Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2012 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

31. Параллельные алгоритмы для анализа прочности наводороженных конструкций [№3 за 2012 год]
Авторы: Федотов В.П., Спевак Л.Ф., Нефедова О.А.
Просмотров: 9672
Предложена модель оценки водородной хрупкости плоских элементов металлических конструкций с дефектами. Известно, что в металлических деталях с дефектами распределение концентрации водорода существенно неравномерно – около дефектов формируются зоны повышенной концентрации с высоким давлением молекулярного водорода. Разработанная модель может использоваться при анализе процессов разрушения металлических конструкций, подверженных интенсивному внешнему воздействию. В этом случае внутреннее давление в дефектах растет достаточно быстро, что приводит к разрушению элементов конструкций. В основе модели лежит алгоритм решения связной диффузионно-деформационной задачи, которая включает в себя как уравнения, описывающие процессы диффузии водорода в напряженном поле, так и уравнения механики для тензоров напряжения и деформации, учитывающие влияние процесса диффузии. Решение деформационной задачи в рамках линейной теории упругости осуществляется с помощью модифицированного метода граничных элементов. Накопление водорода в окрестностях дефектов опи-сывается уравнением конвективной диффузии в поле высоких механических напряжений. Диффузионная задача также решается модифицированным методом граничных элементов. Решение связной задачи осуществляется по шагам по времени. На заключительном этапе расчетов на каждом шаге вычисляется давление молекулярного водорода в каждом из дефектов и выполняется проверка условия разрушения их границ. Для сокращения затрат машинного времени использовалась процедура распараллеливания счета. На базе алгоритма разработана программа с возможно-стью реализации на многопроцессорном вычислительном комплексе. В качестве иллюстрации предложенного алго-ритма была решена двухмерная задача диффузии водорода в окрестности дефекта – поры для металлического образца, находящегося под действием внешних растягивающих напряжений. Результаты расчетов показаны на графиках.

32. Планшетный компьютер для оснащения рабочих мест промышленного предприятия [№3 за 2012 год]
Автор: Матвеев А.И.
Просмотров: 8970
Предлагаются два варианта разработки портативной вычислительной машины, функционирующей на основе материнской платы как стационарного компьютера, так и портативного (ноутбука). На полученных данных в результате сборки моделей проводится анализ характеристик устройств, в результате которого делается выбор в пользу вы-числительной машины, работающей на основе материнской платы стационарного компьютера. Созданный планшетный компьютер является мобильным и питается от аккумулятора. Это обусловливает изменение всей системы питания материнской платы и исключает использование стандартного блока питания. Питание созданного планшетного компьютера осуществляется на основе ШИМ-генератора. Этот метод легко реализовать ввиду большого разнообразия микросхем MAXIM и ISL (возможность программного управления уровнем напряжения), широкой элементной базы как микросхем ШИМ-генерации, так и нескольких полевых транзисторов в одном корпусе. Также используется матрица (экран) от портативного компьютера (ноутбука), изображение передается на нее через DVI-выход. Решение ряда технических задач обеспечивает соответствие требуемым функциональным и стоимостным характеристикам, что позволяет оснастить необходимое количество рабочих мест заинтересованного промышленного предприятия.

33. Повышение коэффициента сохранения эффективности вычислительного комплекса при использовании средств виртуализации [№3 за 2012 год]
Автор: Тетюшев А.В.
Просмотров: 10840
Дается математическое описание эффекта повышения коэффициента сохранения эффективности вычислительной системы при использовании средств виртуализации в случае выполнения определенных условий. Эти условия определяются выигрышем производительности виртуальной системы по сравнению с физической системой на этапе обработки данных. Именно выигрыш в производительности виртуальной системы (сервиса) для определенных вычислительных задач может использоваться как весовой коэффициент, определяющий надежность всего вычисли-тельного комплекса. Для доказательства теоретических исследований был поставлен эксперимент, который включал локальную вы-числительную сеть с физическим сервером и несколько рабочих станций. На физическом сервере был поднят вирту-альный сервер. Во время эксперимента серверы перенастраивались таким образом, чтобы виртуальная система пре-вышала физическую на этапе обработки данных. Измерения производительности серверов осуществлялись с помощью программных агентов Ziff-Davis «NetBench». Результат эксперимента показал выполнимость условия, при котором производительность виртуальной системы может превысить физическую на этапе обработки данных. В этом случае общая надежность комплекса увеличивается, причем без применения дополнительных средств. Ценность данного исследования в том, что на основе виртуальных серверов (служб) можно разрабатывать высо-конадежные вычислительные комплексы, сопоставимые по надежности с существующими, но имеющие гораздо меньшую стоимость.

