并发系统的并行计算及性能分析

发布时间：2020-03-26 23:23

【摘要】：随着并发系统在诸多领域的广泛应用,如何对其性能分析以确保系统的质量,这已成为开发人员及使用者特别关注的问题。在软件工程的早期阶段,对系统建立模型并做性能分析,可以及时发现设计错误,减少后期修改及测试的费用。人们提出了许多形式化建模和性能分析方法,主要有:排队论、随机Petri网(SPN)、随机进程代数(SPA)。这些方法都是基于马尔可夫过程,因此会遇到状态空间爆炸问题。且排队论无法合理描述并发系统的同步、资源共享等现象。由于随机Petri网(SPN)对并发系统具有很强的描述、分析能力,备受人们的青睐。尽管人们提出了许多减小状态空间的技术,然而仍旧存在状态空间爆炸问题。为此,本文借助并行计算,通过并行求解常微分方程组,提出一种大规模并发系统建模及性能分析的方法。主要工作如下: (1)建模。本文引入Petri网描述并发系统,将其连续化,用常微分方程组对系统建模。这样不仅避免了状态爆炸,而且直接利用MATLAB,通过求解方程组就能定量地分析系统的性能。 (2)并行计算。当实际系统规模变大时,状态个数将很多,MATLAB显然不够用。针对本文这种具有特殊结构的方程组,给出Petri网到超图的转换规则,根据超图剖分的结果将方程组分块,进而借助软件SUNDIALS并行求解,达到了负载平衡最优化、通讯最小化,解决了并行计算的瓶颈问题。 (3)性能分析。结合方程组的解,给出系统性能分析方法及优化性能的建议,并与随机Petri网性能分析的方法及复杂度比较证明。最后通过典型实例具体分析了并行算法的复杂度、系统的性能,进而说明本文方法的优越性。
【图文】：

消息,进程,网表

(1) 异步消息传递机制用图 2.1 所示的 Petri 网表示。图中1 1 p → t →进程 A，3 2 4p → t → p→ 表示进程 B 。作为发送方，进程 A 从变迁 p ，同时该进程继续执行到状态2p 。作为接收方，进程 B 在变迁2t p 后，变迁2t 变成使能的，因此两个进程都能继续向下运行。(2) (ⅰ) 同步消息传递机制用图 2.2 所示的 Petri 网表示。图中 1 1p → t 2→ p表示进程 A ，3 3 4p → t → p表示进程 B 。首先，进程 A 从变迁t( s )后等待进程B 的回应；当进程B 得到消息 p ( s )后，变迁3t 变成使B 回馈应答消息 p ( e )，同时该进程继续执行到状态4p 。最后，当进息 p ( e )后，变迁2t 变成使能的，因此进程 A 从状态 p ( i )继续执行到状

消息,进程,网表

(1) 异步消息传递机制用图 2.1 所示的 Petri 网表示。图中1 1 p → t →进程 A，3 2 4p → t → p→ 表示进程 B 。作为发送方，进程 A 从变迁 p ，同时该进程继续执行到状态2p 。作为接收方，进程 B 在变迁2t p 后，变迁2t 变成使能的，因此两个进程都能继续向下运行。(2) (ⅰ) 同步消息传递机制用图 2.2 所示的 Petri 网表示。图中 1 1p → t 2→ p表示进程 A ，3 3 4p → t → p表示进程 B 。首先，进程 A 从变迁t( s )后等待进程B 的回应；当进程B 得到消息 p ( s )后，，变迁3t 变成使B 回馈应答消息 p ( e )，同时该进程继续执行到状态4p 。最后，当进息 p ( e )后，变迁2t 变成使能的，因此进程 A 从状态 p ( i )继续执行到状
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP338.6

【参考文献】