Для имитации распределенной обработки информации в ЛВС предлагается использовать ПТКИ, реализующий транзактный способ представления структуры запросов РН l-го типа на ЛВС [9]. Для этой цели на входе ИМ узлов ЛВС генераторами транзактов (GENl) формируются информационные транзакты (TRIN), в телах которых находятся ВСГl реализации ВГВП на ЛВС. Каждый GENl на входе j-го узла ЛВС с интенсивностью лl формирует TRIN, которые затем обслуживаются ИМ ВП в ЛВС. По информации, сосредоточенной в массиве параметров МТХОij, формируются запросы пользователей l-го типа на i-м узле ЛВС на ресурсы ЛВС. С помощью ВСГl формируются последовательности управляющих транзактов (UTRijl), которые в сумме образуют поток запросов РН на ресурсы ЛВС. Каждый UTRijl представляет собой заказ к ИМ ОС ЛВС на ресурсы, в котором указывается: номер узла (j), принадлежность заказа к МТХОij (ij), стоимость выполнения МТХОij (Сij). Конкретные значения ресурсов ЛВС, затребованных для выполнения МТХОij в s-й реализации разыгрываются при имитации выполнения ВСГl по функциям распределения этих параметров (1).
Реализация {МТХОij} согласно графа ВСГl имитируется на устройствах обработки узлов ЛВС. На j-м узле ЛВС расходуется три типа ресурсов: ЦПj, HDDj, MEMj. При этом предусмотрен монопольный захват ресурсов (ЦПj) и памяти (MEMj), а также частичный захват ресурса HDDj объема (Vijl) на время выполнения МТХОij(фijl). По завершении очередного выполнения МТХОij ресурсы возвращаются узлам ЛВС и становятся доступными для очередного их захвата следующей МТХОij. При реализации всех {МТХОij} в ходе выполнения l-го запроса РН суммарное время использования ресурсов узлов ЛВС вычисляется по формуле:
фijl = фsetl + фoswl + фЦПijl + фHDDijl + фожЦПijl + фожHDDijl + фожsetijl, (2)
где фsetl, фoswl - постоянные значения затрат времени на выполнение сетевых операций по пересылке запросов пользователей l-го типа с i-го узла на выполнение в j-м узле ЛВС; фЦПijl, фHDDijl - сформированные по функциям распределений времена использования ресурса ЦПj и HDDj; фожЦПijl, фожHDDijl, фожsetijl - статистики ожиданий запросов ресурсов, сформированные по инициативе UTRijl на ресурсы соответственно ЦПj, HDDj и устройства сетевого доступа.
Динамику обслуживания транзактов TRINl и UTRijk при выполнении s-й реализации ВСГl представляем следующим образом. Как только в структуре TRINl определяется необходимость выполнения МТХОij, формируется UTRijk, который поступает к k-у устройству j-го узла обработки OSWj, имитирующему выполнение управляющего модуля ОС ЛВС длительностью фOWS. Далее UTRijk поступает в очередь к ресурсу сетевого доступа (SETj), имитирующего пересылку запроса по сети согласно заданной заранее топологии ЛВС длительностью фSET. Затем UTRijk последовательно обслуживается имитаторами различных ресурсов j-го узла ЛВС (ЦПj и HDDj). Для отображения монопольного захвата основных ресурсов j-го узла ЛВС используется система очередей на их входе согласно обобщенной модели функционирования устройств обработки запросов на ресурсы j-го узла, представленной на рис. 1.
После завершения обслуживания транзакта UTRijk уничтожается. В моменты освобождения устройства обработки j-го узла ЛВС из входной очереди выбирается очередной UTRijk и формируется сигнал «закрыть» устройство МТХОij, имитирующий начало выполнения МТХОij(tнlk). В момент уничтожения UTRijk формируется сигнал «открыть» устройство USМТХОij, имитирующий конец выполнения МТХОij(tklk). Таким образом, автоматически имитируется выполнение МТХОij длительностью фil = tklk - tнlk. Далее в случае, если очередь к устройству USМТХОij не пустая, выбирается из входной очереди следующий транзакт TRINl, формируется сигнал создания транзакта UTRij, по которому из GENUj поступает UTRij во входную очередь к устройству обработки j-го узла ЛВС (USISPj), и весь цикл выполнения МТХОij парой транзактов TRINl и UTRij повторяется. На рис. 1 приведена обобщенная схема ИМ j-го узла ЛВС, состоящая из следующих процессов: генератора TRIN (GENl), поглотителя TRIN (POGl), генератора UTRij(GENUj), поглотителя UTRij (POGUl), имитатора выполнения МТХОij (US МТХОij), имитаторов устройств-исполнителей (US ISPj) запросов ресурсов ЛВС (OSWj, SETj, ЦПj, HDDj), которые связаны между собой системой входных очередей имитирующих ожидания UTRijk соответствующих ресурсов j-го узла ЛВС.
