Сети ЭВМ: анализ производительности и проектирование

Сеть ЭВМ определим как множество узлов, в которых располагаются вычислительные ресурсы (соединенные в свою очередь в сеть с помощью узловых коммутационных ЭВМ), связанные друг с другом множеством линий передачи (каналов передачи данных). Через эту сеть по линиям передачи данных передаются сообщения в виде команд, запросов, файлов и другие. В узловых коммутационных ЭВМ выполняются задачи, связанные с передачей сообщений (выбор маршрутов, передача квитанций, контроль ошибок и управление потоками, формирование очередей), вводом-выводом сообщений, которые возникают и адресуются терминалам и основным процессорам данного узла. Эти задачи отделены от основных вычислительных функций, требуемых от узлов (процессоры HOST) и переданы коммутационным ЭВМ (процессоры IMP в сети ARPANET, NSFNET, INTERNET).

На подсеть связи возложены следующие функции: принятие сообщений от любого источника (ЭВМ, терминалы данных), выбор маршрута следования сообщений, быстрая и надежная доставка сообщений в место назначения. Здесь могут быть выделены сети связи с коммутацией каналов, сообщений и пакетов. При цифровой передаче данных более предпочтительно коммутация сообщений и пакетов, что обеспечивает наименьшую задержку в сети.

Сети ЭВМ рассматриваются как системы коллективного использования ресурсов, основные их характеристики следующие:

1. время ответа системы или задержка;

2. производительность системы;

3. пропускная способность ресурса;

4. показатель использования ресурса или загрузка.

Предположим, что имеется поток заявок (требований) к ресурсу на выполнение работы с интенсивностью l заявок в секунду. Пусть С - пропускная способность ресурса в операциях на секунду, а 1/ m -среднее число операций, необходимых для выполнения задания. тогда среднее число секунд, требуемых заданием от ресурса, равно 1/ m×С, время ответа системы T=W+ 1/ m×С, где W – время ожидания в очереди, а загрузка ресурса r=l¤m×C.

При анализе такой системы важны соотношения между временем ответа Т, производительностью l, показателем использования ресурса r и пропускной способностью системы С. На эти соотношения существенное влияние оказывает структура системы.

Для этого рассмотрим некоторые возможные структуры распределения ресурса и его коллективного использования. Рассмотрим сначала m ресурсов, каждый с пропускной способностью, равной С / m и на каждый из m ресурсов поступает поток заданий с интенсивностью потока l / m (рисунок 7а). Эта структура представляет набор m систем массового обслуживания (СМО) типа G / G /1 (произвольное распределение) входного потока и времени обслуживания и один обслуживающий прибор с суммарной пропускной способностью С. Эта система не эффективна, т.к. задания могут выстраиваться в очередь перед одним из ресурсов, в то время как какой-то другой ресурс будет простаивать. На рисунке 7б показана одна очередь ко всему набору m ресурсов с суммарной интенсивностью l - это система G / G / m (m – число обслуживающих приборов). Эта структура эффективнее, т.к. задание не будет находиться в состоянии ожидания, если свободен какой-либо ресурс. Обе структуры обладаютодним и тем же показателем использования r=l¤m×C, однако остается некоторая нерациональность, заключающаяся в том, что некоторые ресурсы, оставаясь свободными, не используются для ускорения работы остальных занятых ресурсов. На рисунке 7в объединен как поток заданий, так и ресурсы – это системаG/G/1 с интенсивностью потока на входеl и пропускной способностью ресурса С. Рассуждая аналогично, придем к структуре, представленной на рисунке 7е), где показана лучшая система с объединенной очередью и объединенными ресурсами. Все шесть показанных систем имеют один и тот же показатель использования , но последняя система часто оказывается лучше, чем остальные (потому что она имеет меньшее время ответа Т). Путем анализа СМО можно показать, что если продолжить увеличение
входной интенсивности и пропускной способности, то можно добиться еще большей эффективности.

Необходимо заметить, что для моделирования ситуации, рассмотренной выше, т.е. когда распределения времени между заявками во входном потоке и времени обслуживания являются общими (произвольными) не существует точных методов, а имеющиеся приближенные методы дают слишком грубые результаты. Кроме этого, существующими методами не может быть учтена ограниченность емкостей буферных накопителей в сетях ЭВМ.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: