Организация мониторинга параметров вычислительного процесса в комплексах и сетях ЭВМ при натурных и имитационных экспериментах Демуськов, Александр Борисович

Введение к работе

Актуальность темы, -Диссертационная работа посвящена разработке метода и средств исследований и адаптации вычислительного процесса на основе мониторинга параметров ВП и РН на ВС и имитационного моделирования технологии обработки информации на ВС и ЛВС. Задачи, возникающие при проектом моделировании ВП, адаптации ВП под РН и эксплуатации БПО ВС и ЛВС отличаются большой размеренно-егью, сложностью и трудоемкостью. Их решение требует дорогостоящих исследований и измерений на реально функционирующих ЭВМ, ВС и ЛВС. Поэтому разработано большое число средств аналитических исследований, методик измерения и адаптации параметров ВП под РН. Большинство из них, как правило, предполагает выполнение весьма сильных ограничений, существенных упрощений реальных процессов, что побудило развитие имитационных методов исследований ВС и ЛВС. Однако, и здесь возникают проблемы задания адекватной исходной информации для организации имитационных экспериментов (ИЭ). В силу трудоемкости и ресурсоемкости ИЭ задачи автоматизации измерений и разработки экономичных способов имитации ИЭ приобретают первостепенное значение. Как правило, существующие средства измерения в составе базового программного обеспеченн » (БПО) действующих или поставляемых ВС или ЛВС, не удовлетворяют исследователя. Из-за этого актуальна разработка средсгв мониторинга параметров ВП и РН как на реальных ВС и ЛВС, так и при постановке ИЭ. Множество проблем исследования ВП и РН на высоком уровне их детализации, наличие конкуренции модулей БПО за ресурсы ВС, отсутствие экономичных алгоритмов измерений параметров ВП и РН определило необходимость разработки метода исследования и адаптации ВП на основе средств мониторинга и технологий их применения. Учитывая наличие перечисленные выше проблем актуальной является задача разработки технологии организации мониторинга параметров ВП и РН в комплексах и сетях ЭВМ при натурных и имитационных экспериментах, которая базировалась бы на методе и средствах измерения и адаптации параметров ВП и РН.

Цель работы. Целью диссертации является разработка нового метода и средств автоматизации измерений параметров ВП и РН и создание технологии исследования и адаптации ВП под РЙ при натурных и имитационных экспериментах на ЭВМ.

Методы исследования, используемые в диссертации базируются на известных подходах к формализации сложных систем, способах перехвата прерываний ЦП, методах имитационного моделирования, математической статистики и планирования эксперимента. При создании измерительных мониторов и пакетов прикладных программ использовался общий технологический инструментарий прикладного программирования и базовая система моделирования МІСІС.

Научная новизна работы на момент опубликования ее основных результатов заключалась в следующем:

1. Предложена методика формализации ВП н РН на ВС с семиуровневой их детализацией, основанная на представлении процесса использования ресурсов ВС и изоесгиых принципах трассировки функционирования компонентов ВС. Она позволила представить иерархию информационных услуг по уровням детализации и разделить параметры ВП на базовые и производные, формируемые на разных стадиях процессов измерения. В отличие от известных подходов к измерению параметров ВП и РН состаЕ статистики ориентирован на описание динамики взаимодействия РН и компонентов ЭВМ.

2. Разработано семейство измерительных мониторов, отличающееся наличием автоматической их настройки на режим работы управляющей программы ОС и возможностью активизации и деактивизацин их работы. Специализация по измерительным функциям, двухстадинчая организация измерений и возможность выбора состава измеряемых параметров ВП и РН обеспечивают минимум расхода ресурсов ЭВМ на организацию мониторинга. В семейство мониторов включена также библиотека имитационных моделей ВП и РН с транзактно-процессным способом имитации, реализующая довычисление тех характеристик ВП и РН, которые трудно выполнить в ходе натурных экспериментов с ВС.

3. Предложена методика организации мониторинга с помощью двух ППП MATROS и OSSTAN, обеспечивающая возможность экспериментального определения степени совмещения операций ввода-вызода с работой ЦП и автоматической настройки наборов данных при генерации ОС или при подгонке режимов ее работы к медленно меняющейся РН на ВС.

