MS_glavy_123 (Учебное пособие), страница 11

Процессы и состояния объектов. Порядок функционирования системы в модели задается совокупностью алгоритмов, описываю­щих преобразования объектов. Алгоритм обработки строится с учетом структурных связей между элементами системы и дейст­вующего в ней закона управления. Он представляет основу для построения блок-схемы соответствующей программы. Программа, имитирующая определенные стадии обработки поступающих «со­общений» (объектов), называется в модели процессом. Как отмеча­лось ранее, в модели может быть несколько одновременно (псевдо-одновременно) работающих процессов. Это обеспечивается путем «остановки» модельного времени для некоторых процессов. Каж­дый объект в модели может находиться в одном из следующих со­стояний: активном, активизированном и состоянии ожидания. В последнее состояние объект переводится либо соответствующими операторами, либо в результате постановки объекта в очередь вследствие невыполнимого запроса на ресурс. При этом соответст­вующий процесс входит в фазу приостановки.

Активизация процессов или их участков осуществляется монитором, который получает необходимую информацию от соответст­вующих операторов языка. К таким операторам, например, отно­сятся:

операторы запроса на ресурсы — ЗАХВАТИТЬ <имя устройст­ва>, ЗАНЯТЬ <имя памяти, требуемый объем>;

операторы освобождения ресурсов — ОСВОБОДИТЬ <имя уст­ройства>, ОСТАНОВИТЬ <имя памяти, объем>;

операторы, указывающие необходимые временные или логиче­ские задержки, отображающие ход системного времени — ЖДАТЬ <арифметическое выражение>, ЖДАТЬ ПОКА <логическое выражение> <указатель состояния>.

Введение понятия процесса освобождает от необходимости отдельно рассматривать постоянные и временные объекты системы, с одной стороны, и алгоритмы, описывающие функционирование с другой стороны. Класс процессов может рассматриваться как класс объектов, которые характеризуются значениями своих атрибутов и алгоритмом поведения. Если алгоритм поведения объектов некоторого класса процессов отсутствует, то такой класс объектов является лишь описанием структуры пассивных объектов системы.

Признаком процесса является наличие оператора ПРОЦЕСС <имя процесса>,<параметры процесса>.

В ходе моделирования могут порождаться новые процессы и уничтожаться старые. При порождении нового процесса порож­дающий процесс не будет остановлен, и в модельном времени квазипараллельно пойдут два процесса — старый и новый. Создание процесса осуществляется оператором НОВЫЙ ПРОЦЕСС <имя процесса>,<метка входа>. При этом сообщаются необходимые па­раметры процесса или объекта.

Уничтожение осуществляется оператором УНИЧТОЖИТЬ <имя процесса>.

Глобальные и локальные переменные. При моделировании необходимо представлять параметры системы, вводить перемен­ные, описывающие свойства и поведение ресурсов безотносительно к отдельным объектам или их классам. По отношению к отдельным процессам эти переменные — глобальные, т.е. доступные для ис­пользования и изменения в любом процессе модели. К глобальным относятся переменные, представляющие значения текущего време­ни в модели, а также представляющие любые интересующие иссле­дователя характеристики поведения системы, как, например, время пребывания заявок в системе, время ожидания их в очередях и т.д.

Другую группу образуют переменные, представляющие свойст­ва объектов системы. Они ограничены одним процессом и называ­ются локальными. Значения локальных переменных задаются при образовании объектов и в общем случае могут изменяться при функционировании системы.

Поведение системы во времени представляется последователь­ными значениями глобальных переменных модели, их текущие значения определяются состояниями системы в некоторый фикси­рованный момент времени. Изменение любой переменной, входя­щей в совокупность глобальных переменных, называется событи­ем. Функционирование системы рассматривается как последова­тельность ее состояний.

Операторы и стандартные функции. Для описания математи­ческих операций и операций управления в языках моделирования существуют специальные функции.

В некоторых языках есть операторы управления очередью, по­становкой в очередь, выбором из очереди, операторы синхрониза­ции и др. При этом могут указываться дисциплины обслуживания «сообщений» (типа FIFO, LIFO и др.) и ряд других операторов, например, обеспечивающих вывод информации и облегчающих отладку программ.

Для генерации значений случайных чисел в языках используют­ся стандартные функции, реализуемые с помощью подпрограмм с передачей им параметров, характеризующих закон распределения (например, NORMAL (M, D)). В некоторых языках функции и зна­чения распределений могут задаваться в виде гистограмм.

