Моделирование работы сервера

ФГОАУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

 

Кафедра информационных систем и технологий

 

 

 

 

Оценка  работы    

Члены комиссии    

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

 

Дисциплина  «Моделирование систем»

Тема  «Моделирование работы сервера»

 

 

 

 

 

 

Преподаватель доцент, к.т.н.    Матвеев А.В.

 

 

Студент гр. ИТ-47011да    Косяков Д.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2011

 

ФГОАУ ВПО «Уральский федеральный  университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра информационных систем и технологий

 

                  «УТВЕРЖДАЮ»

    Зав. кафедрой __________Т. А. Матвеева

     25 февраля 2011 г.

 

Задание № 32

по курсовому  проекту

По дисциплине: Моделирование систем                                                                            

Студент группы: ИТ-47011да  специальность:  230201  Информационные системы и технологии

Фамилия: Косяков   Имя: Денис   Отчество: Юрьевич

Руководитель курсового проектирования: к.т.н., доцент Матвеев Алексей Вадимович

Срок проектирования с 03.03.11 по 07.06.11

1. Тема курсового проекта (работы): Моделирование работы сервера.
2. Содержание проекта (какие графические работы и расчеты должны быть выполнены): П.1. Построение концептуальной модели системы и ее формализация. П.2. Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация. П.3. Получение и интерпретация результатов моделирования системы.
3. Особые дополнительные сведения: Обязательная литература для выполнения курсовой работы – 1. Стандарт предприятия «Общие требования и правила оформления дипломных и курсовых проектов (работ)» СТП УГТУ-УПИ I-96
4. План выполнения курсового проекта (работы)

Наименование элементов   проектной работы	Сроки	Примечания	Отметка о выполнении
П.1. Построение концептуальной модели системы и ее формализация.	03.03.11-03.04.11
П.2. Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация.	04.04.11-30.04.11
П.3. Получение и интерпретация результатов моделирования системы.	01.05.11-26.05.11
Оформление пояснительной записки	26.05.11-07.06.11

 

5. Курсовое проектирование закончено 07.06.11
6. Оценка проекта (работы)         

Руководитель      

Члены комиссии      

 

 

Содержание

Задание 4

1 Построение концептуальной модели системы и ее формализация 5

1.1 Формулировка цели и постановка задачи машинного моделирования системы 5

1.2 Анализ задачи моделирования системы  6

1.3 Определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация ее сбора  6

1.4 Выдвижение гипотез и принятие предположений  Ошибка! Закладка не определена.

1.5 Определение параметров и переменных модели  6

1.6 Установление основного содержания модели  7

1.7 Обоснование критериев оценки эффективности системы  7

1.8 Определение процедур аппроксимации  7

1.9 Описание модели системы  7

2 Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация 8

2.1 Построение логической схемы модели  8

2.2 Выбор инструментальных средств моделирования  10

2.3 Составление плана выполнения работ по программированию ………......................................10

2.4 Спецификация и построение схемы программы  9

2.5 Верификация и проверка достоверности схемы программы… …………………………………..11

2.6 Проведение программирования модели  9

2.7 Проверка достоверности программы  11

3 Получение и интерпретация результатов моделирования системы 12

3.1 Планирование машинного эксперимента с моделью системы  12

3.2 Определение требований к вычислительным средствам  12

3.4 Анализ результатов моделирования системы  12

 

 

 

 

 

Задание

Транспортный  цех объединения обслуживает  три филиала – А, В и С. Грузовики  перевозят изделия из А в В  и из В в С, возвращаясь затем  в А без груза. Погрузка в А  занимает 20 мин, переезд из А в  В длится 30 мин, разгрузка и погрузка в В – 40 мин, переезд в С – 30 мин, разгрузка в С – 20 мин  и переезд в А – 20 мин. Если к моменту погрузки в А и  В отсутствуют изделия, грузовики  уходят дальше по маршруту. Изделия  в А выпускаются партиями по 1000 шт. через 20 ± 3 мин, в В – такими же партиями через 20 ± 5 мин. На линии работает 8 грузовиков, каждый перевозит 1000 изделий. В начальный момент все грузовики находятся в А. Смоделировать работу транспортного цеха объединения в течение 1000 ч. Определить частоту пустых перегонов грузовиков между А и В, В и С и сравнить с характеристиками, полученными при равномерном начальном распределении грузовиков между филиалами и операциями.  
Построение концептуальной модели системы и ее формализация

1. Формулировка  цели и постановка задачи машинного моделирования системы

Необходимо исследовать  работу транспортного цеха объединения. В качестве цели моделирования выберем изучение функционирования системы, а именно оценивание ее характеристик с точки зрения эффективности работы системы, т.е. частоту пустых перегонов грузовиков между цехами. В качестве цели эффективного функционирования системы целесообразно выбрать максимизацию времени работы сервера с задачей ЭВМ.

С учетом имеющихся ресурсов в качестве метода решения задачи выберем метод имитационного моделирования, позволяющий не только анализировать характеристики модели, но и проводить структурный, алгоритмический и параметрический синтез модели на ЭВМ при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.

Постановка задачи исследования работы сервера, как системы, состоящей из трех обрабатываемых ЭВМ и содержащей обратную связь, представлена в задании к курсовому проектированию, из которого следует, что необходимо определить:

• Величину цикла ЭВМ, при которой все заявки будут обслужены без специальной очереди.;

Пересмотр начальной  постановки задачи исследования не предусмотрен.

2. Анализ  задачи моделирования системы

В качестве критерия оценки эффективности работы сервера необходимо вычислить количество загрузок и разгрузок грузовиков.

