Отчёт
по лабораторным работам
по дисциплине «Архитектура вычислительных систем»
на тему «Исследование характеристик функционирования многопроцессорных систем»
Выполнил студент группы 07ВП1У
Курочкин А.С.
Проверил
Бикташев Р.А.
Пенза 2010
1 Исходные данные
Интенсивности поступления задач
| Задачи, решаемые системой, и интенсивности их поступления | |||||||||
| № задачи | Интенсивность | № задачи | Интенсивность | № задачи | Интенсивность | № задачи | Интенсивность | № задачи | Интенсивность |
Параметры задач
| Номер задачи | Трудоемкость процессорных операций, млн. операций | Среднее число обращений к файлам Nij | |||||||||
| F1 | F2 | F3 | F4 | F5 | F6 | F7 | F8 | F9 | F10 | ||
| - | - | - | - | - | - | ||||||
| - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - | - | ||||||
| - | - | - | - | - | |||||||
| - | - | - | - | - |
| № вари-анта | Организация ВЗУ(RAID-массива) | Организация каналов В/В | Способ назначения задач | Время выполнения операции в процессоре (нс) |
| RAID 4 | ОК | ДН | 0,45 |
Структурные параметры
Параметры накопителей внешней памяти
| Среднее время доступа к данным мс | Скорость передачи данных Мб/с | Объем выделенной внешней памяти Гб | |||
| НМДI | НМДII | НМДI | НМДII | НМДI | НМДII |
| 7,0 |
Параметры файлов
| Файлы | Длина файла Gi, Гб | Средняя длина сегмента gi, Мб | ||||
| F1 | 0,5 | 0,1 | ||||
| F2 | 1,0 | 0,16 | ||||
| F3 | 1,0 | 0,3 | ||||
| F4 | 1,5 | 0,12 | ||||
| F5 | 1,5 | 0,28 | ||||
| F6 | 2,0 | 0,36 | ||||
| F7 | 2,5 | 0,2 | ||||
| F8 | 3,0 | 0,3 | ||||
| F9 | 4,0 | 0,4 | ||||
| F10 | 5,0 | 0,5 | ||||
|
|
Разработка конфигурации многопроцессорной системы
Далее приведены расчёты с помощью которых мы получаем параметры исследуемой нами системы
В результате вышеприведённых вычислений была получена следующая конфигурация системы: три процессора, три накопителя НМД1, четыре накопителя НМД2 и три контроллера ввода-вывода.
3 Разработка аналитической модели МПВС
Исследование
Для оптимизации среднего времени ожидания в очередях и среднего времени пребывания заявки в сети, было принято решение увеличить количество процессоров и каналов ввода-вывода до четырех.
На рисунке 1 представлена схема стохастической сети, моделирующая исследоваемую систему. Процессоры в данной сети представлены вершиной S1, которая представляет собой четырехканальную СМО. Накопители НМД1 представлены вершинами S2, S3, S4 и НМД2 представлены вершинами S5, S6, S7, S8 которые являются одноканальными СМО. Контроллер ввода-вывода представлены вершиной S9, которая представляет собой четырехканальную СМО.
Рис. 1 –Стохастическая сеть, моделирующая исследуемую систему
Матрица вероятностей данной сети представлена на рисунке 2:
Рис. 2 – Матрица вероятностей стохастической сети
После построения стохастической сети она была исследована на различных параметрах процессора, накопителей НМД1 и НМД2 и контроллера ввода-вывода. Далее в таблицах и графиках приведены результаты исследования:
|
|
| интенсивность | 17,5 | 18,5 | 19,5 | ||||
| загрузка процессора | 0,64 | 0,66 | 0,67 | 0,69 | 0,71 | 0,73 | 0,75 |
| длины очередей в сети | 21,25 | 25,68 | 31,75 | 40,67 | 55,42 | 203,1 |
При изменении интенсивности входящего потока было выявлено, что интенсивность входящего потока, равная 20 является максимально возможной, при которой система работает нормально. Интенсивность входящего потока, указанная в моем задании, равная 19, является оптимальной для данной системы, так она обеспечивает хорошую производительность и дает возможность увеличения интенсивности входящего потока.
