Оцінка часових характеристик у комп’ютерних системах реального часу з використанням сіток Петрі

Заголовок (англійською): 
Estimation of timing characteristics in real-time computer systems using Petri nets
Автор(и): 
Зайцев В. Г.
Цибаєв Є. І.
Автор(и) (англ): 
Zaitsev V.
Tsybaev E.
Ключові слова (укр): 
модель; задача реального часу; сітка Петрі
Ключові слова (англ): 
model; real-time task; Petri net
Анотація (укр): 
Робота присвячена проблемі визначення часових характеристик задач у системах реального часу, успішність роботи яких залежить не тільки від їх логічної правильності, а й від часу, за який вони отримують результат. Визначення таких часових характеристик системи на стадії проєктування є доволі складною проблемою. Її вирішення на сьогодні засновано на використанні двох основних методів: теоретичних розрахунках, пов’язаних з обчисленням так званих критеріїв здійсненності, і моделюванням роботи системи на моделях. Серед моделей найбільш розповсюдженими є статистичні моделі систем масового обслуговування. Однак, як у першому, так і у другому варіантах неможливо отримати гарантований результат, що суттєво ускладнює процес проєктування. Останнім часом запропоновано застосовувати методи дослідження моделей, що засновані на використанні апарату сіток Петрі. У роботі запропоновано метод оцінки часових характеристик задач у системах реального часу шляхом аналізу даних, отриманих моделюванням розподілу процесорного часу між задачами згідно обраних алгоритмів планувальника шляхом використання моделі програмної системи у вигляді сітки Петрі. Метод гарантує отримання часових характеристик задач при обранні конкретних типів процесора і планувальника, що потрібно для початку технічного проєктування системи реального часу. Використання запропонованої математичної моделі та пакету прикладних програм дають змогу на ранніх стадіях розроблення системи реального часу визначити реальні терміни виконання задач та вибрати оптимальний варіант реалізації технічного і програного забезпечення. Запропоновані математичні моделі засновані на визначенні часових характеристик виконання програм за допомогою моделювання розподілу процесорного часу між задачами за умови попереднього обрання алгоритмів планування та характеристик комплексу технічних засобів.. Дослідження базуються на використанні імітаційних статистичних моделей та моделі сіток Петрі. Використання запропонованих інструментальних засобів допомагає суттєво зменшити терміни аналізу можливих варіантів реалізації системи реального часу, підвищує якість проєкту та суттєво зменшує загальні терміни і вартість усієї розробки. У роботі детально розглянуто процес моделювання багатозадачної обчислювальної системи з використанням апарату сіток Петрі. На конкретному прикладі наведено моделювання роботи комплексу програм, включаючи розроблення алгоритмів моделювання, лістінгу програми моделювання та аналіз отриманих результатів.
Анотація (англ): 
The work is devoted to the problem of determining the time characteristics of tasks in real-time systems, the success of which depends not only on their logical correctness, but also on the time for which they receive the result. Determining such time characteristics of the system at the design stage is a rather difficult problem. Its solution is currently based on the use of two main methods: theoretical calculations related to the calculation of the so-called feasibility criteria and modeling of the system's operation on models. Among the models, statistical models of mass service systems are the most widespread. However, in both the first and second options, it is impossible to obtain a guaranteed result, which significantly complicates the design process. Recently, it has been proposed to use the methods of researching models based on the use of the Petri net apparatus. The paper proposes a method for estimating the time characteristics of tasks in real-time systems by means of data analysis. Obtained by modeling the distribution of processor time between tasks according to the selected algorithms of the scheduler by using a model of the software system in the form of a Petri net. The paper proposes a method for estimating the time characteristics of tasks in real-time systems by means of data analysis. Obtained by modeling the distribution of processor time between tasks according to the selected algorithms of the scheduler by using a model of the software system in the form of a Petri net. The method guarantees obtaining the time characteristics of the tasks when choosing specific types of processor and scheduler, which is required to start the technical design of the real-time system. The use of the proposed mathematical model and a package of application programs allow, at the early stages of the development of a real-time system, to determine the real terms of tasks and choose the optimal option for the implementation of technical and lost support. The proposed mathematical models are based on determining the time characteristics of program execution by modeling the distribution of processor time between tasks, subject to the prior selection of planning algorithms and the characteristics of a complex of technical means. The research is based on the use of simulated statistical models and Petri net models, The use of the proposed tools allows you to significantly reduce the time of analysis of possible options for real-time system implementation, increases the quality of the project and significantly reduces the overall time and cost of the entire development. The paper examines in detail the process of modeling a multitasking computer system using a Petri net device. A concrete example shows the simulation of the operation of a complex of programs, including the development of simulation algorithms, the listing of the simulation program, and the analysis of the obtained results.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Управління розвитком складних систем, номер 54, 2023
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Management of Development of Complex Systems, number 54, 2023
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
48-62.pdf
Дата публікації: 
06 Октябрь 2023
Номер збірника: 
54
Розділ: 
ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ УПРАВЛІННЯ
Університет автора: 
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ
Литература: 
  1. Зайцев В. Г., Цибаєв Є. І. Комп’ютерні системи реального часу: навчальний посібник. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”. Київ, 2019. URL: https:// ela.kpi.ua/handle//123456789/29604
  2. Зайцев В. Г., Дробязко І. П. Операційні системи: навчальний посібник / Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”: Київ, 2019. URL: https:// ela.kpi.ua/handle//123456789/2
  3. Зайцев В. Г., Цибаєв Є. І. Модель оцінки часових характеристик у комп’ютерних системах реального часу з використанням сіток Петрі. Управління розвитком складних систем. 2019. № 40. С. 76 – 86; dx.doi.org\10.6084/m9.figshare.11969013.
  4. Golubev A. S. (2010). Real-time systems: lecture notes. Vladim. state un-t; comp. Vladimir: Publishing house Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute. Electronic resource of KPI named after Igor Sikorsky: https: // ela.kpi.ua/handle//123456789/29600.
  5. Baker T. Multiprocessors EDF and Deadline Monotonic Shedulability Analysis. Proceeding of 24 IEEE Real – Time Systems Symposium, 2003, p. 120–129.
  6. Andersen B., Daruah S., Jonson J. Static – Priority Shedulings on Microprocessors. Proccedings of 22 IEEE Real – Time System Symposium. 2001, p. 193 – 202.
  7. Ferrari A. D. Real – Time Shtduling Algorithms // Dr. Dobb’s Jornal. 1994, N12, p. 60 – 66.
  8. Стеценко І. В., Бойко О. В. Система імітаційного моделювання засобами сіток Петрі. Математичні машини і системи. 2009. № 1. С. 117–124.

 

References: 

1.     Zaitsev, V. G., Tsybaev, E. I. (2019). Real-time computer systems: a textbook. National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”: Kyiv. Igor Sikorsky KPI Electronic Resource: https:// ela.kpi.ua/handle//123456789/29604.
2.     Zaitsev, V. G., Drobyazko, I. P. (2019). Operating Systems. Real-time computer systems: a textbook. National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”: Kyiv. Igor Sikorsky KPI Electronic Resource: https://ela.kpi.ua/handle//123456789/29604.
3.     Zaitsev, V. G. Tsybaev, E. I. (2019). A model for estimating time characteristics in real-time computer systems using Petri nets. Management of development of complex systems, 40, 76–86; dx.doi.org\10.6084/m9.figshare.11969013.
4.     Golubev, A. S. (2010). Real-time systems: lecture notes. Vladim. state un-t; comp. Vladimir: Publishing house Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute. Electronic resource of KPI named after Igor Sikorsky: https: // ela.kpi.ua/handle//123456789/29600.
5.     Baker, T. (2003). Multiprocessors EDF and Deadline Monotonic Shedulability Analysis. Proceeding of 24 IEEE Real – Time Systems Symposium, Pp. 120–129.
6.     Andersen, B., Daruah, S., Jonson, J. (2001). Static– Priority Shedulings on Microprocessors. Proccedings of 22 IEEE Real – Time System Symposium, Pp. 193–202.
7.     Ferrari, A. D. (1994). Real – Time Sheduling Algorithms. Dr. Dobb’s Journal, 12, 60–66.
8.     Stetsenko, I. V., Boyko, O. V. (2009). Imitation modeling system using Petri nets. Mathematical machines and systems, 1, 117–124.