573 (интерпретатор GPSS и описание к нему)

Государственный комитет Российской федерациипо высшему образованиюУльяновский государственный технический университетИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НА ЯЗЫКЕ GPSSметодические указанияСоставители: О.Н.ЕвсееваВ.В.ШишкинУльяновск 1995-2-УДК 681.03Имитационное моделирование на языке GPSS : Метод. указ. /О.Н.Евсеева, В.В.Шишкин. - Ульяновск: УлГТУ, 1995. - 40 с.Настоящие методические указания разработаны в соответствии спрограммой курса "Моделирование" и предназначены длястудентовспециальности 2201, 5528.Предлагаемый практикум может быть использован для обучениястудентов методам построения дискретных имитационных моделейвычислительных систем различного типа средствами специальногоязыкаимитационного моделирования GPSS.Рецензент ______________________________________________Рекомендован к изданиюметодической комиссией РТФУльяновский политехнический институт, 1995..-3СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ41.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ1.1. Модели массового обслуживания41.2. Назначение и состав системы моделирования71.3. Сокращенное описание объектов GPSS81.4. Протокол и результаты работы программы на GPSS102. ПРИМЕНЕНИЕ GPSS ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 122.1. Моделирование ВС, представленных как одноканальные системы массового обслуживания132.2. Модель мультипрограммной ВСколлективного пользования 192.3. Модели ВС с изменяемой интенсивностью обслуживания задач и случайным выбором программы обработки212.4. Модели ВС с различными дисциплинами обслуживания242.5. Модель последовательной ВС262.6.

Модель параллельной ВС273. ПРАКТИКУМ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ВС НА GPSS283.1. Общий порядок выполнения заданий283.1.1. Самостоятельная подготовка студентов283.1.2. Содержание отчета283.2. Задания практикума293.2.1. Моделирование случайных величин293.2.2. Моделирование ВС как СМО с одним обслуживающимприбором343.2.3. Моделирование многопроцессорных ВС с перераспределением потока заявок353.2.4.

Формирование потоков заявок ВС37ЛИТЕРАТУРА40-4ВВЕДЕНИЕИмитационное моделирование - это процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой моделис целью либо понять поведение системы, либо оценить различиестратегии управления,обеспечивающие функционированиесистемы в заданных границах [6].Реализация имитационных моделей на ЭВМ производится в настоящее время,как правило, с помощью общецелевых илиспециализированных языков моделирования.К общецелевымязыкам моделирования относится язык GPSS, ориентированный наисследование систем массового обслуживания (СМО). GPSSявляется самым распространенным в мире языком моделирования(уступает лишь СИМУЛе) [7].Математические модели и методы анализа ВС строятся на основеСМО. Анализ заключается в определении выходных параметров ВСпри заданных потоках задач, поступающих для решения в систему.Аналитические модели удается получить в сравнительно простыхчастных случаях, которые характеризуются рядом упрощающихпредположений.Имитационная модель позволяет воспроизвести обслуживание всистеме множества задач при любых заданных статистическихсведениях о входных потоках и ресурсах ВС.1.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ1.1. Модели массового обслуживанияВ моделях массового обслуживания рассматриваются системы, навход которых в произвольные моменты времени поступаютзаявки,требующиеобслуживанияпутемпредоставленияопределенных ресурсов на некоторое время и покидающие системупосле обслуживания.Системы массового обслуживания делятся на одноканальные - содним обслуживающим прибором (ресурсом) и многоканальные содержащие несколько обслуживающих приборов (рис 1.1). Длясоздания СМО необходимо задать:- распределение длительности интервалов времени между заявками входного потока;-5а)Поток¦ ОчередьПотокзаданийнаобработанныхна обработку ¦ обработкузаданий+------+¦¦обслу-¦_--_----_-_-------_-_-_-_----¦живаю-+---_---_-_--_-->¦¦ ¦ щий ¦¦¦ ¦прибо𦦠+------+Дисциплина выбора из очередиб)Поток¦ ОчередьПотокзаданийнаобработанныхна обработку ¦ обработкузаданий+-------+¦¦обслу- ¦_--_----_-_-------_-_-_-_-----¦живаю- +---_---_-_--_-->¦¦ ¦ ¦ щий ¦ ¦¦¦ ¦ ¦прибор1¦ ¦¦ ¦ +-------+ ¦Дисциплина выбора¦ +-------+ ¦из очереди ¦ ¦обслу- ¦ ¦+-¦живаю- +-¦¦ ¦ щий ¦ ¦¦ ¦прибор2¦ ¦¦ +-------+ ¦...¦ +-------+ ¦¦ ¦обслу- ¦ ¦+-¦живаю- +-+¦ щий ¦¦приборN¦+-------+Рис.

