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并发系统中的事件循环回路分析与应用

并发系统中的事件循环回路分析与应用

作者：贺高雲西安电子科技大学

学位级别：硕士

以柔性制造系统、现代计算机系统和网络通讯协议等为代表的诸多系统均可归类为并发系统,该类系统通常由若干松散耦合的子系统构成,子系统之间以共享资源的形式协同执行。在资源受限时,不恰当的资源竞争往往会导致系统出现死锁。死锁不... 详细信息

以柔性制造系统、现代计算机系统和网络通讯协议等为代表的诸多系统均可归类为并发系统,该类系统通常由若干松散耦合的子系统构成,子系统之间以共享资源的形式协同执行。在资源受限时,不恰当的资源竞争往往会导致系统出现死锁。死锁不仅会降低生产率,甚至会产生严重的后果,如网络通讯因死锁而产生的大面积瘫痪,柔性制造系统因死锁导致物料损耗,甚至机器的不可逆损坏,进而导致巨大的经济损失。因此,如何合理有效地避免死锁从而保证并发系统的活性具有重要的现实意义。Petri网作为描述异步、并发系统的有效数学工具,被广泛应用于各类并行系统的建模和分析。在Petri网范式下,传统的死锁避免策略将死锁的发生归因于资源循环等待现象的出现,即由于资源分配不均使得进程之间形成了资源循环等待,从而迫使系统陷入死锁。然而,实际并发系统中存在诸多资源循环等待难以解释的死锁现象。因此,深入探究死锁出现的本质原因并进行高效的死锁避免至关重要。鉴于此,本文针对并发系统,提出了事件循环等待这一概念,用以解释死锁出现的根本原因,并随之给出了表征事件循环等待现象的结构特征,即事件环路。结合区域理论和事件环路,本文提出了基于事件环路的状态多步向后以及结构多步向前两种死锁预测方法。上述方法有效提升了死锁避免效率,极大缓解了传统死锁避免方法面临的状态爆炸和组合爆炸难题,能够有效地应用于各类实际并发系统中。本文具体研究内容如下:(1)阐述了并发系统死锁产生的根本原因,即事件循环等待,并探讨了其与资源循环等待的区别。本文以AC(Asymmetric Choice,非对称自由选择)网为研究对象,分析了事件循环等待状态及结构的相关性质,并引申出了结构活性和状态活性的定义及性质。最后将事件环路和信标进行对比分析,说明了信标在死锁研究方面的局限性,并验证了事件环路在更多场景下的适用性。(2)基于事件循环等待分析,提出了基于事件循环等待的多步向后以及基于结构多步向前的单步向后两种死锁预测方法。第一种策略通过结合传统多步向后算法与事件循环等待状态分析,缓解了传统方法需要枚举完整的可达图而面临的算法效率低下问题。第二种策略重点关注导致系统陷入死锁的几类关键结构,通过引入依赖事件集,有效消除了算法复杂度受初始标识数量的影响;此外,该策略采取离线加在线的模式,合理分配计算资源,进一步提高了死锁预测效率。(3)设计开发了新的Petri网仿真软件PNA-WEB,并应用该软件平台,自动生成用以测试的AC网系统数据,以这些数据为样本,仿真验证了本文提出的死锁避免算法的有效性。该软件采用可视化编辑界面,以及BS软件架构,提高了用户数据编辑效率,可以随时随地进行模型仿真验证。同时由于其采取模块化接口设计,为后续研究在仿真平台上开发算法提供了便捷支持。

关键词：并发系统 Petri网事件循环等待死锁预测 PNA-WEB

基于Petri网语言的并发系统性质研究(英文)

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软件学报 2001年第4期12卷 512-520页

作者：蒋昌俊陆维明同济大学计算机科学与工程系上海200092 中国科学院数学研究所北京100080

给出 Petri网弱活性 (无死锁 )与活性的两个语言刻画 ,讨论了同步合成 Petri网的语言性质 .基于 Petri网语言 ,给出了判定 Petri网活性的充分必要条件 .同时研究了 Petri网同步合成过程中活性保持问题 ,给出保持活性的充分必要条件 .

关键词： Petri网并发系统活性同步合成形式语言

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并发系统的模型与验证

兰州大学学报（自然科学版） 1992年第1期28卷 29-34页

作者：刘建福徐德启兰州大学计算机科学系兰州730000

petri网这种转移模型很好地描述了并发系统的静态与动态行为.本文介绍一种新的树结构模型能够直观地表示并发系统的动态特性,可以对 petri 网进行分析和验证.

关键词：并发系统协议验证 Petri网

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基于场景的并发系统需求验证方法研究

哈尔滨工程大学学报 2011年第10期32卷 1323-1328页

作者：张涛黄少滨黄宏涛吕天阳刘刚哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

为验证并发系统需求设计的正确性,提出一种基于场景的并发系统需求验证方法.首先,用UML顺序图建模并发系统需求场景,通过定义顺序图的操作语义及转换规则,将顺序图的XML描述文件自动转换为Promela程序,而后将描述系统需求的Promela程序... 详细信息

为验证并发系统需求设计的正确性,提出一种基于场景的并发系统需求验证方法.首先,用UML顺序图建模并发系统需求场景,通过定义顺序图的操作语义及转换规则,将顺序图的XML描述文件自动转换为Promela程序,而后将描述系统需求的Promela程序和描述系统规约的线性时序逻辑作为模型检测器SPIN的输入,用模型检测的方法自动验证并发系统需求设计的一致性和完备性,最后为证明上述方法的有效性给出一个基于场景的ATM系统需求设计验证实例.实验结果表明,该方法能够有效地发现并发系统需求设计中的错误与不一致,为改进设计提供帮助.

关键词：模型检测需求验证并发系统 UML顺序图 SPIN

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并发系统的操作时序逻辑描述和验证

计算机科学 1997年第6期24卷 25-29页

作者：蒋慧张兴元王元元中国人民解放军通信工程学院计算机教研室南京210016

1.引言近年来,为了在开发一个复杂系统的过程中尽量提高系统的正确性,减少开发过中重复、较琐的工作,国内外许多学者都从逻辑的角度进行研究,用逻辑系统对并发系统程序行描述、验证。

关键词：并发系统时序逻辑验证操作系统程序

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并发系统的组合结构研究及应用

并发系统的组合结构研究及应用

作者：王锐扬州大学

学位级别：硕士

随着并发系统在计算机、通信等领域的广泛应用,在实现了并发系统进一步发展的同时,也对并发系统的功能及性能分析带来了考验。基于此,本文先从并发系统对应Petri网模型的层次结构角度以及对应Petri网模型与CCS(通信系统演算)之间的对应... 详细信息

随着并发系统在计算机、通信等领域的广泛应用,在实现了并发系统进一步发展的同时,也对并发系统的功能及性能分析带来了考验。基于此,本文先从并发系统对应Petri网模型的层次结构角度以及对应Petri网模型与CCS(通信系统演算)之间的对应关系,来对并发系统的功能进行研究。接着利用PEPA(性能评估进程代数)对智能交通系统(ITS)进行性能建模与分析,从应用角度,对并发系统性能方面的案例研究作进一步发展。本文的研究内容及贡献主要包括以下三点:首先,本文提出并发系统对应Petri网模型的组合结构提取算法。算法以模型的关联矩阵(Incidence Matrix,IM)作为处理对象,以模型中的并发变迁作为结构提取的关键点,自动提取出Petri网模型所有潜在的组合结构,从模型层次性的角度来对并发系统的组合结构进行研究。除此以外,本文进一步从实际的案例应用角度,对提出的组合结构提取算法的效用进行分析:以城市交通网络为实例,为其制定具体的Petri网建模规则,通过应用提出的算法来分析此交通网络所有可行的线路布施方案,并对所有布施方案进行优化。其次,本文根据一类并发系统的Petri网模型,提出其对应的CCS模型构造算法。算法以Petri网模型的IM作为处理对象,以CCS的语法规则作为CCS模型构造过程中的约束及判断依据,自动构造出对应Petri网模型的所有CCS模型。算法通过构造出一类并发系统的Petri网模型所有可能的CCS模型,从系统的整体结构方面,在Petri网与CCS之间建立了具体的对应关系,并方便了对并发系统的功能(结构)进行更为全面的研究。此外,本文还对CCS模型构造算法作进一步拓展,并对算法的具体适用范围进行总结。在此理论基础上,本文对提出的CCS模型构造算法作进一步的案例分析:以城市公交网络为实例,为其建立具体的Petri网建模规则,接着利用CCS模型构造算法,来展现此公交网络对应Petri网模型所有潜在且符合条件的CCS模型。最后,本文以PEPA作为建模工具,对并发系统——ITS进行性能建模与分析。通过对ITS的体系架构原理及其中具体的系统模块进行研究,利用PEPA分别对实时定位与路线规划系统和实时路线规划与拼车系统进行性能建模,并对系统的响应时间、吞吐量及利用率进行模拟计算和分析,在实现预测系统的具体性能以及合理设计系统的同时,对基于PEPA的并发系统性能方面的案例研究作出更进一步的拓展。