Экзогенные (независимые) переменные модели:

• интервал времени (интенсивность) прихода заявок;
• допустимая очередь ;
• общее количество заявок;
• время обработки заявки
• количество цехов.

Эндогенные (зависимые) переменные модели:

• количество пустых перегонов;

При построении математической имитационной модели процессов функционирования системы будем использовать непрерывно-стохастический подход на примере типовой Q-схемы, потому что исследуемая система – работы сервера - может быть представлена как система массового обслуживания с непрерывным временем обработки параметров при наличии случайных факторов.

Формализовав процесс  функционирования исследуемой системы  в абстракциях Q-схемы, на втором этапе алгоритмизации модели и ее машинной реализации выберем язык имитационного моделирования, потому что высокий уровень проблемной ориентации языка значительно упростит программирование, а специально предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вывода результатов моделирования позволят быстро и подробно проанализировать возможные исходы имитационного эксперимента с моделью. Для получения полной информации о характеристиках процесса функционирования системы необходимо будет провести полный факторный эксперимент, который позволит определить, насколько эффективно функционирует система, и выдать рекомендации по ее усовершенствованию.

3. Определение требований к исходной информации об объекте моделирования и организация  ее сбора

Вся необходимая информация о системе и внешней среде  представлена в задании к курсовому  проектированию и не требует предварительной  обработки.

4. Определение параметров и переменных модели

Входные переменные модели:

• интервал выпуска изделий на цехе А, t_пр ± Dt_пр, где t_пр – средний интервал времени между приходом заявок на ЭВМ, Dt_пр – половина интервала, в котором равномерно распределено значение, единица измерения – минута;
• общее количество обработанных заявок, N_ОБщ, единица измерения – количество заявок.
• Количество знаков в заявке, Xз ± DXз , где  – Xз среднее количество заявок, D Xз – половина заявок, в котором равномерно распределено значение, единица измерения – шт;

 

Выходные переменные модели:

• количество обработанных заявок, N_о, единица измерения – количество заявок;
• количество заявок не успевших обработаться сервером до конца, N_н, единица измерения – количество заявок.

Параметры модели:

• Количество знаков обрабатываемых сервером за цикл, X_зз ± DХ_зз, где Х_Зз – среднее количество знаков обрабатываемых сервером за цикл, Dt_Зз – половина знаков, в которых равномерно распределено значение, единица измерения – шт.

Воздействия внешней среды отсутствуют.

5. Установление  основного содержания модели

На основе анализа исходных данных и выдвинутых гипотез можно сделать вывод  о том, что процессы, происходящие в моделируемой системе, являются процессами массового обслуживания, поэтому  эти процессы целесообразно описать  на языке Q-схем.

6. Обоснование критериев оценки эффективности системы

Для оценки качества процесса функционирования моделируемой системы  необходимо отследить чтобы не одна заявка не обработалась сервером с первого цикла, т.к. минимальная длинна заявки равна 310 знаков, а сервер за один цикл может обработать 275 знаков в заявке.

7. Определение процедур аппроксимации

Для аппроксимации реальных процессов, протекающих в системе, воспользуемся процедурой определения  средних значений выходных переменных, поскольку в системе имеются  случайные значения переменных и  параметров.

8. Описание  модели системы

Рис. 1. Модель исследуемой системы

Грузовики в систему поступают от источника source1 один раз в количестве 8-ми штук за раз. Далее грузовики приходят на блок servA, который захватывает для первого грузовика 1 единицу ресурса из блока resource pool и задерживает грузовик на 20 минут. В это время начинается отсчет времени для выполнения события EventA, по истечению которого в resPoolA снова появляется единица ресурса. Пока этого не произойдет, другие грузовики следуют дальше по маршруту. Перед блоком servB происходит аналогичный алгоритм действий. После блока servB грузовики движутся в блок С, задерживаются там на 30 минут и следуют снова на блок servA. Система замкнутая.

1. Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация

2. Построение  логической схемы модели

Логическая  схема модели представлена на рис. 2.

Рис. 2. Логическая схема

После генерации заявок (блок 1) осуществляется обработка данных (блок 2). Далее заявки распределяются в зависимости от количества оставшихся знаков в ней (блок 3): если знаков не осталось то заявка удаляется (блок 4), если знаки в заявке остались то заявки отправляется в очередь на повторную обработку блоком 2 .

3. Выбор инструментальных средств моделирования

В нашем случае для проведения моделирования системы с непрерывным  временем обработки параметров при  наличии случайных факторов необходимо использовать ЭВМ с применением  программы имитационного моделирования "Anylogic", т.к. в настоящее время самым доступным средством моделирования систем является ЭВМ, а применение программы имитационного моделирования позволяет получить информацию о процессе моделирования и параметрах моделируемой системы. Кроме того специально предусмотренные в ней возможности сбора, обработки и вывода результатов моделирования позволят быстро и подробно проанализировать возможные исходы имитационного эксперимента с моделью.

4. Составление плана выполнения работ по программированию

Выбранная программа имитационного моделирования "Anylogic" версии 6.5.1 имеет интерфейс Windows, возможность сбора статистической информации, визуальный ввод команд.

Для моделирования  достаточно использовать ЭВМ типа IBM/PC, применение специализированных устройств не требуется. В программное обеспечение ЭВМ, на которой проводится моделирование, должны входить операционная система Windows (версия XP и выше) и Java 2 Standard Edition 6.0 или выше. JRE включён в инсталляционный пакет AnyLogic для Windows, но на других платформах должен быть установлен пользователем самостоятельно. Для установки и работы программы требуется: