К разработке подсистемы диалога MIMD-компоненты массивно параллельной моделирующей среды

В. А. Святный, Н. Ю. Чеботарев

Донецкий государственный технический университет

Факультет вычислительной техники и информатики

E-mail: svjatnyj@cs.donntu.ru, vader@cs.donntu.ru

---

Источник: Научные работы Донецкого национального технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника. Вып. 6. - Донецк: ДонНТУ, 1999. с. 62 - 66.

---

Abstract

Svjatnyi V., Chebotarev N. To design of the MIMD-component’s dialog subsystem of the massive parallel simulating environment. Implementation of effective simulation of complicated dynamic systems is gaining growing importance in aspect of parallel computing. The solution of this problem is provided by massive parallel simulating environment (MPSE). In the MPSE’s structure the important role is performed by dialog subsystem, that provides the interface between model developers and environment resources. The orientation to the MIMD-computer is actual with a growing significance and popularity of these systems.

Введение

Сложные динамические системы с сосредоточенными (ДССП) и распределенными (ДСРП) параметрами выдвигают ряд требований к системной организации средств их моделирования. Группе требований, связанных с возросшей вычислительной емкостью задач моделирования, в значительной степени удовлетворяют параллельные вычислительные системы SIMD- и MIMD-архитектур. Требования дружественности к пользователю; высокая степень компьютерной поддержки ДССП, ДСРП как объектов моделирования; составление, отладка и сопровождение параллельных моделей; возможности коллективной работы разработчиков моделей по современным информационным технологиям призваны удовлетворить массивно параллельные моделирующие среды (МПМС), представляющие собой новую организацию средств параллельного моделирования ДССП, ДСРП [ASBRZ94], [Свят99]. При этом МПМС должна обладать собственными диалоговыми средствами, которые обеспечивают эффективный доступ к ее аппаратно-программным ресурсам. Такие средства организуются в виде подсистемы диалога, принципы построения которой применительно к SIMD-компоненте МПМС предложены в работе [СБ96].
Рассмотрим основные задачи разработки ПД для MIMD-компоненты МПМС.

MIMD-компонента МПМС и место ПД в ней

МПМС – это совокупность аппаратных, программно-системных, модельно-программных, лингвистических, информационных и организационных средств, которые обеспечивают все этапы разработки, отладки, применения и сопровождения параллельных математических моделей сложных динамических систем [ASBRZ94], [SFLRB97].
МПМС строится на базе высокопроизводительных вычислительных систем SIMD- и MIMD-архитектур [ASBRZ94] и включает три составляющих:

• Hardware – параллельные вычислительные системы архитектур SIMD и MIMD, а также сети рабочих станций, предназначенные для эмуляции суперкомпьютеров с целью разработки, отладки и сопровождения параллельных моделей;
• System software – системное программное обеспечение, которое включает для каждой аппаратной составляющей соответствующий набор операционных систем, компиляторов и трансляторов с параллельных языков программирования, драйверов и др.;
• Simulation software – модельно-ориентированное программное обеспечение, которое включает в себя средства описания динамических систем, языки параллельного моделирования, библиотеки алгоритмов и программ, средства визуализации результатов моделирования и др.

Структура MIMD-компоненты МПМС приведена на рис. 1. См. также [МДЧ98].

Аппаратный комплекс MIMD-компоненты объединен посредством сетевого аппаратного обеспечения и включает:

• тесносвязанные MIMD-ВС – MIMD-системы, объединенные без посредства сетевой аппаратуры или блоки одной системы, например – Intel Paragon XP/S [EK93];
• слабосвязанные MIMD-ВС – MIMD-системы, связанные посредством сетевой аппаратуры, в том числе,– в корпоративных и глобальных сетях;

В составе системного программного обеспечения выделяются:

• MIMD-ОС – операционная система MIMD-ВС, например – OSF/1 для Intel Paragon XP/S [EK93];
• распределенная ОС – сетевая операционная система, связывающая все аппаратные компоненты среды, а также другое сетевое программное обеспечение;
• драйверы ПУ – драйверы периферийных устройств (ПУ);
• интерфейсы и протоколы – интерфейсы и протоколы: MPI, TCP/IP, FTP, HTTP, HiPPI, FDDI, Ethernet, Ultranet и т.д. [EK93].

Моделирующее программное обеспечение содержит:

• MIMD-ДССП – виртуальная машина для выполнения ДССП-моделей на MIMD-ВС;
• MIMD-ДСРП – виртуальная машина для выполнения ДСРП-моделей на MIMD-ВС;

Подсистема диалога также включает три части:

• аппаратная часть – аппаратные диалоговые средства, которые включают: терминалы MIMD-ВС, модельно-ориентированные периферийные устройства и т.д.;
• системная часть – системные сервисы и службы: X Window, DGL, диспетчер задач, навигаторы файловой системы и Internet, сервисы ПУ, Telnet и т.д. [EK93];
• модельно-ориентированная часть – диалоговые средства поддержки моделей на всех этапах их жизни. Модельно-ориентированная часть ПД по существу представляет собой интерфейс пользователя UI (User Interface) МПМС.

