Software & Systems

В статье описаны модели сервера и рабочей станции в программном продукте, моделирующем вычислительную сеть на прикладном уровне. Данный программный продукт реализует раскрашенные сети Петри, собственные математические модели загрузки узлов. Он был разработан с учетом особенностей научно-производственного объединения (НПО) и предназначен для прогноза загрузки, анализа слабых мест в структуре кампусной вычислительной сети.

Для моделирования вычислительной сети НПО была использована теория сетей Петри, несомненным достоинством которых является математически строгое описание модели. Это позволяет проводить анализ с помощью современной вычислительной техники.

Каждый элемент вычислительной сети (серверы, рабочие станции, коммутационные устройства, линии связи) реализован в виде раскрашенной сети Петри (графической интерпретации) и размещен в библиотеке элементов. Представление структуры вычислительной сети осуществляется размещением элементов библиотеки и соединением с помощью графического интерфейса.

Поскольку моделирование проводится на прикладном уровне, в сети передаются не пакеты, а абстрактный объект с данными (фрейм). С помощью раскрашенных сетей Петри удобно моделировать переходы данных по вычислительной сети с выбором устройств, на которых проводится обработка. Цветами выступают адреса (mac), данные (data), коэффициенты загрузки (load).

Генерация запроса рабочей станции

Рабочая станция генерирует запрос по заданному расписанию с частотой, указанной в базе данных приложений. Запросы генерируются каждый такт с вероятностью, пропорциональной частоте по нормальному закону распределения. Параметры запроса считываются из библиотеки приложений, и создается фрейм. Фрейм содержит параметры с коэффициентами загрузки устройств и размером запроса-ответа:

Frame=( src,dst,Query,Answer,q_proc,q_mem, q_hdd,q_video,a_proc,a_mem,a_hdd,a_video).

Рассмотрим параметры фрейма.

Src, Dst цвета mac – адреса рабочей станции, аппаратного сервера, на котором функционирует сервер приложения, считываются из свойств объектов визуальной модели вычислительной сети.

Query цвета data – размер запроса, генерируется по закону нормального распределения вероятностей на основе среднего размера запроса и разброса из библиотеки приложений.

Answer цвета data – размер ответа, генерируется по закону нормального распределения вероятностей на основе среднего размера ответа и разброса из библиотеки приложений.

q_proc, q_mem, q_hdd, q_video – коэффициенты загрузки клиента (рабочей станции) цвета load из библиотеки приложений.

a_proc, a_mem, a_hdd, a_video – коэффициенты загрузки сервера цвета load из библиотеки серверных приложений.

Переход collect в модели предназначен для сборки фрейма.

Для организации связи между элементами моделируемой вычислительной сети предназначены порты, в каждой модели элемента должен присутствовать хотя бы один порт.

Обработка фрейма сервером в модели

Запрос (фрейм), сгенерированный рабочей станцией, проходит через линии связи и коммутационные устройства. После попадания в порт Lan сервера в переходе receive проводится сравнение адреса dst фрейма и адреса own сервера. При их несовпадении фрейм отбрасывается.

При совпадении адресов переход срабатывает, запрос через буфер BuffNet попадает на переход Mother и в позиции BuffInProc, BuffInMem, BuffInHdd, BuffInVideo. Переход BuffInMem дает информацию о загрузке оперативной памяти по объему. Переходы FunProc, FunMem, FunHdd, FunVideo срабатывают, если соответствующее устройство (процессор, оперативная память, жесткий диск, видеокарта) готово к обработке, и предназначены для получения информации о загрузке устройств. Загрузка вычисляется на основе коэффициентов фрейма и характеристик аппаратного сервера, выгружается в лог-файл, по запросу пользователя выводится в графическом виде. В отдельной библиотеке аппаратных устройств задаются коэффициенты производительности процессора, оперативной и постоянной памяти, видеопамяти, размер оперативной памяти для различных аппаратных серверов и рабочих станций.

В позиции remote меняется адрес src на dst, в позиции own меняется адрес own на dst, что позволяет на переходе send пересобрать фрейм. Теперь адресом назначения фрейма стала рабочая станция, и фрейм-ответ через линии связи и коммутационные устройства перенаправляется к ней.

Обработка фрейма рабочей станцией

Запрос, сгенерированный рабочей станцией, пройдя через коммутационные линии связи и устройства, аппаратный сервер, обратно через коммутационные линии и устройства попадает на порт рабочей станции. При совпадении адресов dst фрейма и own рабочей станции в переходе receive фрейм переходит в позицию BuffNet. Далее обработка фрейма-ответа в рабочей станции осуществляется аналогично тому, как это происходит на сервере: извлекаются данные в лог-файл и для графиков. После перехода switch фрейм попадает в позицию memory, время жизни фишки в данной позиции установлено нулевым, что позволяет удалить фрейм после его однократного прохождения в модели вычислительной сети.

Список литературы

1.   Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое моделирование динамических систем. – СПб: БХВ-Петербург, 2002. – 464 с.

2.   Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирования систем. / Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 264 с.

3.   Макаров И.М., Назаретов В.М., Кульба А.В., Шве- цов А.Р. Сети Петри с разноцветными маркерами. // Техническая кибернетика. – 1987. – № 6. – С. 101–107.

4.   Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. – СПб: Питер, 2001. – 672 с.