Моделирование параллельных процессов. Применение аппарата сетей Петри.

Почти любая КС имеет в своём составе параллельно работающие элементы, такие элементы могут взаимодействовать, либо работать независимо. Способы взаимодействия подсистем определяет вид параллельных процессов в системе. Вид процесса влияет на способ моделирования.

1. Асинхронный процесс – его состояние не зависит от состояния других процессов.

2. Синхронный процесс – его состояние зависит от состояния взаимодействующих процессов. Один и тот же процесс может быть синхронен к одному процессу и асинхронен к другому.

3. Подчиненный процесс – создается и управляется другим процессом более высокого уровня.

4. Независимый процесс – процесс, который не является подчиненным.

Реализация параллельных процессов в КС

1. Процессы могут быть истинно параллельны только в многопроцессорных ВС

2. Многие процессы используют одни и те же ресурсы

3. В КС существует 2 вида процессов – родительский и дочерний.

4. 3 подхода:

   • На основе взаимного исключения (монопольный захват ресурса одним процессом )

   • На основе синхронизации по сигналам (обмен сигналами между процессами обозначающими события )

   • На основе синхронизации по сообщениям (обмен информацией между процессами )

Средство моделирования изначально ориентировано на параллельную работу процессов.

Сети Петри — математический аппарат для моделирования динамических дискретных систем. Впервые описаны Карлом Петри в 1962 году.

Сеть Петри представляет собой двудольный ориентированный граф, состоящий из вершин двух типов — позиций и переходов, соединённых между собой дугами. Вершины одного типа не могут быть соединены непосредственно. В позициях могут размещаться метки (маркеры), способные перемещаться по сети.

Событием называют срабатывание перехода, при котором метки из входных позиций этого перехода перемещаются в выходные позиции. События происходят мгновенно, либо разновременно, при выполнении некоторых условий.

Сети Петри – инструмент исследования систем, теория сетей Петри делает возможным моделирование системы – представление её виде сетей Петри. Применяемость сетей Петри исключительно для моделирования.

Модель представляется в математических терминах того, что считают корректным описанием системы. Как правило, модель имеет математическую основу. Возможно несколько путей практического применения сетей Петри при проектировании и анализе. В одном из подходов сети Петри – вспомогательный инструмент для анализа. В результате анализа модели проявляются изъяны и ошибки. Можно предложить более радикальный подход, в котором весь процесс проектирования и определения характеристик проводится с помощью сетей Петри.

Некоторые виды сетей Петри:

• Временная сеть Петри — переходы обладают весом, определяющим продолжительность срабатывания (задержку).

• Стохастическая сеть Петри — задержки являются случайными величинами.

• Функциональная сеть Петри — задержки определяются как функции некоторых аргументов, например, количества меток в каких-либо позициях, состояния некоторых переходов.

• Цветная сеть Петри — метки могут быть различных типов, обозначаемых цветами, тип метки может быть использован как аргумент в функциональных сетях.

• Ингибиторная сеть Петри — возможны ингибиторные дуги, запрещающие срабатывания перехода, если во входной позиции, связанной с переходом ингибиторной дугой, находится метка.

• Иерархическая сеть — содержит не мгновенные переходы, в которые вложены другие, возможно, также иерархические, сети. Срабатывание такого перехода характеризует выполнение полного жизненного цикла вложенной сети.

• WF-сети – сеть потоков работ