Рис. 1. Блок-схема связи устройства-имитатора IMITj выполнения МТХОij c устройством-имитатором расхода ресурсов j-го узла ЛВС
Имитационная модель распределенной обработки информации в ЛВС
Среди ИМ, приведенных выше, для распределенной обработки информации в ЛВС наибольший интерес представляет модель 3-го типа. Именно этот тип ИМ наиболее полно отражает динамику взаимодействия РН и оборудования ЛВС при распределенной обработке информации. На рис. 2 представлена модель взаимодействия РН и ЛВС для случая распределенной обработки информации на двух узлах. При этом источником запросов является узел 1.
Устройство «Генератор транзактов» является источником задач РН. Он генерирует транзакты, имитирующие тип 6 запросов пользователей для обработки в ЛВС. Устройство «In» имитирует обслуживание запросов, необходимое для ввода информации, задаваемой пользователем перед отправкой его запроса на дальнейшую обработку. Время (tIn) обслуживания заданий на устройствe «In» имеет равномерное распределение. Устройство «OS» имитирует обслуживание запросов пользователей операционной системой время tos. При этом имеются два блока имитации обработки запросов: собственно сама ОС и блок распределения запросов «Vibor», в зависимости от их типа. Устройство «CALC» имитирует обслуживание запросов на ЦП. Время обработки (tCALC) «зашито» в теле транзакта и определяется перед началом моделирования. Устройство «Out» имитирует вывод полученных результатов путем временной задержки (tOut) с равномерным законом распределения. Это устройство имеет два состояния: 0 - состояние, когда результаты, приходящие на обслуживание, окончательные; 1 - состояние, когда результаты, приходящие на обслуживание, должны быть пересланы на устройство «In». Устройство «СПД» имитирует передачу информации (исходной, промежуточной, конечной) или запросов пользователей между узлами. Устройство «СПД» имеет две очереди: прямую и обратную (в прямом и обратном направлении движения информации по ЛВС соответственно). Длительность операции пересылки определяется перед началом моделирования матрицей пересылок между узлами ЛВС. Для каждого транзакта имеется свое время пересылки (tСПД). Устройство «Поглотитель» служит для уничтожения транзактов из ИМ.
Рис. 2. Имитационная модель обработки информации в ЛВС
При взаимодействии транзакта с оборудованием узла и направлением его движения для обработки в ЛВС выделяют следующие типы транзактов, при этом подразумевается, что источником запросов является узел 1.
1. Обработка транзакта происходит на узле 1, затем на узле 2. Вывод на узле 1.
2. Обработка транзакта происходит на узле 1, затем на узле 2. Вывод на узле 2.
3. Обработка транзакта происходит на узле 1. Вывод на узле 2.
4. Обработка транзакта происходит на узле 2. Вывод на узле 2.
5. Обработка транзакта происходит на узле 2. Вывод на узле 1.
Таким образом, исходя из наличия типов оборудования узла ЛВС, можно сформировать «тело» транзакта, поступающего на обработку в ЛВС:
Trj(i, j, Tобр(tIn, tos, tCALC, tOut, pout(0;1), tСПД, type(1,2,3,4,5), kпер)),
где i, j - номер узла и номер транзакта соответственно; tIn - время обслуживания транзакта в блоке In; tos - время обслуживания транзакта в блоке OS; tCALC - время обслуживания транзакта в блоке CALC; tOut - время обслуживания транзакта в блоке Out; pОut(0;1) - тип пересылки транзакта в блоке Out; tСПД - время обслуживания транзакта в блоке СПД; type(1,2,3,4,5) - тип транзакта один из (1,2,3,4,5); kпер - количество пересылок транзакта между узлами.
Имитация динамики взаимодействия транзактов и ЛВС представляется следующей последовательностью.
1. Устройство «Генератор транзактов» формирует информационный транзакт j (TRINij) и отправляет его на устройство «In1».
2. На устройстве «In1», если это необходимо, происходит имитация ввода данных пользователем с задержкой. Транзакт пересылается на устройство «OS1».
