Модели системы

Для анализа производительности можно выделить три вида моделе системы:

• структурные модели;

• функциональные модели;

• модели производительности.

Последняя модель подразделяется на: аналитические и эмпирические методы.

Структурные модели характеризуют составные части системы, взаимосвязи и интерфейсы между ними. Функциональные модели описывают поведение системы в форме пригодно для их исследования математическими методами. Модели производительности определяют зависимость производительности от таких параметров системы как рабочая нагрузка, структура и т.п. Последний вид моделей получается в результате совместного анализа функциональной модели и модели рабочей нагрузки.

Структурные модели вычислительных систем

Строятся с помощью различного рода структурных диаграмм, использующих теорию графов. Эти модели описывают топологию информационных и управляющих потоков в системе, но не определяют их взаимное влияние друг на друга. Для описания этих моделей разработаны специальные языки моделирования.

Функиионалъные модели вычислительных систем

Функциональные модели делятся на четыре группы, в соответствии с математическим аппаратом, положенным в их основу:

• графовые модели;

• конечные автоматы;

• сети;

• модели с очередями.

Теория графов широко используется при моделировании как программных, так и аппаратных компонентов вычислительных систем. В этих моделях вершины представляют отдельные программы, модули, либо операторы, а дуги - передачу

управления между ними. Иногда дуги соответствуют фрагментам программ, а вершины -это точки ветвления, либо передачи управления. Если известны времена выполнения фрагментов программ и вероятности переходов в точках ветвления, то из такой модели можно получить много полезных сведений о работе программы в целом и отдельных ее частей, в том числе оценить характеристики использования ресурсов системы. Однако даже для небольших программ в несколько десятков операторов пространство всевозможных состояний достигает таких размеров, что работа с ним требует значительных вычислительных затрат.

В моделях, построенных на основе теории автоматов, состояние системы строят из локальных состояний отдельных ее компонентов, что позволяет достаточно просто учитывать параллельное функционирование отдельных часте системы. В этих моделях определяющую роль играет знание вероятностей переходов между локальными состояниями, что чрезвычайно трудоемко

Сети, используемые для построения функциональных моделей, появились в результате попыток описания динамики параллельного функционирования систем. Наиболее популярно моделью стали сети Петри и ее обобщения. В это модели и ее обобщениях основные трудности преодолевались за счет трех основных характеристик:

• один шаг в развитии системы определялся не на общем или глобальном состоянии системы, а только на состоянии тех ее компонентов, от которых он зависел и где происходили какие-то изменения (независимые действия остаются независимыми и появляется возможность описания параллелизма);

• моделировалось только управление (модель абстрагировалась от тех изменений, которые либо не влияли на поток управления, либо являлись столь сложными для описания, что проще было моделировать эти изменения за счет введения недетерминизма);

• модель графическая: все возможные свойства задаются либо графами, либо разметкой на графах (модели предназначались для анализа алгоритмических свойств систем, а не количественных характеристик).

Модели с очередями основываются на теории массового обслуживания. В этих моделях вычислительная система представляет из себя множество ресурсов -обрабатывающих приборов и очереде к ним. Когда задание поступило в систему оно встает в очередь к соответствующему ресурсу. Получив доступ к нему, после обслуживания, задание поступало в очередь к другому ресурсу и т.д. Таким образом, модели с очередями описывают потоки запросов и их удовлетворение в системе. Данный аппарат применяется очень широко для описания функциональных моделей системы.