Анализ UI в современных ВС показывает актуальность задачи стандартизации UI, поскольку официальных стандартов не существует. Крупные производители ВС и ПО, такие как Microsoft, IBM, Sun Microsystems, Apple Computer, Silicon Graphics и др. разработали ряд пользовательских интерфейсов, ставших стандартами де-факто. Среди них наиболее распространенным и популярным является графический интерфейс пользователя GUI (Graphics User Interface) операционной системы Microsoft Windows, реализованный в версиях Windows 9x и NT 4.0. На рис. 2 представлено типичное Windows-приложение с множеством стандартных компонентов.

Таким образом, одной из актуальных задач построения MIMD-компоненты МПМС является систематизированная разработка подсистемы диалога с использованием средств пользовательских интерфейсов современных ВС.

Структура и функции предлагаемой подсистемы диалога

Структура ПД может быть получена представлением МПМС как объекта диалога (рис. 3.). Детально данный вопрос рассмотрен в [МДЧ98].

Данная структура позволяет охватить все основные функции подсистемы диалога:

• Презентация МПМС – инсталляция ПО, демонстрационные примеры и рекламное сопровождение.
• Тестирование МПМС – тестирование всех ресурсов среды в ходе ее внедрения и обслуживания с возможностью протоколирования обнаруживаемых ошибок.
• Доступ к ресурсам – доступ к аппаратным и системным программным ресурсам МПМС в пространственно распределенной среде.
• Визуализация – визуализация результатов моделирования посредством различных устройств отображения.
• Интеграция с САПР (Системы Автоматизированного Проектирования и Разработки) и CASE (Computer Aid Software Engineering) – обеспечение взаимодействия с различными системами автоматизированного проектирования в пределах предметных областей моделируемых систем и объектов.
• Обучение пользователей – интерактивное обучение пользователей с применением мультимедиа-технологий.
• Информационная поддержка – техническая документация и функции интерактивной помощи с удобной системой поиска, а также – интерактивное взаимодействие между разработчиками ПД МПМС и ее пользователями.
• Управление циклом жизни моделей – визуальные средства управления параллельными моделями на всех этапах их жизни в итеративном процессе. Цикл жизни модели включает [МДЧ98]:
• анализ проекта – визуальная поддержка диалога участников на этапе анализа условий и составления технического задания на разработку параллельной модели и/или ее компонентов;
• проектирование – визуальная поддержка взаимодействия разработчиков на этапе разработки структуры модели и ее компонентов;
• реализация – визуальное и/или лингвистическое описание модели и/или ее компонентов с поддержкой диалога между разработчиками;
• тестирование и отладка – диалоговая поддержка тестирования моделей и компонентов на симуляторах и/или на MIMD-ВС с последующей их отладкой;
• моделирование – диалоговое управление применением моделей с возможностью фиксации и протоколирования результатов моделирования;
• документирование – диалоговое управление документацией на модели и компоненты;
• сопровождение – управление итеративным процессом жизни модели с возможностью многократного применения моделей и компонентов.
• Визуальная поддержка разработки – визуальное описание параллельных моделей и их компонентов. При этом можно выделить три этапа:
• анализ и описание топологии – визуальное описание топологии модели и компонентов с возможностью диалогового анализа;
• описание поведения – задание уравнений и методов, определяющих динамическое поведение моделей;
• составление программных моделей – генерация программ, описывающих модель и компоненты на каком-либо MIMD-языке параллельного моделирования, с возможностью прямого вмешательства в программный код.
• Лингвистическая поддержка разработки – описание параллельных моделей и их компонентов на каком-либо MIMD-языке параллельного моделирования. При этом осуществляется поддержка трех типов языков:
• УО-языки – уравнение-ориентированные MIMD-языки параллельного моделирования;
• БО-языки – блочно-ориентированные MIMD-языки параллельного моделирования;
• ОО-языки – объектно-ориентированные MIMD-языки параллельного моделирования;

Задачи исследований и разработок

Для реализации предложенной подсистемы диалога MIMD-компоненты МПМС необходимо решить следующие основные задачи:

• детальная спецификация и формализация функций ПД, разделение их на системные и модельно-ориентированные;
• декомпозиция полного множества функций по группам и составным частям структуры ПД в соответствии с этапами разработки и исследования параллельных моделей динамических систем;
• разработка алгоритмов исполнения групп функций, независимых от среды реализации ПД;
• анализ и обоснование объектно-ориентированного подхода к разработке ПД, выбор инструментальных средств реализации ПД;
• исследование проблемы и разработка организации рабочего места разработчика параллельных моделей;
• исследование решения задач моделирования на известных языках моделирования и разработка объектно-ориентированного MIMD-языка параллельного моделирования динамических систем;
• разработка проект и выполнение реализации подсистемы диалога для опытного образца MIMD-компоненты МПМС;
• исследование эффективности параллельного моделирования сложных динамических систем с применением подсистемы диалога.

Литература