатуpы, обеспечивает воспpоизведение динамики функционирования ВС [2].
Модель вычислительной системы состоит из:
- описания распределенного вычислителя (модель аппаратуры);
- описания распределенной программы (модель логической среды и прикладных программ);
- описания привязки (распределение программ по исполнителям).
Среда DYANA воспроизводит функционирование моделей программ на модели аппаратных средств. Результат моделирования представляется в форме трассы - последовательности событий и состояний моделируемых объектов, привязанных к модельному времени.. Трасса может быть использована как для визуального анализа, так и для вычисления интегральных характеристик производительности анализируемой вычислительной системы.
Средства описания моделей легко позволяют осуществлять пошаговую детализацию моделируемых объектов: от уровня задержек до функционального уровня описания аппаратуры и задания программных компонентов модели на языке Си. В одной модели различные компоненты могут быть описаны с различной степенью детализации.
Среда моделирования DYANA состоит из следующих инструментальных средств (см. рисунок):
- среда разработки моделей - позволяет описывать аппаратные и программные компоненты ВС и осуществлять сборку модели;
- редактор структурных описаний - позволяет задавать структуру моделей в графической форме;
- среда выполнения моделей - осуществляет интерпретацию описаний программных компонентов модели над описаниями аппаратных компонентов модели и сохраняет информацию о динамике функционирования ВС в форме трасс;
- визуализатор трассы - позволяет просматривать трассы в форме временных диаграмм;
- анализатор производительности - позволяет получить интегральные характеристики производительности по трассе;
- подсистема оценки временной сложности - позволяет оценить время выполнения программного обеспечения на заданных аппаратных средствах;
- подсистема алгоритмического анализа (прототип) - позволяет специфицировать и проверять выполнимость алгоритмических свойств.
Для описания моделей разработан специальный язык описания моделей (ММ-язык), синтаксис которого подобен синтаксису языка Си. ММ-язык позволяет описать в рамках единого синтаксиса как программное обеспечение, так и архитектуру аппаратных средств вычислительной системы. Основная единица описания распределенной программы - это процесс. Процессы взаимодействуют между собой посредством обмена сообщениями. Внутренние действия процесса могут быть заданы как в форме временных задержек, так и в виде фрагментов текста на языке Си, или в смешанной форме. Основная единица описания аппаратных средств - это последовательный исполнитель. Описание распределенного исполнителя строится из описаний последовательных исполнителей и других распределенных исполнителей.
3.Инструментальные средства среды DYANA
Среда разработки моделей
Среда разработки моделей предоставляет пользователю удобную форму для доступа ко всем возможностям и средствам системы моделирования DYANA.
Вы можете создавать и редактировать описания моделей, осуществлять доступ к любой интересующей Вас компоненте, компилировать и выполнять модель, обрабатывать результаты моделирования и т.п. При этом как на этапе создания модели, так и при анализе результатов моделирования пользователь работает в терминах компонент модели, а не в терминах файлов.
Данная среда особенно удобна при работе с моделями, состоящими из большого числа компонент. Кроме того, поддерживаемый в системе DYANA порядок раздельной трансляции описаний сокращает время сборки “больших” моделей. Пользователь избавлен от необходимости заботиться о компиляции и сборке модели, поскольку данные действия производятся автоматически средой разработки моделей при вызове отдельных подсистем.
Если возможность использования графических средств отсутствует, любая модель может быть собрана и запущена из “командной строки”.
Редактор структурных описаний
Редактор структурных описаний позволяет в естественной графической форме “нарисовать” структуру распределенной вычислительной системы и распределенной программы, а также задать свойства создаваемых объектов. Кроме того, редактор предоставляет возможность сохранять описание в виде текста на языке описания моделей.
Среда выполнения модели
Для выполнения модели DYANA предоставляет инструментальное средство, называемое средой выполнения модели. Данное средство позволяет устанавливать различные опции выполнения модели, а также выполнять модель, при необходимости меняя условия моделирования.
Для проведения подробного анализа поведения моделируемой системы имеется возможность в процессе выполнения модели формировать трассу — последовательность записей с информацией о происходящих в системе событиях. Просмотр трассы можно осуществить в самой среде выполнения модели или воспользоваться специальным инструментом системы DYANA — визуализатором трассы.
Визуализатор трассы
Созданная на этапе выполнения трасса событий модели может быть наглядно представлена в графическом виде. Для этой цели система моделирования DYANA предоставляет инструментальное средство —визуализатор трассы.
Поведение каждого процесса анализируемой системы представляется в виде временной диаграммы, отображающей состояния процессов и взаимосвязь событий в разных процессах. По желанию пользователя на диаграмме можно отображать лишь интересующие его компоненты модели.
