Sistemas y Modelos. QUE SON MODELOS ? Tipología de Modelos Tipología de Modelos.
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Sistemas y Modelos
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Simulación
La simulación es una herramienta de análisis de sistemas, que se basa en la experimen-tación sobre modelos de éstos para obtener las conclusiones.
En este curso nos centraremos en Sistemas puramente Informáticos (Bases de datos, Redes de Ordenadores, etc.)
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Diseño de un Simulador
Sistema Real Modelo deSistema
Datos Reales
Datos Simulados
Codificación
Validación
Abstracción
Validación
SelecciónParadigma
Lenguaje de Simulación
Objetivos
ProgramaSimulación
Modelo Computacional
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Tipos de Modelos
Sistema Real
Experimento real Experimento sobre modelo
Modelo físico Modelo matemático
AnalíticoSimulado
Estático(no existe el tiempo)
Dinámico
Continuo Discreto
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Elementos de un Modelo
• Estructura del sistema (entidades, sus propiedades y relaciones)
• Recursos del sistema (entidades compartidas)
• Dinámica del sistema (cambios sobre el estado de las entidades)
• Condiciones de contorno del sistema (variables aleatorias del sistema)
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Estructura
• Variables de estado:Partes del sistema que cambian a lo largo de la simulación.
• Diseño Orientado a Objeto (notación UML)– Clases: agrupan objetos con igual estructura y
comportamiento.– Objetos: entidades del sistema con identidad
propia y un estado descrito a través de pares atributo valor.
– Métodos: describen las operaciones sobre los objetos, ocultando su implementación.
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Descripción de Clases
+ Id: integer+ NumProcesados: integer+ TiempoServicioMedio: float+ TiempoRestrasoMedio: float
+ PeticionServicio(Paquete)+ FinServicio()+ Procesa()+ EnProceso():bool+ ColaVacía():bool+ SiguienteNodo():Nodo
Declaración deatributos
Declaración de métodos(solo cabeceras)
Nombre de clase Nodo
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Relaciones entre Clases
1..N
Agregación
Asociación
Herencia
+ Creados: integer+ RetrasoMedio: float
+ CreaPaquete() ...
Red
Nodos+ Id: integer+ Procesados: integer+ ServicioMedio: float+ RestrasoMedio: float ...
Nodo
1..1
+ NMedio: integer+ Tamaño: float
+ Encola(Paquete)+ Desencola():Paquete
ColaEnEspera
1..N
+ Id: integer+ tamaño: integer
Paquete
PaquetesSiguiente
1..1
Origen
1..1
1..1Destino
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Dinámica del Sistema
• Un suceso representa un cambio en alguna variable de estado del sistema.– La creación de un paquete en la red (Red.Creados++).– El procesamiento de un paquete en un nodo
(N.Procesados++).
• Los sucesos puede clasificarse en:– Sucesos discretos: modificaciones instantáneas de
las vbles. – Sucesos continuos: variaciones infinitesimales de las
vbles (ecuaciones diferenciales).
• Los sucesos además pueden ser deterministas o estocásticos.
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B
Diagramas de Sucesos
El suceso A planifica B para dentro de t unidades de tiempo.
El suceso A planifica B para dentro de t unidades de tiempo solo si se satisface la condición cond.
El suceso A cancela al suceso B después de t unidades de tiempo.
(t puede ser una variable aleatoria)
A Bt
tA B
cond
tA
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t1
Diagramas de Sucesos
El suceso A planifica el suceso B con la probabilidad p, para dentro de t unidades de tiempo.
El suceso A planifica a B, a C o a D según la distribución de probabilidades (p1, p2, p3). Solo se planifica un suceso.
B
A
B
C
D
X=p
t
X=p1
X=p2
X=p3
t2
t3
A
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Diagramas de Sucesos
Suceso periódico de ciclo t.
Sucesos inciales de la simulación.
Definición de macro-sucesos.
A
t
S
A DF
GMacro-suceso
t
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Recursos
• Un recurso es una parte del sistema que debe ser compartida por varios agentes.
• Redes de colas de espera.
