Д.т.н. Богатырев В.А., Голубев И.Ю., Беззубов В.Ф.

Санкт-Петербургский Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики, оптики

МЕЖМАШИННый обмен в двухмашинных Вычислительных комплексах

Обеспечение высокой надёжности управляющих компьютерных систем требует резервирования устройств хранения, передачи и обработки данных.

Целью работы является исследование дополнительных возможностей повышения надежности дублированных вычислительных комплексов в результате использования межмашинного обмена на основе двойного прямого доступа к памяти (ПДП), организация которого предложена [1-2].

Суть обмена на основе двойного ПДП заключается в одновременной организации ПДП в обоих полукомплексах. Двойной ПДП потенциально позволяет сократить время межмашинного обмена обеспечить отказоустойчивое функционирование комплекса при исправности переключателя, хотя бы одного процессора и хотя бы одного модуля памяти.

Для исходного состояния (при отсутствии отказов) поток запросов распределяется на обслуживание в два полукомплекса, и среднее время пребывания запросов в системе вычисляется как: ,где λ – интенсивность потока запросов, v – среднее время их выполнения, а k_j – коэффициент, учитывающий замедление вычислений в результате обмена данными. Для состояний с обслуживанием запросов в одном полукомплексе, при отказе одного процессора либо модуля памяти время пребывания соответственно равно

,

где – доля запросов, направляемых в полукомплекс с исправным процессором и памятью, а – в полукомплекс с отказом модуля памяти, – коэффициент, учитывающий замедление вычислений для процессора, работающего с памятью через переключатель. Значения коэффициентов k и δ для каждого из вариантов реализации оцениваются на основе времени пересылки сообщения, вычисляемого как :, _{, ,} где , , – времена пересылки сообщения соответственно без реализации ПДП, с реализацией ПДП и двойного ПДП, – цикл шины, – количество слов в сообщении. Коэффициенты k_j оцениваются как: , где t_икт – интервал межу обменами . Коэффициенты оцениваются как: .

При оценке надежности восстанавливаемого комплекса в режиме разделения нагрузки будем считать, что известны интенсивности отказов λ_p, λ_m, λ_s и восстановлений μ_p , μ_m , μ_s процессоров Р, памяти М и переключателя S.

Определив вероятности Р_i всех N работоспособных состояний системы найдем коэффициент сохранения эффективности комплекса как:

Расчёты коэффициента сохранения эффективности произведены при объёме данных 256 Мб , разрядности шины данных в 128 бит, = 10^-8 с, t_икт=6с, =0.5, λp =0,00005, λm =0,00015, λs=0,0001 1/ч; μp=0,5, μm=0,5, μs=0,5 1/ч, Результаты расчётов представлены на рисунке. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют комплексам с переключателем без реализации ПДП, с реализацией ПДП и двойного ПДП.

Из представленных расчетов видно, что с увеличением интенсивности потока запросов возрастает целесообразность использования комплекса с переключателем, реализующим метод двойного ПДП.

Коэффициент сохранения эффективности

Проведенные исследования показывают существенность влияния организации связи через адаптер (переключатель) на эффективность дублированного вычислительного комплекса и преимущество организации взаимосвязи на основе использования двойного ПДП.

Литература

1. Патент СССР. № 1679493 G 06 F 13/00. Устройство для сопряжения ведущей и ведомой ЭВМ / В.Ф. Беззубов и др.

2. Беззубов В.Ф. Сравнительный анализ методов обмена в многопроцессорных системах // Вестник компьютерных и информационных технологий. – 2006. – №4. – С. 51-56.

3. Голубев И. Ю, Богатырев В. А., Беззубов В.Ф. Сравнительный анализ структур отказоустойчивых дублированных вычислительных комплексов // Информационно–измерительные и управляющие системы. – М.: Радиотехника. – 2011. – Т.9, №2. – C. 8–12.