3. Здесь происходит выбор направления движения транзакта на устройства узла в зависимости от типа транзакта type(1,2,3,4,5).
4.1 Транзакт поступает на устройство «CALC1». Здесь транзакт обрабатывается tCALC единиц времени, после чего поступает на устройство «СПД1».
4.2 Транзакт поступает на устройство «СПД1». Здесь транзакт обрабатывается tСПД единиц времени, после чего, в зависимости от направления, поступает либо на устройство передачи данных узла 2 «СПД2», либо на устройство «Out1».
5.1 Транзакт поступает на устройство «СПД2», обрабатывается tСПД единиц времени, после чего, в зависимости от направления, поступает на устройство «OS2» или на устройство «СПД1» - переход к п. 4.2.
5.1.1 На устройстве «OS2» транзакт обрабатывается tos единиц времени, после чего поступает или на устройство «CALC2», или на устройство «Out2».
5.1.1.1 На устройстве «CALC2» транзакт обрабатывается tCALC, затем поступает на устройство «СПД2» или «Out2».
5.1.1.2 На устройстве «Out2» транзакт обрабатывается tOut, затем поступает на устройство «In2» или на «Поглотитель2».
5.1.1.2.1 На устройстве «In2» происходит имитация ввода данных пользователем. Транзакт пересылается на устройство «OS2» - переход к п. 5.1.1.
5.2 Транзакт поступает на устройство «Out1» обрабатывается tOut единиц времени, после чего, в зависимости от типа pout =1, либо поступает на устройство «In1» и переход к п. 2, либо pout = 0 - поступает на устройство «Поглотитель» и там уничтожается.
Заключение
Изложение методики и средства имитации распределенной обработки информации в ЛВС обладают преимуществом в использовании над методиками имитационного моделирования с помощью полумарковских процессов при проектном моделировании ЛВС в тех случаях, когда реальная сеть еще не существует, и решается задача выбора состава и размещения ресурсов узлов ЛВС, адаптированных для решения тех задач, которые преимущественно будут решаться на проектируемой ЛВС. Полумарковский подход к исследованию ВП в ЛВС эффективен только в тех случаях, когда ЛВС уже существует, известен статистический портрет РН на ЛВС и ставится задача с помощью имитационного моделирования перераспределить ресурсы узлов ЛВС при адаптации ВП на ЛВС к требованиям РН на узлах ЛВС.
Литература
1. Зайченко Е.Ю. Анализ структуры глобальных вычислительных сетей. - К.: ЗАО «Укрспецнопроект», 1998. - С. 108.
2. Коваленко И.Н., Николаев А.Н. Приближенный расчет и оптимизация надежности. - К.: Наук. думка, 1989. - 182 с.
3. Демиденко О.М., Максимей И.В., Агеенко И.В. и др. Имитационное моделирование вычислительного процесса в узлах локальной сети // УСиМ. -2000. - №5/6. - С. 101-107.
4. Демиденко О.М., Максимей И.В. Проектное моделирование вычислительного процесса в локальных вычислительных сетях. - Мн.: Белорусская Наука. - 2001. - 252 с.
5. Демиденко О.М., Максимей И.В. Влияние конкуренции запросов пользователей за ресурсы вычислительного процесса на организацию вычислительного процесса // Математические машины и системы. - 2001. - №2. - С. 3-9.
6. Демиденко О.М. Технология мониторинга и адаптации вычислительного процесса под рабочую нагрузку на локальную вычислительную сеть. - Мн.: Белорусская Наука, 2002. - 193 с.
7. Жогаль С.И., Максимей И.В. Задачи и модели исследования операций. Ч.1. Аналитические модели исследования операций: Уч. пособие. - Гомель: БелГут, 1999. - 103 с.
8. Максимей И.В., Серегина В.С. Задачи и модели исследования операций. Ч. 2. Методы нелинейного и стохастического программирования: Уч. пособие. - Гомель: БелГут, 1999. - 103 с.
9. Максимей И.В., Левчук В.Д., Маслович С.Ф. и др. О проблемной модификации программно-технологического комплекса имитации технологических процессов производства // Известия Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины. - Гомель, 2003. - № 3(18). - С. 38-41.
10. Максимей И.В., Левчук В.Д., Жогаль С.П. Задачи и модели исследования операций. Ч. 3. Технология имитации на ЭВМ и принятие решений: Уч. пособие. - Гомель: БелГут, 1999. - 150 с.