34. Применение комплекса параллельного программирования Graphplus templet в моделировании [№3 за 2012 год]
Авторы: Востокин С.В., Литвинов В.Г., Хайрутдинов А.Р.
Просмотров: 9659
Представлена программная реализация инструментария параллельного программирования Graphplus templet, ав-томатизирующего разработку параллельных программ для многопроцессорных рабочих станций и суперкомпьютеров. Данная разработка ведется с 2004 года на кафедре информационных систем и технологий Самарского государ-ственного аэрокосмического университета в рамках исследовательского проекта «Граф Плюс» (graphplus.ssau.ru). В статье развивается подход, позволяющий расширить и упростить применение высокопроизводительной вычисли-тельной техники в численном моделировании. Ключевыми концепциями данного подхода являются применение ти-повых решений (паттернов) параллельного программирования, автоматическое распараллеливание и развертывание кода в различных программно-аппаратных архитектурах, разделение ролей системный программист – прикладной программист, использование интегрированных сред разработки и методов визуализации кода. Подход основан на ав-торской методологии проектирования параллельных процессов – TEMPLET-методологии. Описана структура новой версии программного комплекса автоматизации параллельного программирования Graphplus templet. Детально рас-смотрены принцип функционирования транслятора графических моделей программ, исходные и выходные данные транслятора, его интеграция со средой MS Visual Studio. Показано применение программного комплекса для решения задач нелинейной динамики и компьютерной оптики. Приведены показатели эффективности сгенерированных в нем программ при исполнении на многопроцессорных рабочих станциях под управлением MS Windows и суперкомпьютере «Сергей Королев» Самарского государственного аэрокосмического университета, работающего под управлением Linux.

35. Прогнозирование надежности программного обеспечения на основе модели неоднородного пуассоновского процесса и бутстреп-методов [№3 за 2012 год]
Авторы: Гуда А.Н., Чубейко С.В.
Просмотров: 7162
Описывается новая математическая модель надежности ПО, построенная на основе математической модели не-однородного пуассоновского процесса. Основной идеей предлагаемого в статье метода прогнозирования является метод размножения выборок данных, содержащих два исходных набора: кумулятивное время исполнения программ и количество ошибок, зафиксированных за это время. В качестве метода размножения рандомизированных выборок взята бутстреп-технология, использующая формирование случайных величин, имеющих распределение Пуассона. Предложены алгоритмы нахождения оценок параметров и прогнозирования показателей надежности ПО. Первый алгоритм служит для оценки интенсивности ошибок, ожидаемых при последующих исполнениях программ. В алго-ритме используется датчик случайных чисел, на основе которого строятся рандомизированные выборки и формиру-ются массивы случайных чисел, распределенных по пуассоновскому закону. Второй алгоритм позволяет оценивать интенсивность обнаружения ошибок. Он использует данные выборок из первого алгоритма и действует по методу максимального правдоподобия. В статье описывается общая процедура прогнозирования ожидаемого количества ошибок, которые могут проявиться при последующем исполнении программ на некотором интервале времени, сле-дующем за кумулятивным интервалом наблюдения. Предложенный метод прогнозирования был реализован в виде программы, написанной на языке программирования Паскаль в свободной среде программирования PascalABC.NET. Кроме того, описаны примеры использования программы прогнозирования при некоторых тестовых данных.