Подсистема алгоритмического анализа
Данная подсистема пpедназначена для спецификации и автоматической пpовеpки выполнимости алгоpитмических свойств pаспpеделенных систем.
Алгоpитмическими свойствами являются свойства pаспpеделенных систем, в котоpых вpемя не фигуpиpует как метpическая величина. Иными словами, это свойства, не зависящие от скоpости pазвития вычислений в pазличных частях системы.
Например, такие свойства, как отсутствие тупика, гарантированность отклика при запросе, отсутствие двух процессов одновременно в одной и той же кpитической секции, являются алгоритмическими.
Pезультатом pаботы данной подсистемы среды DYANA являются сведения о выполнимости алгоpитмических свойств.
Для описания анализиpуемых свойств, pавно как и ожидаемого поведения системы pазpаботан специальный язык спецификаций MM-SPEC. Используя язык спецификаций, пользователь опериpует теми же понятиями и обозначениями, что и при создании модели вычислительной системы на языке описания моделей.
Подсистема оценки временной сложности
Одно из уникальных средств среды DYANA — способность оценить время выполнения программного обеспечения анализируемой системы на “нарисованной” Вами архитектуре. Подсистема оценки временной сложности поможет Вам проанализировать поведение программы на различных вычислительных системах и позволит выбрать наиболее подходящую.
???? ???????? ???????
Язык описания модели обладает следующими особенностями:
- синтаксис языка подобен широко используемому языку программирования Си;
- предоставляет средства для описания архитектуры вычислителя;
- позволяет задавать различные виды параллелизма.
Модель распределенной вычислительной системы (РВС) состоит из ????????? ??????:
- описания распределенной программы (абстракция логической среды и прикладных программ);
- описания распределенного вычислителя (абстракция аппаратуры);
- описания привязки (распределение программ по исполнителям).
Распределенные программы
Основной единицей описания алгоритмов является последовательный процесс. Поведение процесса задается в терминах временных задержек и фрагментов на языке Си. Последовательные процессы взаимодействуют между собой путем посылки сообщений друг другу. Распределенные программы (РП) конструируются из последовательных процессов и других распределенных программ.
Исполнители
Последовательный исполнитель — это атомарная единица построения модели аппаратных средств. Последовательный исполнитель может быть использован для моделирования процессора (а также других компонентов вычислительной системы, для которых можно описать алгоритмы функционирования). В описании модели последовательные исполнители используются для:
- задания различных видов параллелизма;
- отображения на ось времени действий, заданных в описаниях процессов.
Система команд последовательных исполнителей, их регистровая структура и некоторые другие характеристики задаются в отдельных описаниях - описаниях архитектуры последовательных исполнителей. Описание архитектуры используется при оценке времени выполнения действий процессов, заданных фрагментами на языке Си.
Распределённые исполнители (РИ) конструируются из последовательных исполнителей, а также из других распределённых исполнителей.
Привязка программы к исполнителю
Привязка РП к РИ задает распределение программ по последовательным исполнителям. Разработчик модели может задать различные виды параллелизма:
- процессы, привязанные к одному исполнителю, будут выполняться в режиме чередования (interleaving);
- процессы, привязанные к разным исполнителям, выполняются в режиме истинного параллелизма.
В ходе привязки имеется возможность отобразить логические связи между процессами на физические связи между исполнителями.
4.Основные особенности среды DYANA
DYANA обладает следующими основными особенностями:
- использование единого описания распределенной программы при проведении как количественного, так и алгоритмического анализа;
- возможность оценки времени выполнения программ на анализируемой системе по описанию архитектуры без эмуляции на уровне команд;
- наличие графических инструментальных средств, используемых для описания анализируемой вычислительной системы и для обработки результатов моделирования;
- наличие удобного графического интерфейса пользователя с доступом ко всем инструментальным средствам системы DYANA.
Текущая версия среды DYANA функционирует на рабочих станциях Sun SPARC и на IBM PC в среде Solaris 2.x
Планируется выпуск новой версии (совместимой с текущей) в 1998г., с расширенными возможностями описания сложных структур ВС.
Библиография
- Smeliansky R.L., Bakhmurov A.G. DYANA An Environment for Distributed System Design and Analysis//Parcella 96., Proceedings of the VII. International Workshop on Parallel Processing by Cellular Automata and Arrays, Berlin, 1996. - pp.85-92.
- Смелянский Р.Л. Модель функционирования распределенных вычислительных систем//Вестник Моск. Ун-та. сер 15, Вычисл. Матем. и Кибернетика. 1990., N3., стр. 3-21.