В языках есть операторы, организующие сбор статистики. Так, оператор ТАБУЛИРОВАТЬ обеспечивает сбор и вывод указанной информации в виде гистограммы (таблицы) в соответствии с за­данным описанием, а оператор окончания моделирования прекра­щает моделирование и включает выдачу накопленной статистики, например оператор СТОП.

В качестве общих рекомендаций по применению языков моде­лирования, входящих в состав программного обеспечения наиболее распространенных ЭВМ, можно отметить следующее.

Система моделирования GPSS хорошо разработана и отлажена, имеет более полную документацию, сильные средства отладки, большое количество стандартизированных средств, возможность перераспределения используемой памяти. Однако следует заметить, что GPSS является более узкоспециализированной системой моделирования. Она предназначена в первую очередь для имитации движения объектов при фиксированной блок-схеме и наиболее удобна при создании небольших моделей отдельных блоков и узлов АСУ.

Система моделирования GPSS допускает вставки на уровне АССЕМБЛЕР, что позволяет создать макрорасширение языка для использования результатов работы разных моделей.

1. Некоторые пути сокращения требуемых объемов памяти и времени при реализации имитационных алгоритмов

Требуемые объемы памяти моделирующей ЭВМ и затраты ма­шинного времени на работу моделирующей программы всегда бы­ли и остаются факторами, ограничивающими ее допустимую слож­ность.

Требования к объему памяти можно представить в виде двух составляющих: статический объем и динамический объем. Статиче­ский объем памяти требуется для хранения исходной модели­рующей программы (вместе с необходимыми исходными данными) и вспомогательных блоков системы моделирования — монитора и интерпретатора. Обозначим требуемые объемы памяти соответственно, тогда

В свою очередь, память для программы складывается из объ­емов:

а) занимаемого операторами языка, составляющими программу, после их компиляции на промежуточный или машинный язык ;

б) резервированного под рабочее поле для интерпретации в ходе моделирования ;

в) отведенного для хранения исходных данных — глобальных переменных.

Таким образом, статическая составляющая объема памяти, вы­деленная для работы моделирующей программы,

, (3.1)

где П — количество процессов в программе моделирования; i — номер процесса.

Объемы памяти и обычно указываются в техническом описании системы моделирования и пользователь практически не имеет возможностей их изменить. Чтобы уменьшить величину , учитывая, что параметр П и все составляющие третьего слагаемого суммы (3.1) зависят от сложности исследуемой модели, прежде всего необходимо выбирать из иерархической системы моделей наиболее простые модели, содержащие минимум элементов и па­раметров, достаточный для достижения цели исследования. Кроме того, следует выбирать такие операторы (блоки) языка моделиро­вания, которые требуют наименьших объемов памяти и .

Динамический объем памяти существенно зависит от максимального числа параллельно работающих процессов , количества формируемых в ходе моделирования копий процессов, от числа и типов формируемых в ходе моделирования локальных переменных:

где — объем памяти, отводимый для хранения локальных пе­ременных; — число копий i-го процесса ( = 0,1,2, ...).

Следует подчеркнуть, что указанные объемы рассчитываются с учетом работы блока сбора статистики.

Сокращение величины обеспечивается упрощением модели, сокращением числа параллельно работающих процессов и умень­шением объема собираемых статистических данных. В настоящее
время разработаны системы моделирования, позволяющие уменьшить ограничения на величины и путем использования виртуальной памяти.

Однако такие системы требуют существенно больших затрат времени.

Перейдем к рассмотрению вопроса о затратах машинного вре­мени на реализацию программы моделирования и о путях его со­кращения. Оно достигается, во-первых, рациональной организацией программы, реализуемой на каждом прогоне, и, во-вторых, уменьшением количества прогонов.

В тех случаях, когда программирование ведется на универсальном языке или в распоряжении программиста имеется большой выбор языков моделирования, важно правильно выбрать принцип построения имитационного алгоритма: с детерминированным (постоянным) шагом или со случайным шагом (по особым состояниям — по событиям).

В случае фиксированного шага при моделировании m элементов на интервале времени требуется выполнить проверок необходимости изменения состояния системы (при условии, что интервал выбран так, чтобы за изменялось состояние не более одного элемента). Если среднее время нахождения каждого элемента в одном состоянии равно , то число изменений состояния системы на интервале равно .