| производительность | 0,0041 | 0,0045 | 0,0049 | 0,0053 | 0,0057 | 0,0061 |
| загрузка процесссора | 0,65 | 0,71 | 0,77 | 0,84 | 0,9 | 0,96 |
| длина очереди | 0,65 | 1,11 | 1,91 | 3,49 | 7,34 | 26,16 |
| Среднее время пребывания заявки в сети | 3,48 | 3,51 | 3,57 | 3,66 | 3,88 | 4,88 |
При изменении производительности процессора было выявлено, что максимальная допустимая производительность процессорного элемента в построенной сети - 0,0061, а значит значение 0,0045, указанное в задании моего варианта, приемлемо для нормального режима работы и дает возможность увеличивать производительность.
| производительность НМД1 | 0,0035 | 0,004 | 0,0045 | 0,005 | 0,0055 | 0,006 |
| производительность НМД2 | 0,022 | 0,023 | 0,024 | 0,025 | 0,026 | 0,027 |
| число заявок в сети | 27,35 | 33,65 | 43,72 | 62,66 | 109,89 | 533,72 |
При изменении производительности накопителей данных, было выявлено, что их производительность можно уменьшить почти в полтора раза, не нанеся при этом ущерб производительности всей системы.
Исследование системы со статическим назначением задач
На рисунке 3 приведена схема стохастической сети, моделирующая исследуемую систему со статическим назначением задач.
|
|
Процессоры в данной сети представлены вершинами S1, S2, S3, S4. Накопители НМД1 и НМД2 представлены вершинами S5-S11. Четыре контроллера ввода-вывода представлены вершинами S12, S13, S14 и S15.
Рис. 3 –Стохастическая сеть, моделирующая исследуемую систему со статическим назначением задач
Матрица вероятностей данной сети представлена на рисунке 4:
Рис. 4 – Матрица вероятностей стохастической сети
После построения стохастической сети она была исследована по различным параметрам: процессору, накопителям НМД1 и НМД2 и контроллеру ввода-вывода. Далее представлены результаты исследования:
| изменение интенсивности входящего потока | ||||||||
| интенсивность | 17,5 | 18,5 | 19,5 | |||||
| загрузка процессора | 0,64 | 0,66 | 0,67 | 0,69 | 0,71 | 0,73 | 0,75 | |
| длины очередей в сети | 27,54 | 32,63 | 39,42 | 49,14 | 64,8 | 96,4 | 214,66 |
| производительность | 0,0041 | 0,0045 | 0,0049 | 0,0053 | 0,0057 | 0,0061 |
| загрузка процесссора | 0,65 | 0,71 | 0,77 | 0,84 | 0,9 | 0,96 |
| длина очереди | 1,2 | 1,76 | 2,68 | 4,38 | 8,35 | 27,3 |
| Среднее время пребывания заявки в сети | 3,97 | 4,06 | 4,15 | 4,36 | 5,36 |
| производительность НМД1 | 0,0035 | 0,004 | 0,0045 | 0,005 | 0,0055 | 0,006 |
| производительность НМД2 | 0,022 | 0,023 | 0,024 | 0,025 | 0,026 | 0,027 |
| число заявок в сети | 26,55 | 32,47 | 42,16 | 60,52 | 107,57 | 531,02 |
Статический метод назначения задач при изменении параметров незначительно сказался на результатах исследования.
Вывод
В ходе проделанной лабораторной работы, была исследована многопроцессорная система. Были вычислены параметры её составных частей, количество процессоров, количество накопителей на магнитных дисках и количество контроллеров ввода-вывода. Также работа данной многопроцессорной системы была смоделирована при помощи построения стохастической сети, и было произведено исследование её работы на различных параметрах её составных частей. При варьировании параметров её составных частей было выявлено, что производительность накопителей на магнитных дисках можно уменьшить в два раз а.
Сравнение систем с динамическим и статическим назначением показали практически одинаковые результаты по всем параметрам исследования стохастической сети.