Πρωτότυπες τεχνικές για την υλοποίηση περιβάλλοντων προσομοίωσης διακριτών γεγονότων για υπολογιστικά συστήματα

Abstract

Η Διδακτορική Διατριβή έχει στόχο την ανάπτυξη ενός εργαλείου προσομοίωσης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση πλατφόρμων προσομοίωσης που είτε αποτελούν πρωτογενώς πλατφόρμες προσομοίωσης διακριτών γεγονότων είτε στηρίζονται σε αυτές. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του εργαλείου αυτού πραγματοποιείται βάσει νέων τεχνικών προγραμματισμού (όπως η AspectJ), συστημάτων (Εγγενής Βάσεις Δεδομένων XML) και αρχιτεκτονικών (Διαδικτυακές Υπηρεσίες) τα οποία α) ενισχύουν την ανεξαρτησία του σε επίπεδο εφαρμογών, β) βοηθούν στον αυστηρό διαχωρισμό των λειτουργιών του, σχηματίζοντας αυτόνομους επιμέρους μηχανισμούς οι οποίοι μπορούν να εφαρμοστούν κατά περίπτωση και γ) διασφαλίζουν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο την ευελιξία, την επεκτασιμότητα και την διαφάνεια του συστήματος ως προς τον χρήστη (είτε σε επίπεδο προγραμματιστή, είτε σε επίπεδο χρήστη εφαρμογών), στοιχεία τα οποία δεν εμφανίζονται στις υπάρχουσες πλατφόρμες. Το εν λόγω εργαλείο αποτελείται από ένα σύνολο μηχανισμών οι περισσότεροι από τους οποίους μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα από οποιαδήποτε άλλο παρόμοιο σύστημα. Χαρακτηριστικά παράδειγμα αποτελούν οι μηχανισμοί των «εναλλακτικών συμπεριφορών», «όρων-ενεργειών και ανίχνευσης διακεκριμένων γεγονότων» καθώς επίσης και ο «μηχανισμός διαχείρισης πληροφοριών». Αναλυτικότερα, 1) ο μηχανισμός εναλλακτικών συμπεριφορών επιτρέπει την εξωτερική μεταβολή της συμπεριφοράς του συστήματος που προσομοιώνεται δημιουργώντας εναλλακτικά σενάρια λειτουργίας του, 2) οι μηχανισμοί όρων-ενεργειών και ανίχνευσης γεγονότων παρέχουν ένα πραγματικά χρήσιμο σύνολο λειτουργιών, καθώς είναι δυνατή α) η συσχέτιση της συμπεριφοράς των οντοτήτων και κατεπέκταση του συστήματος μέσα από ένα σύνολο συνθηκών και β) η δυναμική ανίχνευση γεγονότων και ο καθορισμός της συμπεριφοράς των οντοτήτων σύμφωνα με τα γεγονότα αυτά. Η ευελιξία του μηχανισμού αυτού πολλαπλασιάζεται με την εφαρμογή του μηχανισμού εναλλακτικών συμπεριφορών, και 3) ο μηχανισμός διαχείρισης πληροφοριών δεν περιορίζεται απλώς στην καταγραφή και στην ανάκτηση κάποιων χαρακτηριστικών μεγεθών, όπως συμβαίνει στα υπόλοιπα συστήματα, αλλά παρέχει την δυνατότητα αποθήκευσης οποιασδήποτε πληροφορίας (οποιαδήποτε αντικείμενο, σε επίπεδο υλοποίησης), χωρίς σχεδόν κανένα περιορισμό, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα απόλυτη διαφάνεια ως προς τον χρήστη. Το εργαλείο αυτό έχει ένα επιπλέον χαρακτηριστικό, κατά τον σχεδιασμό του, ελήφθησαν υπόψη τα μοντέλα λειτουργίας των βασικών κατηγοριών των αλγόριθμων εξισορρόπησης φορτίου με σκοπό την δημιουργία μιας «φιλικής» διεπιφάνειας προς την υλοποίηση πλατφόρμων προσομοίωσης υπολογιστικών συστημάτων. Για παράδειγμα, το βασικό μοντέλο αλληλεπίδρασης μεταξύ των οντοτήτων στηρίζεται στην ακόλουθη απλή αρχή: «Σκοπός κάθε οντότητας αποτελεί είτε η δέσμευση ποσοστού συγκεκριμένων ιδιοτήτων από τις υπόλοιπες οντότητες είτε και η αυτόβουλη διάθεση/προσφορά ποσοστού των ιδιοτήτων που κατέχει σε άλλες οντότητες, εφόσον αυτές ενδιαφέρονται, για κάποιο χρονικό διάστημα». Το παραπάνω προέκυψε κατά κύριο λόγο από την ειδικότερη συμπεριφορά που συναντάται σε ένα υπολογιστικό σύστημα όπου μία υπολογιστική μονάδα αποστέλλει μέρος του φορτίου της σε μία άλλη. Η μεταφορά φορτίου ουσιαστικά μεταφράζεται σε αποδέσμευση και δέσμευση ποσοστού του πόρου (π.χ. του χρόνου επεξεργασίας) για κάποιο χρονικό διάστημα της μονάδος που απελευθερώνεται από το φορτίο και της μονάδος που επιβαρύνεται με αυτό αντίστοιχα. Πρόδρομος του εν λόγω εργαλείου αποτελεί η υλοποίηση πειραματικού περιβάλλοντος του οποίου η εύκαμπτη αρχιτεκτονική επιτρέπει την εφαρμογή πλήθους σεναρίων λειτουργίας απλών αλγόριθμων εξισορρόπησης φορτίου. Το περιβάλλον αυτό χρησιμοποιείται για την μελέτη των βασικών παραγόντων, όπως η ταχύτητα επικοινωνίας, η τοπολογία, το φορτίο, η πολυπλοκότητα του πρωτοκόλλου επικοινωνίας μεταξύ των οντοτήτων, οι οποίοι επηρεάζουν σημαντικά την αποτελεσματικότητα ενός υπολογιστικού συστήματος και κατά συνέπεια αποτελούν τους βασικούς παράγοντες τους οποίους θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη ένας αλγόριθμος εξισορρόπησης φορτίου. Η μελέτη αυτή στηρίζεται στην συγκριτική εξέταση των πειραματικών αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή τριών αλγορίθμων, του κλασικού στατικού αλγόριθμου Round-Robin και δύο δυναμικών, του LUIA και UIA οι οποίοι κατασκευάστηκαν για τις ανάγκες τις παρούσας διατριβής.