Режимы диспетчеризации вычислительного процесса. Способы обработки информации в ПВМ

В ПВМ все функциональные устройства связаны между собой каналами управления и обмена информацией, а процессоры работают параллельно над общей или распределенной памятью. В ПВМ необходимо решать проблему синхронизации работы процессоров и распределения задач между ними. Работа процессоров определяется диспетчером, входящим в состав операционной системы ПВМ.

Диспетчеризацией (диспетчированием) называют процесс распределения функций управления процессорами ПВМ. Существуют следующие способы диспетчеризации.

Централизованная диспетчеризация заключается в выполнении диспетчерских функций одним из процессоров ПВМ, который в таком случае является управляющим. Он планирует работу ПВМ в соответствии с заранее заложенными в него правилами-инструкциями. В его памяти находится программа-диспетчер, в основе работы которой лежит выбранный метод распараллеливания.

При централизованной диспетчеризации есть возможность более полно и в целом охватить состояние средств ПВМ, провести тщательный анализ вариантов возможных планов выполнения работ. Его применение оправдано в том случае, если имеет смысл заранее планировать ход вычислительного процесса на длительное время, в течение которого задание на выполнение вычислений известно и неизменно.

Децентрализованная диспетчеризация заключается в возможности каждого процессора ПВМ самостоятельно выбирать задания из общей очереди. Учет ресурсов всей ПВМ и оценка различных вариантов вычислений отсутствуют. Это сокращает затраты времени на диспетчеризацию, но не позволяет использовать оптимальные алгоритмы планирования совместной работы процессоров.

Главным преимуществом децентрализованной диспетчеризации является возможность обеспечения высокой надежности (устойчивости, "живучести") вычислительного процесса в связи с независимостью каждого процессора от состояния других процессоров. Единственной проблемой является возвращение в очередь невыполненных заданий при выходе из строя или отключении процессоров, которые начали выполнение этих заданий.

Желание сохранить высокую устойчивость и надежность вычислительного процесса приводит к необходимости использования комбинированного способа диспетчеризации, при котором управляющий процессор следит за состоянием других процессоров и осуществляет корректировку очереди заданий.

Способы обработки информации в ПВМ. Пакетная обработка информации. При пакетной обработке поступающие на обработку заданийпрограммы заранее объединяются в так называемые пакеты программ. Для каждой программы в "паспорте" или "шапке" программы задается требуемый ресурс (процессор), объем необходимой памяти и используемые ФУ.

На определенном интервале времени каждая группа процессоров ПВМ решает только одну из задач соответствующего пакета заданий, а остальные задачи данного пакета находятся в состоянии ожидания своей очереди. Переход к выполнению очередной программы возможен либо после завершения текущей программы, либо в случае ее аварийного останова.

При пакетной обработке существенно сокращаются непроизводительные потери машинного времени, повышается эффективность использования ресурсов ПВМ, но полностью исключается возможность диалога пользователя с ПВМ. При внесении малейшего изменения в ту или иную программу задерживается решение данного пакета, а также ввод в машину очередного пакета задач.

Мультипрограммная обработка информации. При мультипрограммной обработке операционная система ПВМ распределяет множество поступающих заданий между процессорами (распределение в пространстве) и синхронизирует (во времени) процессы их решения. Мультипрограммная обработка применяется, главным образом, при ограниченных ресурсах ПВМ, когда число решаемых задач существенно превышает вычислительные ресурсы ПВМ.

Мультипрограммная обработка сочетается с мультипроцессорной обработкой заданий, т.е. в решении задач участвуют по возможности все процессоры ПВМ, работающие параллельно. Число одновременно решаемых на ПВМ задач называется коэффициентом мультипрограммирования, который зависит от числа процессоров, устройств ввода-вывода, мультиплексных и селекторных каналов связи, возможностей памяти, операционной системы и других ресурсов ПВМ.

Выполнение последовательности макроинструкций. Одним из распространенных способов обработки информации в ПВМ является обработка решаемых задач, представленных в виде макропрограмм, которые содержат специальный блок управления заданиями или набор так называемых макроинструкций. Последние представляют собой логические операторы, влияющие на выбор той или иной параллельной ветви вычислений.

С помощью указанных логических операторов определяется ветвь макропрограммы, т.е. вырабатывается поток макроинструкций, подлежащих распределению между процессорами. При этом могут учитываться как значения логических переменных, рассчитанные по макропрограмме, так и задаваемые извне – оператором с пульта управления, с объекта автоматизации, с которым связана ПВМ, и т.д.

В результате выполнения макроинструкций формируется исходная информация для диспетчера ПВМ в виде матрицы следования, отражающей информационную преемственность (упорядоченность) решаемых задач. Диспетчер распределяет работы между процессорами. Макроинструкции, поступившие на процессор в результате распараллеливания, выполняются в режиме интерпретации.

Выполнение последовательности макроинструкций характерно для ПВМ, в которых осуществляется периодическое решение постоянного набора информационно связанных задач. Последовательность их решения определяется макропрограммой в процессе вычислений или в соответствии с указаниями оператора ПВМ.