Владимир Липаев - Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы

В процессе эксплуатации комплекса программ основная сложность может быть сосредоточена в подготовке исходных данных и в анализе результатов. Это наиболее характерно для человеко-машинных систем обработки информации, в которых основные решения принимаются человеком. Сложность ручной подготовки, корректировки и сверки больших массивов данных (например, для материально-технического обеспечения или бухгалтерского учета) может значительно превышать программную или временную сложность функционирования программ. Для таких задач может быть велика психологическая сложность анализа и селекции результирующих данных, рассчитанных на ЭВМ.

Потребности в вычислительных ресурсах для систем в 1970-е – 80-е годы росли быстрее, чем реальные характеристики ЭВМ, что обострило проблему реализации и функционирования сложных комплексов программ в условиях ограниченных ресурсов. Одним из важнейших и наиболее общих показателей, характеризующих возможность применения ЭВМ, являлась их производительность. Уже на стадии формулирования исследовательских, информационных или управленческих задач приходилось сопоставлять доступную производительность ЭВМ с необходимыми затратами времени для их решения или с допустимой длительностью ожидания результатов (длительностью отклика). В этом смысле использование ЭВМ являлось их использованием в реальном масштабе времени. Поэтому весьма актуальным для всех типов систем стало исследование эффективного распределения ограниченной производительности ЭВМ для решения групп различных функциональных задач и разработка методов рациональной организации вычислительного процесса в реальном времени.

Проведенные в 70-е годы исследования показали, что на эффективность использования производительности вычислительных систем в наибольшей степени влияли следующие факторы :

• характеристики и параметры потоков сообщений, как от внешних абонентов, так и внутри системы, поступающих для вызова на решение определенных программ;

• характеристики программ и длительности процессов обработки сообщений различных типов и назначения;

• общая загрузка и загрузка вычислительной системы отдельными программными компонентами;

• количество процессоров и структура связей между ними, а также с общей памятью;

• методы распределения ресурсов ЭВМ, их точность и степень учета различных параметров, а также совокупная сложность и необходимая частость корректировки распределений ресурсов;

• затраты на операции распределения ресурсов в ЭВМ и их соотношение с получаемым эффектом от повышения качества распределения.

Проведенные исследования позволили классифицировать и оценить методы распределения вычислительных ресурсов , а также организации вычислительного процесса в зависимости от степени неопределенности априорной информации об основных динамических характеристиках поступления внешних сообщений и их обработки:

• полностью детерминированные, использующие точную априорную информацию о временных характеристиках и потребных ресурсах времени для реализации каждой заявки на обработку информации;

• стохастические, применительно к некоторым типам или группам заявок, когда априорно известны и различимы их статистические характеристики поступления и длительности обработки;

• полностью стохастические, когда неизвестны априорные характеристики поступления и длительности обработки информации, невозможно их классифицировать и разделить на определенные типы.

При анализе распределения ресурсов, определяющими являются не столько отдельные значения интенсивностей поступления заявок и их обслуживания, сколько соотношение этих параметров, которое характеризует загрузку ЭВМ в реальном времени. Когда интенсивность поступления заявок на обработку превышает интенсивность их обслуживания, недостаток времени может приводить к неограниченному накоплению заявок в очереди на обработку. Если не принять мер по прореживанию заявок-сообщений, то они могут переполнять память ЭВМ. В то же время при малых загрузках, ЭВМ используется по производительности нерационально, и можно было бы применить для той же цели более дешевую и менее производительную ЭВМ.

Для сокращения затрат на распределения при частом их проведении исследованы дисциплины оперативной диспетчеризации , которые обеспечивают приоритетные распределения, достаточно близкие к оптимальному. Эти правила основываются на предварительных экспериментальных исследованиях различных методов распределения ресурсов или на аналитических исследованиях некоторых обобщенных моделей. Анализ эффективности дисциплин диспетчеризации с учетом затрат на прерывание обработки и переключение программ показал, что при большой загрузке системы их эффективность весьма чувствительна к затратам на прерывания. При сравнительно небольших затратах на прерывания дисциплины с относительными и абсолютными приоритетами сравнимы по эффективности.