1.1. Системы массового обслуживания:а) одноканальная; б) многоканальная-6- число обслуживающих приборов;- распределение длительности обслуживания заявок обслуживающими приборами;- стратегию выбора заявок из очереди.Для заданного множества параметров СМО можно получитьтакие характеристики системы, как: время обслуживания заявки всистеме; время ожидания заявкой обслуживания (время нахожденияв очереди); длина очереди; загрузка обслуживающих приборов;длительность простоя обслуживающих приборов и т.д.Очевидно, что поскольку как минимум один из параметров модели имеет вероятностный характер, то и характеристики СМОтакже будут вероятностными.

То есть могут быть представлены какминимум на двух уровнях: статистического ряда и среднегозначения. Обычно для характеристики типа СМО используютобозначение вида X/Y/k, где первый параметр обозначает законраспределения времени между поступлением заявок,второйпараметр - закон распределения длительности обслуживания заявоки третий параметр - число обслуживающих приборов. При заданиизаконовраспределениятрадиционноМобозначаетэкспоненциальный, а G - произвольный закон распределения. Кромеэкспоненциального и произвольного законов распределения могутприменяться эрланговский, нормальный и другие законы.В теории массового обслуживания СМО могут объединятьсяпутем передачи заявок с выходов одних на входы других СМО,образуя таким образом сети массового обслуживания. Для заданиясети массового обслуживания требуется определить все входящие внее СМО, а также определить конфигурацию связей систем ивероятности передачи заявок между ними.

Естественно, что суммавероятностей передачи заявок из любой СМО должна равняться 1.Обычно сеть массового обслуживания представляют в форме графа, где каждая из вершин графа является СМО (рис. 1.2). При анализе системы с помощью сети массового обслуживания можнооценивать каждую СМО по приведенным выше характеристикам, атакже можно оценивать характеристики сети в целом. В качествехарактеристик сети можно применять: загрузку сети; времяобслуживания заявки в сети; время ожидания заявкой обслуживания(время нахождения в очередях); число заявок, находящихся вочередях, в обслуживающих приборах и в сети в целом;длительность простоя обслуживающих приборов и т.д.-7+------------+¦ СМО4 ¦+------------+входной поток¦ ¦заявок +---------+ +-------------+--------¦ СМО1 +-----¦¦выходной поток+---------+ ¦ СМО3¦ +-------+заявок+---------+ ¦+-----¦ СМО5 +----¦ СМО2 +-----¦¦ +-------++---------+ +-------------+Рис.

1.2. Сеть массового обслуживанияКак видно из описания, модели массового обслуживания хорошоподходят для имитации функционирования вычислительных систем,локальных и глобальных вычислительных сетей.В самом деле, на вход любой вычислительной системыпоступают входные потоки задач, которые требуют для своегорешения определенных ресурсов. Моменты поступления задач вобщем случае не детерминированы.

Случайными также являются итребуемые задачами ресурсы: объем памяти, время процессоров,устройства ввода/вывода и т.д. В системе могут возникать отказы исбои затребованных ресурсов, что также является случайнымисобытиями.Проектировщик, меняя конфигурацию системы: количество итипы процессоров, банков памяти, интерфейсов, организациюсистемы, принципы и стратегии обработки и т.д., может получать спомощью разработанной модели массового обслуживаниявременныехарактеристикипроектируемойсистемыихарактеристики для оценки еенадежности.Полученныехарактеристики являются для проектировщика основой для выборанаиболее эффективной конфигурации системы, принципов истратегий обработки.1.2. Назначение и состав системы моделированияОбщецелевая системамоделирования GPSS (GENERALPURPOSESIMULATINGSYSTEM)предназначенадляпостроенияимитационных моделей дискретных сложных систем различнойфизической природы.В состав системы GPSS входят: язык моделирования GPSS; интерпретатор.-8Имитационная модель на языке GPSS представляет собой списокобъектов (операторов или блоков), характеризующих процессыобработки заявок - пути их продвижения в моделируемой системе исопровождающие это продвижение события.