36. Программная система анализа диаграммных языков [№3 за 2012 год]
Авторы: Шаров О.Г., Афанасьев А.Н., Гайнулин Р.Ф.
Просмотров: 6631
Предложена клиент-серверная архитектура системы для анализа корректности графических потоков работ при проектировании сложных автоматизированных систем. Система представляет собой многослойную структуру. Пре-зентационный слой является инструментальным средством создания диаграмм на визуальном языке (например, UML, IDEF, eEPC), входящем в состав программного комплекса методологии проектирования (RUP, ARIS и др.), или любым из редакторов, который имеет возможность расширяться плагинами. Слой логики предназначен для приема и передачи данных от плагина и наоборот. При передаче отдается XML-описание диаграммы, при приеме – список ошибок в формате XML. Доступ к серверу осуществляется по публичному API-интерфейсу. Слой обработки данных содержит универсальный анализатор диаграммных языков потоков проектных работ, в основу функционирования которого положен аппарат авторских графически автоматных RV-грамматик, обеспечивающих обнаружение и нейтрализацию ошибок за один проход анализа диаграммы. Контролируются синтаксические и семантические ошибки в анализируемых графических спецификациях потоков работ. Преимуществами анализатора являются линейное время анализа, полнота контроля, удобство визуализации ошибок. Разобран пример применения грамматики для анализа UML-диаграмм. Система реализована в среде Python на базе сервера Торнадо. Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» Ульяновского государственного технического университета.

37. Программный генератор трафика пользователей ресурса виртуальных лабораторий [№3 за 2012 год]
Авторы: Жевнерчук Д.В., Николаев А.В.
Просмотров: 11921
При проектировании системы облачных вычислений возникает задача моделирования потока запросов. Модели запросов позволяют получать оценку серверного аппаратного ресурса для обслуживания клиентских систем при ра-бочей и пиковой нагрузках. В работе описан программно-аппаратный комплекс для исследования процессов, проте-кающих в облачной среде имитационного моделирования. Система реализована на платформе .NET Framework 2.0. Для ее разработки применялись MS Visual Studio 2008, GPSS World, MySQL 5. В работе представлены функцио-нальная модель системы, ER-модель. Реализованы механизмы подготовки шаблонов моделей и генерации кода ко-нечной модели. Для настройки подсистемы генерации трафика была проведена серия экспериментов в учебной ла-боратории имитационного моделирования на основе системы GPSS World, доступ к которой организован с примене-нием технологий Cloud Computing. Для проведения хронометража была разработана оболочка GPSS-хронометр 1.0, которая формирует журнал действий пользователя. Особое внимание уделено характеру взаимодействия пользователя с серверным ресурсом. По полученным законам, характеризующим взаимодействие пользователя с системой, построены эмпирические функции GPSS. Введена классификация режимов взаимодействия с системами имитацион-ного моделирования, экспериментально определены основные типы клиентских запросов, построены модели взаи-модействия пользователей со средами имитационного моделирования, предложена архитектура среды моделирования сетевого трафика. Построенные модели могут использоваться для оценки аппаратного серверного ресурса, что позволит учесть периоды его пиковой загрузки и простаивания. Генераторы трафика на основе эмпирических моделей могут применяться при исследовании алгоритмов загрузки распределенной среды имитационного моделирования.

