Щербакова Марина Євгенівна. Балансування навантаження і планування задач для підвищення ефективності керуючих обчислювальних систем

Краткое описание

Щербакова Марина Євгенівна. Балансування навантаження і планування задач для підвищення ефективності керуючих обчислювальних систем : Дис... канд. наук: 05.13.05 2008

Щербакова М.Є. „Балансування навантаження та планування задач для підвищення ефективності керуючих обчислювальних систем”.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 Комп’ютерні системи та компоненти. - Державний вищий навчальний заклад «Донецький національний технічний університет», м. Донецьк, 2008.
Дисертація присвячена питанням балансування обчислювального навантаження в системах керування технологічними процесами.
Було розроблено три варіанти методу розподілу програм між вузлами мережі в комп'ютерних системах керування. В першому знаходиться така конфігурація програмного комплексу, що час взаємодії програм у мережі стає мінімальним. В другому варіанті методу мінімізується час виконання програм контролером, в третьому - час гарантованої відповіді мережевої обчислювальної системи.
Був розроблений метод планування задач для робочих станцій систем керування технологічними процесами, що забезпечує рівномірне використання обчислювальних ресурсів. За рахунок збалансованого використання ресурсів збільшується завантаження процесора робочої станції, підвищується її продуктивність, збільшується пропускна спроможність.
Розроблено засоби управління вибірковою (умовною) векторною обробкою великих масивів даних, що забезпечують практично повне завантаження конвейєра центрального процесора на ділянках векторної обробки з галуженнями довільної складності і ділянках з послідовностями залежних по операндах векторних операцій. Програмна реалізація методу показала менший час виконання програм, ніж схожі програмні засоби з меншими можливостями.

В дисертаційній роботі запропоновано вирішення декількох задач балансування навантаження і планування задач в керуючих обчислювальних системах, зокрема:
1. Розроблено метод оптимізації розподілу програмних модулів між вузлами обчислювальної мережі, в першому варіанті якого знаходиться така конфігурація програмного комплексу, що час взаємодії програм по мережі стає мінімальним. Другий варіант методу мінімізує час виконання програм контролером за рахунок перенесення частини програмних модулів для виконання з контролерів до робочих станцій. Третій варіант методу розподіляє програми між робочими станціями і контролерами так, що час гарантованої відповіді обчислювальної системи стає мінімальним.
2. Для розподілу програмних модулів між двома комп'ютерними вузлами використовується представлення множини програм у вигляді графа і метод знаходження максимального потоку - мінімального розрізу на графі, який ділить множину програмних модулів на дві частини, що відповідають різним комп'ютерним вузлам. Розділення комплексу програмних модулів на дві частини виконується для кожної пари робоча станція контролер.
3. Експериментальні дослідження розробленої програми розподілу програмних модулів між комп'ютерними вузлами на тестових наборах показали: для першого варіанту методу час взаємодії програм з різних вузлів мережі скоротився на 19%; для другого - час виконання програм контролерами скоротився на 26% з незначним зростанням завантаженості робочої станції; для третього - час гарантованої відповіді системи на зовнішні події зменшився на 16%.
4. Для робочих станцій систем управління розроблено метод планування задач по багатьох характеристиках, що забезпечує рівномірне використання обчислювальних ресурсів. У розробленому методі однаковий ранг присвоюється групі задач, що збалансовано завантажують обчислювальні ресурси робочої станції, за рахунок чого збільшується завантаження процесора робочої станції, підвищується її продуктивність, збільшується пропускна спроможність. В результаті час виконання типових задач верхнього рівня автоматизованої системи управління технологічним процесом зменшується приблизно на 9 11%. Цей метод був застосований і перевірений на ефективність в диспетчері задач реального часу пакету програм КВАРЦ.
5. Розроблено метод і програмні засоби управління умовною векторною обробкою масивів даних, орієнтовані на більш повне завантаження конвейєра центрального процесора на ділянках довільної складності, що гілкуються, і ділянках з послідовностями залежних по операндах векторних операцій. Доведено, що розроблені засоби умовних векторних обчислень дають можливість обробляти масиви даних по будь-яких алгоритмах, зокрема таких, що включають структурні оператори галуження і циклів, вкладених один в одний на будь-яку глибину.
6. Розроблений і програмно реалізований шаблон класів vcarray забезпечує більш повне завантаження конвейєра процесора і дозволяє підвищити швидкість обробки великих масивів даних більш ніж в 2 рази в порівнянні зі стандартним шаблоном класів valarray з бібліотеки STL мови програмування C++, що має менші можливості.
7. Розроблені програмні методи і засоби були апробовані на практиці і довели свою працездатність і ефективність у складі пакету програм АСКТП КВАРЦ на об'єктах багатьох підприємств, зокрема, в Дніпропетровському метрополітені, на Дніпропетровському лакофарбному заводі, Лисичанському желатиновому заводі, Самарській ТЕЦ, Юльївському нафтогазоконденсатному родовищі, Хоростковському цукровому заводі.