ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Авторы
Файлы

Максимова Н.Н. Бикташев Р.А. Статья в формате PDF 490 KB

Для координации использования одиночных или фиксированных множеств ресурсов несколькими вычислительными процессами используются семафоры. Проблема производительности семафоров заключается в том, что при взаимодействии процессов возникают требования доступа к общим ресурсам, которые приводят к столкновению транзакций, поскольку они вступают в конфликт друг с другом. Конфликты приводят к потерям производительности операционной системы. Наиболее хаpaктерно это проявляется в параллельных и мультипрограммных системах, когда взаимодействующие процессы реализуются в независимых процессорах, которые могут потребовать одновременно общий ресурс. Если ресурс требуется слишком большому числу процессов, то они ставятся в очередь. При этом, запросы удовлетворяются по принципу: «первым пришел - первым обслужен» (FIFO) [1].

Модель для оценки временных потерь. Пусть вычислительная система содержит один общий ресурс, доступный множеству процессов, выполняемых в n процессорных узлах и защищаемый семафором S.

Аналитическая модель n-процессорной системы с одиночным общим ресурсом для оценки потерь производительности из-за конфликтов за доступ к семафору, при использовании концепции планирования типа FIFO, изображена на рисунке а. Модель представлена в виде разомкнутой стохастической сети массового обслуживания (СМО), состоящей из n (S₁,...,S_n) СМО, моделирующих процессорные узлы, и однокaнaльной СМО (S_n+1), которая моделирует семафор. На вход n-процессорной системы поступает поток запросов на выполнение процессов с интенсивностью λ₀ = 1/T, где T - средняя длительность интервала между поступающими на вход запросами.

Поток запросов распределяется предварительным планировщиком по процессорным узлам с вероятностями р01,...,роn, представленным в виде графа вероятностей передач стохастической сети, изображенной на рисунке б. Предположим для упрощения, что потоки запросов на выполнение процессов на входе многопроцессорной системы распределяются равновероятно по процессорным узлам, т.е. р₀₁ = ... = р_оn = 1/n (рисунок б). Заявки, получившие обслуживание в семафоре, с равной вероятностью возвращаются на продолжение обслуживания в процессорные узлы, следовательно, p_n+1,1 =...= p_n+1,n = 1/n.

a б

Схема аналитической модели n-процессорной системы (а) и её граф передач (б)

Время ожидания заявки в сети оценивается выражением [2]:

T_w = α₁t_w1 + α₂t_w2 + ... + α_nt_wn + α_n+1 t_wn+1, (1)

где α_i = λ_i/ λ₀ - коэффициент передачи сети (i = 1, ..., n + 1); t_wi - время ожидания в i-й СМО.

Интенсивности потоков заявок определятся системой уравнений:

где p_ji- вероятность передачи из СМО S_j в СМО S_i; i, j = 0, 1, ..., n + 1.

В работе показано, что планирование на основе приоритетов дает выигрыш по времени ожидания в очереди к семафору почти в 2 раза, чем при использовании стратегии на основе FIFO. Полученные модели позволяют произвести количественные оценки времени ожидания процессов, обращающихся к общему ресурсу через посредство семафора. Модели могут быть использованы при проектировании параллельных операционных систем, где критичным является время выполнения процессов.

Список литературы

Таненбаум Э. Современные операционные системы. - СПб.: Питер, 2004. - 1040 с.
Основы теории вычислительных систем / под ред. С.А. Майорова. - М.: Высшая школа, 1978. - 408 с.

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КАПСУЛЫ РЕГИОНАРНЫХ ЛИМФАТИЧЕСКИХ УЗЛОВ НЕКОТОРЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Статья в формате PDF 111 KB...