38. Разработка алгоритма параллельных вычислений для описания массопереноса в поре [№3 за 2012 год]
Авторы: Поветкин А.Д., Чан Хыу Куе, Кольцова Э.М.
Просмотров: 9223
Рассматривается модель на основе метода молекулярной динамики, описывающая перенос газа в порах малого размера. Учитываются два типа переноса вещества, происходящего внутри поры: диффузия Кнудсена и молекулярная диффузия. Для описания движения и взаимодействия молекул рассматриваются два варианта. В первом молекулы движутся по законам классической механики и взаимодействуют друг с другом, а также со стенкой по принципу абсолютно упругого удара. Принимается, что частицы могут сталкиваться со стенкой поры разными способами – зеркальным и диффузным, причем для каждого конкретного соударения способ определяется случайным образом, и соотношение количества соударений по обоим способам является одним из параметров модели. Во втором варианте взаимодействие молекул описывается с применением межмолекулярного потенциала взаимодействия Леннарда–Джонса. Расчет движения молекул проводится с привлечением алгоритмов параллельного вычисления. Организация параллельных вычислений осуществляется с применением технологии CUDA. Для хранения параметров частиц ис-пользуется трехмерный массив. Число ячеек массива соответствует числу частиц в системе. В каждой ячейке массива хранятся параметры какой-либо частицы (координаты, вектор скорости, вектор ускорения и тип). Отдельно существует одномерный массив типов. Количество элементов массива равно количеству типов частиц, присутствующих в системе. В ячейках хранятся параметры каждого из веществ, присутствующих в системе, – масса и радиус частицы, коэффициенты потенциала межмолекулярного взаимодействия. Для упорядочения элементов в массиве применяется алгоритм сортировки пузырьком, приспособленный для параллельной реализации и расширенный для трехмерного случая. Приведены основные блок-схемы расчета.

39. Разработка инструментальных средств анализа драйверов операционной системы Linux [№3 за 2012 год]
Авторы: Кораблин Ю.П., Павлов Е.Г.
Просмотров: 8753
Описывается инструмент для поиска проблем синхронизации в драйверах операционной системы Linux, который использует метод обнаружения ошибочных ситуаций с помощью семантических моделей, основанный на теории, описанной в работе [2]. Метод позволяет обнаруживать такие ошибки синхронизации, как зацикливания, взаимобло-кировки, двойные блокировки и другие. Инструмент для поиска ошибок синхронизации состоит из четырех основных частей: препроцессора, транслятора кода драйвера в программу на языке асинхронных функциональных схем (далее АФС), модуля представления программы АФС в виде системы рекурсивных уравнений, анализатора системы рекурсивных уравнений. Препроцессор реализован в виде сценария на языке bash, его назначение – подготовка кода драйвера к трансляции в язык АФС. После всех подготовительных процедур препроцессор передает управление транслятору в язык АФС. Транслятор написан с использованием генераторов лексических анализаторов GNU Flex и синтаксических анализаторов GNU Bison. Драйвер преобразуется в программу на языке АФС на основе заданной в настоящей статье операционной семантики для объектов синхронизации. Следующим этапом является преобразование программы на языке АФС в систему рекурсивных уравнений. На основе теории из [3] программа на языке АФС представляется в виде системы рекурсивных уравнений, которая задает множество вычислительных последовательностей, сопоставляемое структуре драйвера. С целью поиска ошибок синхронизации реализован инструмент для анализа полученной системы рекурсивных уравнений. Он имеет модульную архитектуру, поэтому возможна его адаптация для различных типов ПО. Помимо этого, в данный момент ведутся исследования, изучающие возможность применения метода из [2] для обнаружения состояния гонок.

40. Распределение задач на основе модели аукциона в системах электронного документооборота [№3 за 2012 год]
Автор: Леднев А.М.
Просмотров: 9020
Описываются некоторые подходы к построению системы управления задачами и бизнес-процессами по принципу аукциона между сотрудниками предприятия в P2P-сети с учетом их специфических особенностей и предпочтений. Рассмотрена матричная структура управления организацией, согласно которой решения принимаются совместно по результатам согласованного взаимодействия сотрудников. С целью учета опыта, навыков, компетенций и предпочтений сотрудников организации в системах документооборота предлагается использовать базы знаний ком-петенций специалистов, которые можно формализовать с помощью онтологий. В задачах исследования и построения систем управления взаимодействием персонала предприятия применяется модель взаимодействия в многоакторной интегрированной информационной среде. Для исследования данного подхода предлагается специальная виртуальная среда, содержащая P2P-сеть активных программ, моделирующих поведение специалистов и руководителей. В качестве одной из моделей описанного распределения задач между специалистами рассматривается модель аукциона, в котором каждая задача выступает в качестве лота, а специалисты – в качестве участников аукциона. Применение данной модели может быть полезно при решении задач внедрения систем электронного документооборота с целью обеспечения распределения задач и поддержки принятия решений в режиме реального времени.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Следующая → ►