Камерон Хьюз - Параллельное и распределенное программирование на С++

Процесс — это часть работы (кода), создаваемая операционной системой. Он включает один или несколько потоков, выполняемых в его адресном пространстве. Если потоков несколько, то один из них является основным (main thread). Несколько процессов могут выполняться параллельно. Потоки одного процесса могут выполняться параллельно с потока м и дру г их процессов.

При использовании языка UML дл я отображения функционирования процессов и потоков каждый независи м ый поток выполнения считается активным объектом. Активный объект — это объект, который является владельце м процесса или потока. Каждый активный объект может активизировать то, чем он владеет. Активный класс — это класс, объекты которого являются активными. Активные классы можно использовать для моделирования группы процессов или потоков, которые разделяют одни и те же члены данных и методы. Объекты конкретной системы могут не иметь однозначной взаимосвязи с активными объектами. Как упоминалось в главах 3 и 4, при разделении программы на процессы и потоки следует учитывать, что методы объектов могут выполняться в отдельном процессе или отдельных потоках. Следовательно, при моделировании одного такого объекта его можно представить в виде нескольких активных объектов. Отношение между статическими и активными объектами можно изобразить с помощью диаграммы взаимодействия. В систе м е м ожет быть несколько PVM- или MPI-задач, или процессов, и каждую из них м ожно представить непосредственно как активный объект.

Язык UML позволяет представить активный объект или класс таким же способом, как статический объект, за исключением того, что периметр прямоугольника, обозначающего этот объект или класс, обводится более жирной линией. В этом случае можно также использовать следующие два стереотипа:

process

thread

Индикаторы этих стереотипов позволяют отобразить рааличие между двумя типами активных объектов. На рис. 10.8 показана PVM-задача в виде активного класса и активного объекта. Диаграмма сотрудничества может состоять из активных объектов.

В параллельной и распределенной системе возможно существование нескольких потоков выполнения, которые относятся к одному или нескольким процессам. Эти процессы и потоки могут выполняться в одной компьютерной системе с несколькими процессорами либо распределяться между несколькими различными компьютерами. Для представления каждого потока выполнения используется активный объект или класс При создании активного объекта инициируется независимый поток выполнения. При разрушении активного объекта этот поток прекращает свое существование. Моделирование потоков в системе позволяет успешно осуществить управление, синхронизацию и взаимодействие между ними.

В диаграмме сотрудничества для идентификации потоков используются числа и стрелки со сплошной заливкой наконечника. В диаграмме сотрудничества, которая состоит из активных объектов параллельной системы, имя активного объекта представляется порядковыми числами операций, выполняемых активным объектом. Активный обьект может вызвать метод, определенный в другом объекте, и приостановить выполнение до тех пор, пока этот метод не завершится. Стрелки используются не только для отображения направления хода выполнения потока, но и природы его поведения. Стрелки со сплошной заливкой наконечника используются для представления синхронного вызова, а стрелка с однореберным наконечником — для представления асинхронного вызова. Поскольку один и тот же метод может быть вызван сразу несколькими активными объектами, то для описания синхронизации этого метода можно использовать такие его свойства:

• sequential

• guarded

• concurrent

На рис. 10 9 представлена диаграмма сотрудничс ства нескольких активных объектов, которые «совместными усилиями» создают расписание студента. Объект blackboard используется дл я ре г истрации результатов предварительной работы и ее координации, а также представления итогового расписания, сгенерированного решателями задач активных объектов, именуемых в данном случае агентами (agent).

MajorAgentСоздает список имеющихся основных курсов

MinorAgentСоздает список имеющихся непрофилирующих курсов

FilterAgentФильтрует список курсов и генерирует список возможных курсов

ScheduleAgentГенерирует несколько вариантов расписаний на основе списка возможных курсов

Объект schedule_of_coursesсодержит все и м ею щ иеся курсы.

Объекты blackboardи schedule_of_coursesдоступны при параллельном к ним обращении со стороны нескольких агентов. В данном варианте сотрудничества оба эти объекта видимы для всех агентов. А г енты MajorAgent, MinorAgent, FilterAgentи ScheduleAgentвызывают методы объекта blackboard.Агенты MajorAgentи MinorAgentвызывают методы объекта schedule_of_courses.При этом а г енты Maj orAgentи MinorAgentимеют анало г ичную последовательность обращений к объектам blackboardи schedule_of_courses.

MajorAgentl: currentDegreePlan()

MajorAgent2 : coursesTaken()

MajorAgent3 : scheduleOfCourses ()

MajorAgent4 : suggestionsForMajor ()

MinorAgentl:currentDegreePlan()

MinorAgent2:coursesTaken()

MinorAgent3:scheduleOfCourses()

MinorAgent4:suggestionsForMinor()

Как видите, к имени активного объекта, который вызывает эти методы, присоединяется порядковый номер. Оба объекта параллельно вызывают методы объектов blackboardи schedule_of_courses.Все эти методы параллельно синхронизированы и защищены от одновременного вызова. Методы masterList()и possibleCourses()имеют свойство guarded.Одни объекты могут модифицировать содержимое курсов, а другие— считывать его. Поэтому методы masterList() и possibleCourses() защищены разрешением только последовательного к ним доступа (EREW).

В то время как в диаграмме сотрудничества основное внимание уделяется структурной организации и взаимодействию объектов, совместно выполняющих некоторую за-далу или реализующих прецедент (вариант использования системы), в диаграмме последовательностей акцент ставится на временном упорядочении вызовов методов или процелур, составляющих данную задалу или прецедент. В диаграмме последовательностей имя каждого объекта или консгрукции отображается в собственном прямоугольнике. Все прямоугольники размещаются в верхней части диаграммы, вдоль ее оси X. В диаграмму следует включать только основных исполнителей прецедента и наиболее важные функции, в противном случае диаграмма будет перенасыщена деталями и утратит свою полезность. Объекты упорядочиваются слева направо, начинал с объекта или про-целуры, которая является инициатором действия для большинства второстепенных объектов или процедур. Вызовы функций отображаются вдоль оси Y сверху вниз в порядке возрастания значения времени. Под каждым прямоугольником наносятся вертикальные линии, представляющие «жизненные пути» (линии жизни) объектов. Стрелки со сплошной заливкой наконечника, направленные от линии жизни одного объекта клинии жизни другого, обозначают вызовы функций или методов (причем такая стрелка всегда направлена от инициатора вызова). Стрелки с «реберными» наконечниками имеют обратное направление (т.е. к инициатору вызова), обозначая возврат из функции или метода. Каждый вызов функции помечается ее именем. Помимо имени, при необходимости отображается информация об аргументах и условиях вызова, например: