Дополнительные возможности обслуживания с многоуровневыми приоритетами

Другой широкий класс возможностей в обслуживании заявок в реальном времени, открывающийся в рамках рассматриваемой концепции приоритетного обслуживания в распределенных системах, состоит в возможности учета не только приоритета абонента, но и собственно приоритета поступающей заявки на обслуживание, в предположении, что требования к временным параметрам обслуживания заявки определяются не только приоритетом абонента. Реализация данной возможности обслуживания является непременным условием построения ЛВСИС, в частности в рамках технологии ATM, где по одним и тем же каналам связи поступают сигналы реального времени различного функционального назначения, например при передаче речи и подвижных изображений, что естественно определяет и различные требования к обслуживанию данных типов заявок. В этом случае реализуется многоуровневый приоритет, под которым понимаем реализацию нескольких функциональных уровней ОП, где соответствующий приоритет учитывается только в рамках соответствующего уровня. В рассматриваемых приложениях, прежде всего, выделяются разряды приоритета заявки и разряды приоритета абонента, причем старшинство разрядов определяется следующими соображениям:

- если в основе приоритетного обслуживания лежит учет, в первую очередь, приоритета заявки, младшие (более приоритетные) [ ] разрядов кодового слова, где Q - число уровней приоритета заявок, отводятся для кодирования приоритета заявок, старшие [ ] разрядов под кодирование приоритета абонента;

- если в основе приоритетного обслуживания лежит учет, в первую очередь, приоритета абонента, младшие [ ] разрядов кодового слова, отводятся для кодирования приоритета абонентов, старшие [ ] разрядов - под кодирование приоритета заявки.

При этом, с учетом реализации в системе ДОСП, возникают возможности как при обслуживании абонентов, так и при обслуживании заявок, получать ДОР и ДООП. Пример ДО с учетом приоритетов заявок и вычислителей приведен на рис. 2.9. Здесь в первую очередь учитывается приоритет заявки (младший разряд), причем два вида заявок обслуживаются с ОП. Требования абонентов системы для рассматриваемого случая обслуживаются в реальном времени по бесприоритетному расписанию. Получаем следующую ДО - высокоприоритетные заявки обслуживаются между собою для различных вычислителей бесприоритетно. Другой класс заявок имеет более низкий ОП, т.е. поступают на обслуживание только в

отсутствие высокоприоритетных заявок, между собою низкоприоритетные заявки также бесприоритетны.

Рис. 2.9

Замечание. С целью уменьшения длины кода приоритета можно кодировать приоритеты заявок и абонентов без выделения отдельных разрядов в кодовом слове, однако это несколько усложнит алгоритм управления множественным доступом к ресурсу, за счет усложнения алгоритмов кодирования и декодирования приоритетов, однако идея многоуровневости приоритета сохранится и в этом случае.

В общем случае в системе может присутствовать несколько уровней приоритетов L, . Если уровень с меньшим номером характеризуется более высоким приоритетом, в системе J, , относительный приоритет каждого l-го уровня кодируется разрядами кода, получаем матрицу приоритетов и соответствующую ей матрицу кодов приоритетов, приведенные на рис. 2.10.

Рис. 2.10

Ранее отмечалось, что на практике в ЛВС не реализуются ДО с абсолютными приоритетами, что вызвано существенными временными потерями и увеличением сложности аппаратурной реализации прерывания взаимодействий по каналу связи в распределенной ВС. В сосредоточенных же системах, где эффективна реализация приоритетного обслуживания (например, в операционных многозадачных системах реального времени), как правило, возникает необходимость реализации в системе, наряду с

