Разработка алгоритмов и программ имитационного моделирования для решения задач системного анализа на слабосвязанных многопроцессорных системах

• Автор: Тэй Зар Хтун
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Моделирование как средство исследования сложных систем.

1.1 Виды моделирования и их сравнительные характеристики

1.1.1. Статические и динамические модели.

1.1.2. Непрерывные и дискретные модели.

1.1.3. Детерминированные и стохастические модели.

1.1.4. Аналитические и имитационные модели.

1.2 Имитационное моделирование сложных систем. Основные проблемы

1.2.1 Система, модели и имитационное моделирование.

1.2.2 Общая характеристика имитационного моделирования.

1.2.3 Основные преимущества имитационного моделирования

1.2.4 Основные проблемы и этапы
1.3 Параллельное и распределнное имитационное моделирование
1.3.1 Мотивация перехода к параллельному и распределнному имитационному моделированию
1.3.2 Параллельные и распределнные вычислительные системы.
1.3.3 Распределнные системы имитационного моделирования.
1.4 Выводы
Глава 2. Аппаратные средства систем моделирования. Применение параллельных
вычислительных систем для задач моделирования.
2.1 Современные классы ВВС
2.1.1 Симметричные мультипроцессорные системы
2.1.2 Системы с неоднородным доступом к памяти
2.1.3 Кластерные системы.
2.2. Примеры параллельных вычислительных систем.
2.2.1 Суперкомпьютеры
2.2.2. Кластеры
2.3 Сети для суперкомпьютеров и кластеров
2.3.1 .
2.3.2 i
2.3.3 I I.
2.3.4
2.3.5 1пАтЬапс1.
2.4 Влияние архитектурных особенностей ВВС на разработку прикладных программ для имитационного моделирования.
2.5 Выводы
Глава 3. Распределение нагрузки в задачах моделирования, реализуемых на слабосвязанных ВВС.
3.1 Управление временем в распределнных системах имитации
3.2 Последовательное моделирование
3.3 Распределнное моделирование
3.3.1 Консервативное управление временем
3.3.2 Оптимистическое управление временем.
3.3.3 Выбор алгоритма для реализации системы моделирования
3.4 Методы передачи данных в слабосвязанных ВВС.
3.5 Экспериментальная модель
3.5.1 Последовательная реализация моделирования.
3.5.2 Методы распределения нагрузки
3.5.3 Архитектурные особенности экспериментального кластера.
3.5.4 Особенности программной реализации метода.
3.6 Выводы.
Глава 4. Исследование программного комплекса для параллельного моделирования
4.1 Исследование масштабируемости модели.
4.2 Исследование функциональности модели.
4.2.1 Исследование влияния фрагментации поля на результат моделирования
4.3 Выводы
Заключение
Литература


В работе предлагается способ распределения нагрузки для систем имитационного моделирования, адаптированный для слабосвязанных многопроцессорных вычислителей. К этому классу относятся машины с архитектурами NUMA, DSM, СоРС. Для них характерно то, что время обращения процессора к локальной памяти узла значительно меньше времени обращения к памяти соседнего узла. Эго происходит из-за того, что в последнем случае необходимо использовать вместо шины процессора внешнюю коммуникационную среду с большей латентностью и меньшей пропускной способностью. Цель работы и задачи исследования. Диссертация посвящена разработке алгоритма и программы имитационного моделирования на слабосвязанных многопроцессорных системах. Анализ методов моделирования, используемых в различных областях человеческой деятельности. Анализ особенностей аппаратных средств систем имитационного моделирования. Разработка способа распределения нагрузки для параллельных систем имитационного моделирования. Разработка программы имитационного моделирования, адаптированной для слабосвязанных многопроцессорных систем. Проведение испытаний и анализ эффективности предложенного алгоритма. Методы исследования. При решении поставленных задач были использованы положения теории систем, теории множеств, теории графов, вычислительная схемотехника и языки программирования. Научная новизна. В диссертации предложены и исследованы новые параллельные вычислительные алгоритмы, повышающие эффективность работы слабосвязанных многопроцессорных систем. Алгоритмы позволяют повысить эффективность использования узлов и общую производительность слабосвязанных многопроцессорных систем при решении задач системного анализа методами имитационного моделирования. Практическая значимость. Предложенный способ распределения вычислительной нагрузки и вычислительный алгоритм имитационного моделирования, адаптированы для слабосвязанных многопроцессорных систем. Их использование позволяет минимизировать пересылки между узлами системы и за счет этого повысить эффективность параллельных вычислений. Способ распределения нагрузки, апробированный на задаче имитационного моделирования, может быть применен при решении различных задач системного анализа и обработки информации на параллельных вычислителях. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена корректным использованием общепринятых математических методов, результатами моделирования и верификацией модели, практической реализацией, подтвержденной актами внедрения. Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы используются на кафедре вычислительной техники МИЭТ при проведении лабораторных работ по курсу «Высокопроизводительные вычислительные системы». Анализ методов распределения вычислительной нагрузки на слабосвязанных многопроцессорных системах. Метод распределения вычислительной нагрузки для программ имитационного моделирования на слабо связанных многопроцессорных системах. Параллельный вычислительный алгоритм имитационного моделирования, адаптированный для слабосвязанных многопроцессорных ' систем. Параллельная программа моделирования взаимодействия объектов и окружающей среды. Результаты экспериментальных исследований, испытаний и анализ эффективности предложенного алгоритма. Апробация работы. Микроэлектроника и ииформатика-», г. Москва, г. Международная школа-конференция по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» с участием молодых ученых, аспирантов и студентов стран-членов СНГ, г. Москва, г. Микроэлектроника и информатика-», г. Москва, г. Научная сессия «МИФИ-» г. Москва, г. Микроэлектроника и информатика-», г. Москва, г. Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем», г. Москва, г. Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть тезисов докладов н три статьи. Получено свидетельство РФ на программу для ЭВМ. Структура п объём диссертационной работы. Рукопись диссертационной работы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.