Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время в большинстве облаете? применение вычислительной техники (ВТ) от последнее требуются как повышенная производительность, так я надежность. В этой связи зажнеГдеР текценциеР развития современно}' ВТ является разработка и расширенное внедрение многопроцессорных вычислительных систем (МВС), обеспечиваниях даче при использовании стандартных электронны:; компонент достижение требу;мо" производительности и отказоустойчивости. Новые технологии п микроэлектронике позволяют уте геГчас иметь бкетродеГ-ствутотае, надежные и дешевые относительно других компонент ВТ микропроцессора, что значительно обостряет интерес к создании и применению МВС на их основе. Один из перспективных классов МВС, для которых могут быть достигнуть; и требуемая производительность, и отказоустройчивость, составляют МВС, процессоры которых имеют как локальную опєративігую память. (ОП), так и доступ к общему полю ОП.'
Успешное применение МВС невозможно без создания соответствующего системного программного обеспечения (ПО), что, в первую очередь, требует разработки операционных систем (ОС), эффективность которых в значительной степени и определяет эффективность МВС в целом. Поэтому создание для МВС системного ПО, включая ОС, является актуальным направлением в развитии программных средств ВТ. При этом системное ПО должно быть не только элективным, но и подлерт.нвать быструю разработку программ для МВС с максимальным использованием сутчеству-ющего ПО однопроцессорных ЭВМ.
Цель п, и с с е р т а ц и о н и о " работы состоит в создании системного математического и программного обеспечения МВС с локгльноГ и oo'tqef СП. Задачи, решаемые для ее цостиме-ния, сводятся к созданию ОС для целевое КБС выделенного класса и к разработке средств поддержки программирования для МВС. При тем создаваемая ОС должна обладать такими возможностями " характеристиками, которые позволяли бы использовать ее для разпи«ні . пріз.генеяи", з т.ч. в бортов*х МВС с ограниченным набором ресурсов, но пови",енпъ;ми тре-, бованпями к отказоустойчивости и реатннвнести <~С
Предмет исследования составляют системное ПО, принципа и особенности его структур:-;:,':" и Функционально г организации, способы и средства описания и исследования параллельного ПО.
Методы исследован и п. В работе и-польгои-шы
кктоцы теории ОС, теории программирования параллельных процессов, элементы обшей алгебры, теории градов и комбинаторики.
Научная новизна работы заключается в следующем:
для выбранного класса МВС с учетом его особенностей предложен и обоснован способ структурно-функциональной организации ОС, обеспечивающие ее быстрое еозиание и совместимость с базовой однопроцессорное ОС;
предложены способы и средства организации управления разделяемыми ресурсами, удаленного выполнения ксманц и распределенного выполнения командных файлов, перемещения локальных ядер ОС МЕС по ОП без перезагрузки;
разработан алгоритм устранения тупиков, учитывающий в отличие от известных не только стоимости снятия процессов, но и такие их зависимости, при которых снятие одних процессов может потребовать снятия других;
предложены способ и средства резервирования'внешних устройств (ВУ), позволяющие резервировать ВУ как целиком, так и отдельными участками на других, в ряде случаев даже разнотипных ВУ или их участках. При этом чтение может быть задано, например, только с самого быстрого из резервирующих ВУ, что, в принципе, позволяет повысить не только надежности работы с ВУ и данными, но и скорость доступа по чтению;
предложены метод и средства отладки ОС МВС, основанные на возможности представления распределения ОП КЕС и размещения ОС МВС в ОП инструментально? однопроцессорное ЭВМ; эти средства обеспечивают существенное ускорение создания системы в целом;
на основе анализа существующих моделе!1 параллельных вычисление предложен новый аппарат моделирования параллельных процессов, выступающий как основа для создания средств подцеркки программировании МВС; в терминах этого аппарата сформулировано одно из необходимых условий корректности модели, для проверки которого разработан соответствующий алгоритм;
с помощью предложенного аппарата моделирования разработана и исследована модель одной из систем параллельных конкурирующих программных процессов; показана применимость этого аппарата для моделирования различных систем, соперчвщих параллельные процессы.