рассмотренными возможностями, обслуживание с абсолютными приоритетами. Совместить такие альтернативные способы обслуживания опять же возможно с применением концепции многоуровневых приоритетов. Выделим старшие уровни (младшие разряды кода приоритета) для кодирования типа приоритета, например «1» - абсолютный приоритет, «0» - относительный. Если многоуровневый приоритет и так учитывает несколько видов относительного приоритета, можно ввести и несколько уровней типов приоритетов (абсолютный/относительный), например, в соответствии с МКП, приведенной на рис. 2.11, где приоритет заявки выше чем приоритет абонента ВС, и приоритет заявки и приоритет абонента могут быть как относительными, так и абсолютными, что задается в разрядах «тип приоритета» кода приоритета. Совмещение обслуживания с относительными и абсолютными приоритетами становится возможным благодаря тому, что при кодовом управлении при арбитраже по каждому разряду кода всеми абонентами фиксируется с каким кодом приоритета абонент (или заявка) занимает ресурс. В частности, при арбитраже по разрядам кода, задающим тип приоритета, абонентами фиксируется был ли в канале «0» или «1», что будет основанием (если канал занят заявкой, либо абонентом с «0» значением в соответствующем разряде кода) для прерывания взаимодействия при поступлении соответственно заявки с абсолютным приоритетом, либо заявки у абонента, имеющего абсолютный приоритет.

Рис. 2.11

Заметим, что при изложенном принципе обслуживания, появляется новая возможность учета приоритета, либо бесприоритетного обслуживания между собою заявок/абонентов, имеющих абсолютный приоритет по сравнению с остальными заявками/абонентами системы.

С использованием рассматриваемой концепции обслуживания с многоуровневыми приоритетами при кодовом управлении доступом к общим ресурсам системы могут быть реализованы сложные многоуровневые алгоритмы обслуживания, действия которых основаны на применении понятий уровней достигнутого обслуживания [2]. Дисциплины

обслуживания, реализующие многоуровневые алгоритмы, сегодня находят широкое использование в многозадачных операционных системах, в частности реального времени. Частным случаем многоуровневых алгоритмов является обслуживание с передним и задним планом - ПЗП. Согласно этому алгоритму все поступающие заявки становятся в некоторую внешнюю очередь, из которой уже отправляются на обслуживание. Если фиксированного времени (кванта), предоставляемого заявке системой, недостаточно для ее обслуживания, заявка отправляется во внутреннюю очередь, из которой уже поступает на обслуживание вновь, получая следующий квант времени занятия общего ресурса. Здесь возможны два варианта обслуживания:

- внешняя очередь имеет приоритет перед внутренней, т.е. пока есть заявки во внешней очереди, именно они, а не заявки из внутренней очереди, поступают на обслуживание;

- внутренняя очередь имеет преимущество перед внешней.

Возможны также некоторые комбинации, когда для одних заявок всегда приоритетнее внешняя очередь, для других - внутренняя.

Обобщая алгоритм ПЗП, в предположении, что система может содержать некоторое число i, внутренних очередей, приходим к так называемому многоуровневому алгоритму - МА, действие которого основано на применении понятия уровней достигнутого обслуживания, где каждый уровень характеризуется некоторым промежутком времени полученного обслуживания. В этом случае чем больше квантов обслуживания получила та или иная заявка, тем на более высокий уровень она попадает, из которого выбирается на обслуживание реже/чаще.

МА в рамках рассматриваемой концепции обслуживания с многоуровневыми ОП реализуется следующим образом. Вводится ОП уровня обслуживания, который кодируется в рамках реализации кодового управления доступом к общим ресурсам в приоритетных разрядах кода ОП. Менее приоритетные разряды многоуровневого кода содержат код ОП заявки. При переходе заявки на следующий уровень изменяется (увеличивается/уменьшается) ОП (соответственно код ОП) уровня.

Классификация методов обслуживания с многоуровневыми относительными приоритетами при кодовом управлении доступом к общим ресурсам представлена на рис.2.12.

Из приведенной классификации методов обслуживания с многоуровневыми приоритетами могут быть сделаны следующие выводы.

1. В рамках рассматриваемой концепции обслуживания с динамическими приоритетами может быть реализовано практически все используемое сегодня на практике многообразие ДО. Вместе с тем, могут быть получены принципиально новые ДО, прежде всего для применения в системах реального времени.

2. Все реализуемое сегодня в альтернативных приложениях ВС многообразие ДО и их комбинаций может быть унифицировано в рамках метода кодового управления доступом к общим ресурсам.

3. Механизм кодового управления доступом к общим ресурсам можно рассматривать как единый высоко эффективный унифицированный механизм реализации ДО для альтернативных приложений ВС.

