- •Министерство образования и науки украины
- •1.3 Мпвс с перекрестной коммутацией
- •1.4 Мпвс с многовходовыми озу
- •1.5. Характеристики мпвс
- •1.6 Свойства мпвс
- •2 К о н в е й е р н ы е в с (к в с)
- •2.4 Структура конвейерного процессора
- •3 Вс с матричной структурой
- •4. Матричные процессоры
- •5. Ассоциативные вс (авс)
- •6 Систолические массивы
- •7 Однородные системы и среды
- •8 Многопроцессорная система с программируемой архитектурой (мпспа)
- •9 Функционально распределенные вычислительные системы
- •10.1 Структура соо
- •10.2. Сетевые модели соо
- •10.3. Теорема Джексона
- •10.4. Постановка задач синтеза соо
- •10.5. Синтез соо с заданным временем ответа (с заданной производительностью)
- •10.6. Синтез соо с заданной стоимостью
- •11. Планирование работ в вычислительных системах
- •11.1. Планирование по критерию минимума суммарного времени выполнения работ
- •11.1.3. Эвристический алгоритм планирования работ в вс
- •11.2. Планирование работ по критерию максимальной загрузки устройств
10.4. Постановка задач синтеза соо
Синтез СОО сводится к выбору параметров оборудования и алгоритмов управления вычислительными процессами, при которых СОО наиболее приспособлена для решения заданного класса задач.
Пусть СОО решает z типов задач с интенсивностью и состоит из n устройств с ценами S1,...,Sn и быстродействиями .
Задачи характеризуются потребностями в ресурсах устройств 1,...,n
(ресурсах ОП, внешней памяти, каналов и устройств ввода-вывода, времени процессора ).
Предположим, что для любой конфигурации технических средств могут быть определены коэффициенты простоя h1,..., hz коэффициент загрузки и среднее времена пребывания u1,...,uz задач типа 1,...,z в СОО.
Пусть T-период эксплуатации СОО , - 0штраф за задержку на единицу времени решения одной задачи типа 1,...,z.
Критерий сбалансированности СОО:
1 2
1 - определяет цену простоя оборудования в процессе решения задач.
2 - определяет штраф за задержку в решении задач j-го типа, поступающих в количестве за единицу времени.
Чем меньше потери (чем меньше C), тем выше эффективность СОО.
Чем меньше время ответа , тем выше качество системы.
При одинаковом быстродействии более эффективна система, оборудование которой используется полнее, т.е. решает большее количество задач в единицу времени.
При фиксированном потоке задач повышение быстродействия v1,...,vn устройств приводит к увеличению коэффициентов простоя n1 0,...,nn и уменьшению U. Увеличение быстродействия приводит к возрастанию стоимости S1 ,...,Sn .
Как правило, при расчетах используется не быстродействие отдельных устройств v1,..., vn, а обобщенное быстродействие системы V.
C
v
Рис.10.10.
Задача оптимального проектирования СОО:выбрать такие параметры технических средств и алгоритмы управления вычислительными процессами, чтобы при заданных штрафах за задержку в решении задач минимизировать величину C.
Постановка задач следующая:
1.Синтезировать систему, обеспечивающую решение заданного числа задач с интенсивностью при минимальном времени ответа (u ->min), причем стоимость системы не должна превышать S* (S<S* ).
2.S ->min,UU* .
10.5. Синтез соо с заданным временем ответа (с заданной производительностью)
В качестве модели СОО используем разомкнутую стохастическую
сеть.
P11 Допущения:
s1
p10 1) поток задач простейший;
2) экспоненциальный закон рас-
v1 пределения длительности об-
служивания заявок в каждой
s2 p12 системе сети.
V2
sn
vn p1n
Рис.10.11.
Среднее время пребывания задачи в сети,состоящей из n систем:
,
где ai - коэффициент передачи ( среднее количество обращений к
системе i ),
ui -время пребывания заявки в системе i.
В сети могут использоваться типовые устройства ЭВМ, производительность которых заранее известна.
S
v Их стоимость ,
где mi -количество i-типовых устройств стоимостью Si .
ni -количество типов ТУ.
Нетиповые устройства ЭВМ - у которых производительность может быть различной. Их стоимость:
,
где vi -быстродействие НТУ,
ki -коэффициент,
n2-их количество.
Общая стоимость ВС:
;
(10.2)
К (10.2) применим метод множителей Лагранжа. Составим функцию:
, где -неопределенный множитель.
Дифференцируем G по Vi:
, (i=1,...,n2)
Получим:
(10.3)
Vimin
(i=1,...,n1) (10.4)
mimin
Для нахождения неопределенного множителя используем соотношение, определяющее ограничение на время ответа СОО.ВС будет иметь минимальную стоимость, если U=U* .
В выражение (10.2) подставим (10.3) и (10.4) и получим:
можно рассматривать как время пребывания
задачи на типовых устройствах при бесконечном количестве этих
устройств.
(10.5)
Подставляя (10.5) в (10.3), получим vi ,которые называются оптимальным распределением быстродействия для СОО с заданным временем ответа.
Распределение быстродействий vi для каждого устройства i заключается в следующем:
1) для каждого устройства выделяется минимально необходимое быстродействие (при котором существует стационарный режим);
2) увеличение этого быстродействия за счет минимума затрат до значения, при котором выполниется ограничение на время ответа системы.
Величина добавочного быстродействия для каждого устройства ропорциональна корню нагрузки на устройство и обратно пропорционально ограничению U* на время ответа, т.е. чем меньше время ответа требуется от системы, тем больше величина добавочного быстродействия и, следовательно, стоимость системы:
(10.6)
где ki-коэффициент пропорциональности, отражающий стоимость единицы быстродействия.
Стоимость (10.6) минимальна:
1 2
1-определяет минимально допустимую стоимость СОО, при которой обеспечивается стационарный режим в системе без учета ограничений на время ответа;
2-дополнительная стоимость на устройства, при которой выполняется ограничение на время ответа.