4. При организации итерационной процедуры мониторинга параметров ВС с помощью имитационного моделирования предложено в качестве критерия остановки использовать^ максимальное значение коэффкци-

ента чувствительности откликов ИМ ВП и РН к изменениям ее параметров.

5. Построена полумарковская модель использования ЦП задачами пользователей, позволяющая проводить анализ качества мультипрограммной смеси задач для ОС ЪС ЭВМ.

6. Предложена технология автоматической реорганизации библиотечных наборов данных и выбора состава резидентных модулей ОС ЕС.

Практическая значимость работы на момент основных публикаций и внедрения ее результатов заключалась в следующем:

1. Метод и средства автоматизации измерений параметров ВП и РН обеспечивают оперативную организацию натурных экспериментов на ЕС ЭВМ с высокой эффективностью и малой ресурсоемкостью измерительных операций.

2. Относительно малые накладные расходы на организацию мониторинга с помощью ППП MATROS параметров ВП и РН позволяет проводить в условиях промышленной эксплуатации ОС ЕС комплексные исследования ВП и РН для получения необходимой статистики для "запитки" ИМ ВП и РН.

3. Возможность измерения нестандартной статне гики моделирования ВП и РН при решении следующих задач проектного моделирования: поиск узких мест в организации ВП ЭВМ, комплексов и сетей ЭВМ; адаптация ВП под существующую РН; оценка влияний характеристик надежности оборудования БС на параметры ВП и качестпо обслуживания пользователей.

4. Большинство операций мониторинга автоматизировано и от пользователей требуются только минимальные навыки работы на ЭВМ как для адаптации ВП под существующую РН, так и при исследовании качества организация ВП и РН.

5. Сами методики перехвата являются универсальными и могут использоваться при различных типах ЭВМ и для различных вариантов организации обработки информации на ЭВМ, ВС и сетях ЭВМ.

6. Полученные при апробации методики модификации ИМ ВП для целей мониторинга рабочие области изменения параметров [інтенсивностей PH. Их можно использовать в регрессионных моделях при исследовании влияния архитектуры информационной базы данных (ИЕД) и скоростей работы ЦП для предсказания изменения характеристик 53П и РН.

Реализация результатов исследования. Исследорания проводились в рамках госбюджетной и хоздоговорной тематики Гомельского государственною университета им. Ф. Скорины в соответствии с техническим заданием на следующие НИР:

1.НИР ХД-81-06 "Разработка методов и средств повышения эффективности применения ЕС ЭВМ", № roc. Per. 81032727;

2. ХД 82-08 "Разработка измерительно - моделирующего комплекса для
автоматизированной системы управления и развития ВККП САПР".
№ гос. Per. 0 і 83001 і 162;

3. ХД 84-01 "Разработка и апробация средств исследования и адаптация
вычислительного процесса ЕС ЭВМ под структуру запросов пользова
телей ИВЦКП", № гос. Per. 1840007599;

4. ХД 84-02 "Разработка методики оценки функционирования ВЦКП на базе ЕС ЭВМ с помощью пакета задач исследования OSSTAN" № гос. Per. 01840014310;

5. НИР ХД-85-01 "Разработка технического проекта на создание программных комплексов". №гос. Per. 01850025945;

6. САПР-15 "Разработка методики использования моделей при создании ВККП, ориентированных на САПР, и реализация ее в виде программг ных модулей в составе комплексной Белорусской республиканской проблемы САПР. № roc. Per. 81018592;

7.ГБЦМ-91-03 "Разработка системы моделирования интеллектуальных систем". № гос. Per. 01910017997;

8. ГБЦД-92-10 "Разработка методологии и средств имитационного моделирования сложных кибернетических систем с программируемым интеллектом; " -

9. "ИНТЕЛЛЕКТ -33" "Автоматизация имитационного эксперимента с моделями интеллектуальных процессов в инженерно - информационных системах" в составе комплексной Белорусской республиканской проблемы "ИНТЕЛЛЕКТ". № гос. per. 19971338;

10. ППП "STATOS" сдан в ГосфАП г.Кштинин. 1983 г. НПО "Центрпрограммсистем" под номером П006469;

11. ППП "OSSTAN" сдан в ГосфАП г.Калинин, 1985 г. НПО "Центрпрограммскстем" под номером 30830000405;

Модифицированные модели ИМ ВП и РН на ВС и ИМ ВП и РН на ЛВС, а также методики их применения внедрены в учебный процесс и используются при подготовке студентов математического факультета ГГУ им. Ф.Скариныпо специальности Н.08.01 ("Прикладная математика" ).

