1.7.2 Моделирование параллельных процессов

Практически любая более или менее сложная система имеет в своем составе компоненты, работающие одновременно, или, как принято говорить на языке тех­ники, параллельно.

Асинхронный параллельный процесс - такой процесс, состояние которого не зависит от состояния другого параллельного процесса (ПП).

Синхронный ПП - такой процесс, состояние которого зависит от состояния взаимодействующих с ним ПП.

Подчиненный ПП -  создается и управляется другим процессом (более высоко­го уровня).

Независимый ПП -  не является подчиненным ни для одного из процессов.

Способ организации параллельных процессов в системе зависит от физической сущности этой системы.

Остановимся несколько подробнее на особенностях реализации параллельных процессов в вычислительных системах (ВС). Это обусловлено следующей причи­ной.

Разработка и использование любой имитационной модели предполагает ее программную реализа­цию и исследование с применением ВС. Поэтому для реализации моделей, имити­рующих параллельные процессы, в некоторых случаях применимы механизмы, используемые при выполнении параллельных вычислений. Вместе с тем реализация параллельных процессов в ВС имеет свои особенности:

• на уровне задач вычислительные процессы могут быть истинно параллельны­ми только в многопроцессорных ВС или вычислительных сетях;

• многие ПП используют одни и те же ресурсы, поэтому даже асинхронные ПП в пределах одной ВС вынуждены согласовывать свои действия при обращении к общим ресурсам;

• в ВС дополнительно используется еще два вида ПП: родительский и дочер­ний ПП; особенность их состоит в том, что процесс-родитель не может быть завер­шен, пока не завершатся все его дочерние процессы.

В силу перечисленных особенностей для организации взаимодействия парал­лельных процессов в ВС используются три основных подхода:

• на основе «взаимного исключения»;

• на основе синхронизации посредством сигналов;

• на основе обмена информацией (сообщениями).

«Взаимное исключение» предполагает запрет доступа к общим ресурсам (об­щим данным) для всех ПП, кроме одного, на время его работы с этими ресурсами (данными).

Синхронизация подразумевает обмен сигналами между двумя или более про­цессами по установленному протоколу. Такой «сигнал» рассматривается как некоторое событие, вызывающее у получившего его процесса соответствующие действия.

Часто возникает необходимость передавать от одного ПП другому более под­робную информацию, чем просто «сигнал-событие». В этом случае процессы со­гласуют свою работу на основе обмена сообщениями.

Перечисленные механизмы реализуются в ВС на двух уровнях -  системном и прикладном.

Механизм взаимодействия между ПП на системном уровне определяется еще на этапе разработки ВС и реализуется в основном средствами операционной систе­мы (частично — с использованием аппаратных средств).

На прикладном уровне взаимодействие между ПП реализуется программистом средствами языка, на котором разрабатывается программное обеспечение.

Наибольшими возможностями в этом отношении обладают так называемые язы­ки реального времени и языки моделирования.

Языки моделирования по сравнению с языками реального времени требуют от разработчика значительно менее высокого уровня подготовки в области програм­мирования, что обусловлено двумя обстоятельствами:

• во-первых, средства моделирования изначально ориентированы на квазипа­раллельную обработку параллельных процессов;

• во-вторых, механизмы реализации ПП относятся, как правило, к внутренней орга­низации системы (языка) моделирования и их работа скрыта от программиста.