Практическая ценность ра-б.оты состоит в следующем:
!' I. Создана'версия ОС ЫВС, совместная с ОС РАІ0С, для работы на МВС, процессоры которых имеют счстему команд микропроцессора типа КІЄ0І, локальные СП и доступ к разделяемой обчіей ОП. Резидентные части ОС МВС реентерабельны и пригодны для размещения в ПЗУ. Локальные ядра ОС МВС обладают возможностью перемещения по ОП без перезагрузки. Возможна генерация различных вариантов ОС МВС применительно и конкретным особенностям аппаратной части МВС и специфике ее применения, а так же генерация ОС РАФОС с дополнительными функциями, разработанными для ОС МВС (перемещаемость, резервирование ' Ш, восстановление вычислений и т.п.). Созданы программные средства для отладки нгцальной версии ОС МВС на инструментальной однопроцессорной ЭВМ.
2. Разработана инструментальная система моделирования, позволяющая моделировать и исследовать ПО, разрабатываемое для МВС, наполняя при этом модель реальным программным содержимым, задаваемом на одном из традиционных языков программирования. Созданная система позволяет репать' задачи,'связанные не только с разработкой ПО, но и моделировать различные системы, содержащие параллельные процессы. Инструментальная система реализована на ЭВМ типа СМ-4 и ПЭВМ IBM PC/AT.
Реализация результатов работы. Основные результаты диссертации получены в ТПУ при выполнении хоздоговорных НИР и ОКР по темам: "Разработка алгоритмического и программного обеспечения систем контроля и диагностики сейсморегисгри-руюцих комплексов"; "Разработка системных программных средств многопроцессорной вычислительной системы". Созданная автором версия ОС МВС написана ка языке Макроассэмблер, при этом совокупный объем написании программ составил около 12 тысяч команд. При участчи автора на ЭВМ СМ-4 и на ПЭВМ IBM PC/AT была реализована инструментальная система моделирования параллельных процессов. Созданные алгоритмические и программные средства внедрены на МВС и инструментальных однопроцессорных ЭВМ Российского НИИ Космического приборостроения (г.Москва). Отдельные результаты работы внедрены в СКТБ сейсморээ-вецочной электронной техники (г.Краснодар) и в Институте физико-технических проблем РАН (г.Москва).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической кочТс-ренпии "Актуальные проблемы информатики, управления и вычислительной техники" 'г.Москва, I9S7 г.), I Всесоюзной конференции "!!?-->гк
- є
анализа надежности ПО на основе моделей нечеткой логики и качественных списания" (г.Киев, I9S7 г.), ка Ж и ХІУ Есесолзиьк научных студенческих конференциях но проблемам авиации и космонавтики (г.Москва, 1987 и 1968 г.г.), на ХХУІ Всесоюзной научной студенческой конференции "Студент и НТП" (г.Новосибирск, І98В г.), на Всесоюзной конференции "Моделирование систем информатики" (г.Новосибирск, 1988 г.), на Всесоюзной научно-техническо!* конференции "Микропроцессорные комплексы для управления технологическими процессами", (г.Грозный, 1969 г.), на П Всесоюзном совещании по автоматизированному проектирований программного обеспечения систгч управления цви-г.удикися объектами (Рыбачье, 1989 г.), на Региональных совещаниях по псг.єеіш вычислительным комплексам (г.Новосибирск, 1988 и 1989 гл.), на К"ицунарошюй конференции "Высокопроизводительные вычислительные системы в управлении и научных исследованиях" (г.Алма-Ата, 1991 г.).
Публикации; По результатам исслецосіямґі опубликовано П работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных за 142 страницах текста, включает 15 страниц иллюстрации, приложение нв 7 страницах и список литературы из 112 наименований. і'біцип объем диссертации составляет 178 страниц.