Рис. 2.12

4. Возможность унификации механизмов обслуживания в рамках принципа кодового управления множественным доступом является теоретической предпосылкой, открывающей широкие возможности в комбинировании альтернативных ДО в единой ВС.

Кстати говоря, в рамках концепции кодового управления может рассматриваться и случайный метод управления множественным доступом (подробнее речь об этом пойдет в четвертом разделе), отличия которого состоят в том, что относительный приоритет (соответственно и код приоритета) присваиваются абоненту (заявке), при его активизации на занятие ресурса, случайным образом.

Замечания.

1. В общем случае приоритеты уровней обслуживания могут изменяться по весьма сложным законам, что возможно реализовать в рамках рассмотренных выше способов кодового управления, например с целью реализации режима "фоновой задачи" (широко используется в операционных системах), где приоритет уровней задачи, решаемой на фоне других задач в

системе, всегда ниже. Кроме того, здесь также возможна реализация как режима реального времени, если приоритеты уровней изменять по расписанию, так и режима оперативной обработки.

2. Применительно к ЛВС отметим, что обслуживание с абсолютными приоритетами и с многоуровневым алгоритмом здесь предполагают обмен большими массивами данных абонентами ЛВС, что противоречит принципам функционирования ЛВСРВ. Вместе с тем, рассматриваемые возможности могут использоваться в ЛВСОО и ЛВСКО, где реализуются режимы оперативной обработки, допускающие передачу больших массивов данных по каналу связи ЛВС.

В завершении изложения методов обслуживания заявок в ВС с многоуровневыми приоритетами, в основе которых находится реализация исследуемых принципов обслуживания с динамическими приоритетами и кодовым управлением доступом к общим ресурсам, рассмотрим возможности адаптивного управления множественным доступом. В этих приложениях также может использоваться концепция обслуживания с многоуровневыми приоритетами. Идея адаптивного управления состоит в возможности изменения ДО (в частности изменение расписания передачи прав, изменение в назначении смешанных приоритетов, например вывод/ввод заявки в/из расписание) при превышении некоторого заданного функционированием системы, прежде всего в реальном времени, порогового значения времени ожидания обслуживания заявками. С целью адаптивного управления в многоуровневом ОП выделяются приоритетные разряды адаптивного управления. При функционировании системы с исходными приоритетами, в этих разрядах кодов ОП «0» значения. Если в системе появляются заявки (не зависимо у каких из абонентов ВС), для которых превышено установленное для них пороговое значение в продолжительности обслуживании, при очередном арбитраже требований ресурса в рассматриваемом(мых) разряде кода ОП появляется «1» значение, удерживаемое в течение всего времени функционирования системы с превышением заданных пороговых значений для продолжительности ожидания обслуживания заявок. При появлении «1» в разряде(ах) адаптивного уровня кода ОП, что является необходимым условием для всех абонентов использовать при арбитраже текущее значение кода ОП уже не для исходной, а для некоторой дополнительной(ых) ДО, которая реализуется (вырабатываются текущие значения кодов ОП при каждом занятии ресурса) в ВС одновременно с исходной, а используется по мере необходимости. Число разрядов в уровне адаптивного управления задается максимальным числом пороговых значений для продолжительности ожидания обслуживания заявок в системе , следующим образом [ ].

Рассмотренная концепция адаптивного управления множественным доступом, в первую очередь, может эффективно использоваться в ЛВСРВ и ЛВСКО. Вместе с тем, данный подход может применяться и в ЛВСОО с

целью реализации требуемого режима функционирования ВС в условиях перегрузок.

Таким образом, можем выделить два подхода к адаптивному управлению множественным доступом к общим ресурсам, реализуемых в рамках рассмотренной концепции обслуживания с многоуровневыми динамическими приоритетами: адаптивно к продолжительности обслуживания, реализуемое многоуровневым алгоритмом обслуживания, и адаптивно к продолжительности ожидания обслуживания. Получаемая, с учетом сказанного, классификация методов адаптивного управления множественным доступом к общим ресурсам ВС, представлена на рис.2.13.

Рис. 2.13