ППП "MATROS" и ППП "OSSTAN" внедрены соответственно в 5 и 7 организациях СССР с общим экономическим эффектом в 632,4 гыс,руб.( в ценах 1990 г.) при долевом участии автора в 94.9 тыс.рублей.

ППП "MATROS" и технология его использования демонстрировались в 1988 году на ВДНХ СССР и награждены серебряной медалью.

Личный вклад соискателя определяется следующим. Все основные положения формализации ЗГІ и РН, методик организации измерения и основные программные средства мониторинга параметров ВП и РН выполнены автором лично. Результаты апробации средств и методик организации мониторинга изложены автором в совместных работах.

Апробации работы. Основные результаты работы доложены н обсуждены на следующих научно-технических конференциях:

всесоюзная конференция " Проблемы проектирования ВЦКП", Минск, 19SI г.;

всесоюзная конференция " Проблемы проектирования ВЦКП и развития АСУ, Душанбе, 1983 г.;

республиканская конференция "Теория и практика имитационного моделирования сложных систем", Одесса, 1983 г.;

всесоюзная конференция "Моделирование дискретных управляющих и вычислительных систем", Свердловск, 1984 г.;

всесоюзная конференция опыт организации вычислительного процесса в АСУ", Ижевск, 1984 г.;

научно-практическая конференция НИЦЭВТ, М. МДНТП, 1985 г.;

научно-практическая конференция НИИ ЭВМ "Перспективы развития и.проблемы эффективного использования ЭВМ общего назначения и персональных ЭВМ", Минск, (987 г.;

всесоюзная научно-практическая конференция "Вопросы экономики и организации информационных технологий", Гомель, 1991 г.;

международная математическая конференция, ігосвяіценная 25 -летаю ГГУ им. Ф. Скорины, Гомель, 1994 г.;

международная научно-практическая конференция "Информаїика и рыночная экономика" Гомель, 1994 г.;

международная конференция памяти академика С.Л.Чушшша "Проблемы алгебры и кибернетики", Гомель, 1995 г.;

VI международная научная конференция "актуальные проблемы информатики", Минск, 1998 г.;

* первая международная конференция "Цифровая обработка и управле
ние d чрезвычайных ситуащшх", Минск, 1998 г.;

» вторая международная научно-техническая конференция

"Моделирование интеллектуальных процессов проектирования и производства", Минск. 1998 г.;

международная научно-техническая конференция " Актуальные про
блемы развития транспортных систем", г. Гомель, 1998г.;

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, 14 тезисах докладов всесоюзных и международных научно-технических конференций, а также в итоговых отчетах ГГУ им. Ф. Скорииы но перечисленным ПИР. На защиту выносится:

1. Методика многоуровневой формализации ВП и РН.

2. Мез од и средства автоматизации измерений параметров и адаптации ВП под РН при организации натурных экспериментов на ЕС ЭВМ.

3. Технология организации мониторинга параметров ВП в ЭВМ ком
плексах и сетях ЭВМ При натурных и имитационных экспериментах с

помощью разработанных средств автоматизации измерении.

4. Результаты апробации метода, средств измерений и методик органи
зации мониторинга при натурных экспериментах с ОС ЕС ЭВМ и мо
дельных экспериментах в ходе проектпого моделирования ЛВС.
Днстоьгрна^іь научных положений и практических рекомендаций ме
тода и технологий использования средств измерения при реализации ме
тода подтверждено в ходе выполнения НИР в ГГУ им. Ф.'Скорииы, при
внедрении и опытной эксплуатации ШІГ1 MATROS и OSSTAN, а также
при использовании ИМ ВП и РН и ЛВС в учебном процессе.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из: введения, 5-П) глав, выводов н списка использованных источников из 136 наименований, 4-х приложений. Полный объём диссертации содержш 207 араницы, из них 100 сірашіц основного тексіа, 59 страниц занимают приложения, ⁽> страниц содержит список использованных неї очников, 17 страниц иллю-сфацнч (ь количестве 17 штук), на 2В станицах приведено 44 таблицы.