ВЫБОР СОСТАВА И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ПО МЕТОДУ КРИТИЧЕСКИХ РАБОТ

Выбор состава и распределение вычислительных ресурсов, реализующих заданный набор алгоритмов (работ), является одной из наиболее сложных проблем в проектировании систем управления, функционирующих в реальном масштабе времени. При этом распределение ресурсов и планирование работ представляют два взаимосвязанных аспекта этой проблемы. В рамках парадигмы совместного проектирования синтез структуры аппаратных и программных средств выполняются одновременно с планированием.

Для систем жесткого реального времени типичны следующие задачи. Заданы: крайние сроки завершения выполнения как отдельных работ, так и всей их совокупности. Необходимо: минимизировать функцию стоимости, отражающую затраты на аппаратные ресурсы, либо максимизировать загрузку процессоров и, тем самым, минимизировать затраты на заказные, вновь разрабатываемые аппаратные компоненты системы, либо обеспечить надежное выполнение работ с требуемой вероятностью.

Сложность обеспечения гарантированного завершения работ до наступления крайних сроков обусловлена тем, что необходимо учитывать динамику окружения вычислительной системы реального времени. Сюда включаются изменения параметров объекта управления, количества заявок на обслуживание и объемов вычислений, зависящих от значений входных данных, и т.п. Таким образом, возникает необходимость не в одном-единственном, а во множестве возможных вариантов состава и распределения ресурсов, т.е. в стратегии. Конкретный же вариант выбирается из стратегии в зависимости от параметров контрольных событий, наступающих в системе, например, времени, оставшегося для завершения выполнения отдельных работ. Когда структура вычислительной системы задана, то стратегия может быть сформирована с использованием методов математического, в том числе и статического, прогнозирования времени выполнения задач.

Рассмотрим подход к выбору состава и распределению ресурсов в проблемно-ориентированных вычислительных системах реального времени с масштабируемой архитектурой.

Под масштабируемостью понимается возможность наращивания числа процессоров, памяти и независимость пропускной способности коммуникационной подсистемы от количества процессорных узлов, участвующих в вычислениях. Излагаемый подход допускает выявление структуры, типов ресурсов и возможных вариантов их распределения для завершения заданной системы работ до наступления крайних сроков. При этом предполагается использование априорных оценок времени и объемов вычислений, а также ориентация на соответствующие классы составляющих задач. В зависимости от конкретных целей, преследуемых при распределении ресурсов, оценки могут представлять собой предельные (наихудшие) значения либо числовые характеристики соответствующих случайных величин. В основу методов выбора стратегии распределения ресурсов положен аппарат, составляющий суть метода критических работ. В данной лекции он дополняется и конкретизируется с учетом особенностей функционирования вычислительных систем реального времени.