Задачи и методы управления множественным доступом к общим ресурсам
В задачи управления множественным доступом ( при аппаратурном ее решении - в задачи распределенного арбитра, см. рис. 1.2) входит:
- диспетчеризация заявок на обслуживание - в распределенных ВС при функциональном распараллеливании, при котором каждый абонент территориально приближен к источнику нагрузки и решает задачи исключительно по обработке поступающих от него заявок, сводится к задаче выбора заявок из очередей или к реализации дисциплины обслуживания (ДО);
- передача прав между абонентами системы на доступ к ресурсу в соответствии с задаваемой дисциплиной обслуживания очередностью.
Классификация наиболее широко используемых сегодня в ЛВС методов диспетчеризации [1] представлена на рис. 1.3, реализующих их методов управления множественным доступом на рис. 1.4 [8, 10]. Среди ДО можно выделить бесприоритетные, реализующие случайный выбор одной из поступивших заявок, и обслуживание в циклическом порядке (ОЦП), когда все очереди заявок опрашиваются последовательно одна за другой в циклическом порядке; приоритетные ДО с относительными приоритетами (ОП), при которых после освобождения ресурса его занимает активная заявка с наиболее высоким ОП. На практике реализуются два подхода к заданию ОП заданием фиксированным значением кода адреса в системе, либо местом подключения абонента к связному ресурсу.
Рис. 1.3
Методы управления множественным доступом, реализующие соответствующие ДО, различаются видом сигнала передачи прав на занятие ресурса - либо асинхронным ( по выделенной линии арбитража - эстафетный,
специальным кодовым словом по каналу связи - маркерный), либо временным интервалом (синхронный). Методы, реализующие ДООП, различаются способом задания относительного приоритета, либо кодом адреса в системе, либо местом подключения к каналу. Занятие канала здесь осуществляется за счет последовательного «отключения» менее приоритетных абонентов в результате сравнения разрядов кода ОП, либо при распространении отключающего сигнала по однонаправленной линии приоритета.
Рис. 1.4
Следуя классификации интерфейсов ЛВС реального времени [7] можно выделить: магистрально-модульные ВС, где последовательный канал связи имеет длину, как правило, до 10 метров: стандарт Bitbus, SSB (в интерфейсах Multibus), NUBUS, Fastbus, I2C, D2B и др.; рассредоточенные ВС - здесь в качестве передающей среды уже используется последовательный канал связи, имеющий длину от сотен метров до километров при возможности ее наращивания активными ретрансляторами. К таким интерфейсам относятся: интерфейс распределенной магистрали (ИРМ), интерфейс линейной связи с последовательной передачей информации (ИЛПС), MAP, PROWAY, ( MAP, PROWAY - регламентируют правила построения ЛВС реального времени), MIL-STD-1553B и др.
Методы же управления множественным доступом, реализуемые для рассматриваемых интерфейсов с учетом представленной на рис. 1.4 классификации, следующие: маркерный (в частности сюда относится и предельный случай эстафетной смены задатчика - метод Polling - при смене задатчика или центрального узла каждым сигналом передачи прав) - наиболее широко применяемый метод, например в Bitbus, ИРМ, ИЛПС, PROWAY, MAP, MIL; и метод ДКУ, используемый в I2C и D2B [7]. Метод ДПВУ нашел применение лишь в сосредоточенных ВС с параллельной системной магистралью ( И-41, VME-bus и др.), где приоритет абонентов убывает по мере удаления модулей «по гирлянде». Здесь применяется и метод ДКУ (в данных приложениях можно рассматривать как комбинированные ДКУ и ДПВУ), причем разряды кода, либо признаки занятия ресурса абонентами группы, подаются по специальным выделенным для этой цели управляющим линиям шины ( И-41, Multibus I, II и др.) [7].
Т.о. современными стандартами, регламентирующими правила построения ЛВС реального времени, по существу, рекомендуется к использованию только маркерный метод управления множественным доступом, реализующий ОЦП посредством опроса очередей в соответствии с бесприоритетным расписанием. В монографии будет показано насколько неэффективен данный подход при реализации рассматриваемых ЛВС различных приложений.
В ЛВС, используемых в современных информационных системах, широкое использование находит случайный метод управления множественным доступом, в частности CSMA-CD (с обнаружением наложения) [8, 10, 11], реализующий бесприоритетную ДО с передачей прав случайным образом. Однако, данный подход уже не удовлетворяет современным сетевым технологиям, реализующим интеграцию служб связи, в том числе и реального времени, как при асинхронной передаче данных - ATM - в ЛВС технологии ATM используется маркерный метод управления доступом к магистральному каналу [3], так и при синхронной передаче - ISDN. Для этих приложений необходимы эффективные методы управления множественным доступом реального времени, реализующие приоритетные расписания. Такие методы могут быть получены лишь в том случае, если удастся отказаться от механизма опроса очередей при реализации расписаний, в том числе и приоритетных.
В монографии подробно рассматривается современная концепция обслуживания заявок в реальном времени, в основе которой находится оригинальный принцип обслуживания с динамическими ОП, изменяемыми по расписаниям, объединяющая в себе новые возможности обслуживания в реальном масштабе времени, со смешанными и с многоуровневыми (учитывающими приоритеты заявок) приоритетами, при высокой эффективности управления множественным доступом к ресурсам и открывающихся возможностях по унификации механизмов передачи прав на занятие ресурса между абонентами системы.