• El elemento básico es la estación de servicio con cola de espera.
• Las redes de colas expresan el flujo de los clientes a través de las estaciones de servicio.
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Estaciones de Servicio
Una estación de servicio se caracterizan por:– Tasa de llegada– Número de servidores – Distribución del tiempo de servicio– Capacidad del sistema– Política de servicio
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Estaciones de ServicioServidores
Fuente declientes
Cola espera
Tllegada
C1: M.ServidorLibre( )C2: not M.Cola_vacía( )tprep: tiempo preparación
2 solicita servicio
Diagrama de sucesos (FCFS):
Tserviciotprep
C1
tprep
C2
1 lleganuevo cliente
3entra en servidor
4sale del servidor
ESTACIÓN FCFSt0
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Políticas de Servicio
¿cómo deben procesarse los clientes de una estación?
• FCFS (o FIFO): First Come, First Served• LCFS (o LIFO): Last Come, First Served• Round-Robin (RR)• Processor Sharing (PS)• Service in Random Order (SIRO)• Control de Prioridades
– Expulsiva con reanudación (preempt)– No expulsiva– Expulsiva con reinicialización
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Ejemplo 1
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Sistema Informático
T1
T2
T3
T4
CPU
D1 D2
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Diagrama UML
+ Ntrans: int+ TMedio: double+ Niter: int...
Sistema + Id: int+ Procesados: int+ R: double ...
EstaciónFCFS
1..1
+ Nq: int+ W: double
+ Encola(Tr)
+ Desencola():Tr
ColaEnEspera
1..N
+ Id: int+Ttrans: double
Transacción
ítems
Disco CPU
1..1
1..2
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Diagrama de colas
Terminales
CPU
D1
D2M/M/1
M/M/1
M/M/1
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Diagrama de sucesos
1 1ª transacción
2 2ª transacción
3 3ª transacción
4 4ª transacción
Terminales CPU
D1
D2
P1
P2
P3
P1=1/NiterP2=(1-P1)/2P3=(1-P1)/2
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1 1ª transacción
2 2ª transacción
3 3ª transacción
4 4ª transacción
CPU
D1
D2
P1
P2
P3
14 154000
Diagrama de sucesos
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Diagrama de sucesos
1 1ª transacción
2 2ª transacción
3 3ª transacción
4 4ª transacción
D1
D2
P1
P2
P3
14 154000
54ms C1
C2
6 7
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Diagrama de sucesos
1 1ª transacción
2 2ª transacción
3 3ª transacción
4 4ª transacción
P1
P2
P3
14 154000
54ms C1
C2
6 7
814ms C1
C2
9 10
1114ms C1
C2
12 13
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Ejemplo 2
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Videos bajo demanda
Almacénde DVDs
Torre DVDs
Brazo Robot
Servidor
3 Discos (10 Gb)
CPU:500 Mhz512 Mb...
Internet
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Esquema del sistema
CACHÉ-RAM
CACHÉ-DISCO
JUKE-BOX
GESTOR DE VÍDEOS
COMMON GATEWAY INTERFACE (CGI)
Cliente Cliente Cliente
3
BRAZO
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Descripción de Clases
Gestor de videos
+ número_films: integer+ Películas: List Film
+ nuevo_film(Film)+ nuevo_cliente(Cliente)+ pos_film_cliente(Film, Cliente):Fotograma+ clientes_en_ pelicula(Film): List Cliente
Definición deatributos
Definición de métodos(solo cabeceras)
Nombre de clase
No es necesario definir los tipos exactos de los atributos y de los métodos,ya que éstos pertañen al modelo computacional.
Film
+ código+ duración+ clientes: List Cliente
+ nuevo_cliente(Cliente)+ dame_cliente():Cliente...
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GestorVídeos
Brazo Robot
Juke Box
Caché Disco
Caché RAM
0
1
2
(0) Llegada de peticiones(1) Busca GF en RAM(2) Busca GF en Discoc1) ¿película en marcha?
Ejemplo
normal(2000ms)
400ms
c1
(0, f1(x))
(0, f2(x))