Раздел 2 БАЛАНСИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРАМИ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
При проектировании комплекса программ для управляющей вычислительной системы можно на десятки процентов снизить время выполнения технологических программ, уменьшить нагрузку на линии связи или же добиться снижения времени ответа системы благодаря надлежащему распределению функций технологического программного комплекса между вычислительными ресурсами системы [2, 12, 15].
В качестве примера управляющей вычислительной системы рассмотрим компьютерную систему автоматизированного управления технологическим процессом [2, 50, 80]. Она состоит из ряда контроллеров [10] и одной или нескольких рабочих станций (РС). Задача состоит в том, чтобы распределить программные модули между контроллерами и РС так, чтобы, с одной стороны, сбалансировать нагрузку между контроллерами и РС, а с другой стороны, сделать минимальной нагрузку на линии связи сети. Для этого требуется решать задачу оптимального распределения программных модулей между компьютерами в сети. При этом, если ограничивающим фактором являются средства связи между рабочими станциями и контроллерами, например, медленные коммутируемые или некоммутируемые телефонные линии, имеет смысл критерием оптимизации выбрать время взаимодействия программ по сети. Если же в системе управления можно использовать недорогие рабочие станции, имеет смысл минимизировать время выполнения программ контроллерами за счет перенесения части программ из контроллеров в рабочие станции; в этом случае каждый контроллер сможет обслужить большее число датчиков и исполнительных механизмов, что может привести к сокращению общего числа дорогостоящих контроллеров, что, в свою очередь, уменьшит стоимость и надежность функционирования системы.
2.1. Конфигурирование программ в управляющих вычислительных системах
Настройка комплекса программных модулей на объект управления и установление взаимосвязей между ними называется конфигурированием [4 - 9]. Хорошо разработанная подсистема конфигурирования дает возможность при разработке типовых систем управления исключить этап программирования, а, значит, ускорить создание и повысить надежность функционирования системы. Современные программные пакеты дают возможность конфигурировать системное и технологическое программное обеспечение распределенных систем, состоящих из рабочих станций и контроллеров, объединенных в одно целое сетевыми средствами. Число станций и контроллеров в сети колеблется у разных комплексов от нескольких узлов до нескольких десятков или даже сотен узлов.
Ряд характеристик компонентов вычислительной системы, влияющих на эффективность распределенной системы управления, находятся в распоряжении проектировщиков и после выбора базового комплекса технических и программных средств. К таким характеристикам относятся: число рабочих станций и количество контроллеров, размещение в них программ, а также маршруты прокладки каналов связи между станциями и контроллерами. Экономически обоснованное территориальное размещение узлов обработки (контроллеров и рабочих станций) опирается на принцип локализации обработки данных, согласно которому узлы обработки данных выгодно размещать как можно ближе к датчикам, исполнительным устройствам и оперативному персоналу. Это минимизирует суммарную длину кабелей, соединяющих датчики и исполнительные механизмы с узлами обработки, но может привести к увеличению числа промежуточных узлов, а значит, к росту затрат на компьютерные аппаратные средства. Очевидно, что существует оптимальное число обрабатывающих узлов, при котором суммарные затраты на аппаратуру передачи данных и обработку будут минимальны для данного объекта.
При проектировании управляющей вычислительной системы имеется свобода выбора и в назначении операций и функций в узлы обработки, а также свобода в размещении прикладных программ, реализующих эти операции и функции, и массивов данных в запоминающих устройствах тех или иных узлов. Если связанные операции выполняются в процессорах разных станций, сеть передачи данных загружается передачей общих данных. Например, массив технологических данных может храниться в узле, в котором он формируется, или в узле, в котором он используется, или же в том и другом узле или, наконец, в третьем узле. Надо иметь в виду также то обстоятельство, что при выполнении в разных узлах функций, реализуемых по одной и той же программе, по сети может передаваться копия этой программы, или же она будет дублироваться в разных узлах. Следовательно, от распределения операций, массивов и программ по узлам технологической сети сильно зависит загрузка каналов связи. Задача размещения актуальна и в ходе штатного функционирования системы, например, при вводе в систему новых функций. Необходимость в перераспределении операций, программ и массивов технологических данных может возникнуть также при неисправности отдельных устройств вычислительной системы. В этих случаях правильное решение задачи размещения способствует поддержанию работоспособности системы.
Таким образом, одной из основных задач подсистемы конфигурирования программ управляющей вычислительной системы является задача оптимального распределения программных модулей между рабочими станциями и контроллерами, при котором минимизируется либо время взаимодействия программных модулей из разных компьютерных узлов, либо время выполнения программ контроллерами или рабочими станциями, в зависимости от характеристик конкретной системы и того, какие характеристики нужно оптимизировать.
Хорошее распределение программных модулей может дать экономию времени контроллеров или рабочих станций, либо снизить нагрузку на линии связи и, что особенно важно, уменьшить гарантированное время ответа системы на внешние воздействия.
Решение задачи, какие программные модули, а значит, реализуемые ими функции, закрепляются за рабочими станциями, а какие - за контроллерами, завис
- Київ+380960830922