关键词：并发系统组合结构 Petri网通信系统演算性能评估进程代数智能交通系统

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并发系统建模与分析研究

高技术通讯 1996年第6期6卷 21-25页

作者：蒋昌俊郑应平疏松桂中国科学院自动化研究所

基于Ｐｅｔｒｉ网提出一套完整的并发系统需求说明、建模、形式验证的方法。建立概念模型，用于需求规格说明，包括功能图、资源图和约束集。给出概念模型的精练过程，以及由概念模型到Ｐｅｔｒｉ网模型的转换算法。

关键词：并发系统概念模型 Petri网模型计算机

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基于图文法的并发系统状态测试方法及其实现

软件学报 1996年第10期7卷 587-605页

作者：徐建礼周龙骧中国科学院数学研究所

在并发系统的研究和开发中，迫切需要一种能正确有效地描述并发系统的动态进程互联结构、动态进程通信和进程演化行为的形式化方法以及基于这种形式化方法的并发系统动态状态的测试手段．本文介绍一种基于图文法模型的并发系统状态测试... 详细信息

在并发系统的研究和开发中，迫切需要一种能正确有效地描述并发系统的动态进程互联结构、动态进程通信和进程演化行为的形式化方法以及基于这种形式化方法的并发系统动态状态的测试手段．本文介绍一种基于图文法模型的并发系统状态测试方法，该方法与描述并发系统结构和行为的图文法模型相结合，构成了一个并发系统开发支持环境．这一方法可根据对并发系统的状态测试要求，在并发系统的运行期自动跟踪和记录并发系统的运行状态和通信情况，使并发系统的开发者可以实时地得到并发系统的运行状态。

关键词：并发系统系统测试图文法软件开发

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并发系统的并行计算及性能分析

并发系统的并行计算及性能分析

作者：申慧浙江理工大学

学位级别：硕士

随着并发系统在诸多领域的广泛应用,如何对其性能分析以确保系统的质量,这已成为开发人员及使用者特别关注的问题。在软件工程的早期阶段,对系统建立模型并做性能分析,可以及时发现设计错误,减少后期修改及测试的费用。人们提出了... 详细信息

随着并发系统在诸多领域的广泛应用,如何对其性能分析以确保系统的质量,这已成为开发人员及使用者特别关注的问题。在软件工程的早期阶段,对系统建立模型并做性能分析,可以及时发现设计错误,减少后期修改及测试的费用。人们提出了许多形式化建模和性能分析方法,主要有:排队论、随机Petri网（SPN）、随机进程代数（SPA）。这些方法都是基于马尔可夫过程,因此会遇到状态空间爆炸问题。且排队论无法合理描述并发系统的同步、资源共享等现象。由于随机Petri网（SPN）对并发系统具有很强的描述、分析能力,备受人们的青睐。尽管人们提出了许多减小状态空间的技术,然而仍旧存在状态空间爆炸问题。为此,本文借助并行计算,通过并行求解常微分方程组,提出一种大规模并发系统建模及性能分析的方法。主要工作如下: （1）建模。本文引入Petri网描述并发系统,将其连续化,用常微分方程组对系统建模。这样不仅避免了状态爆炸,而且直接利用MATLAB,通过求解方程组就能定量地分析系统的性能。（2）并行计算。当实际系统规模变大时,状态个数将很多,MATLAB显然不够用。针对本文这种具有特殊结构的方程组,给出Petri网到超图的转换规则,根据超图剖分的结果将方程组分块,进而借助软件SUNDIALS并行求解,达到了负载平衡最优化、通讯最小化,解决了并行计算的瓶颈问题。（3）性能分析。结合方程组的解,给出系统性能分析方法及优化性能的建议,并与随机Petri网性能分析的方法及复杂度比较证明。最后通过典型实例具体分析了并行算法的复杂度、系统的性能,进而说明本文方法的优越性。

关键词：并发系统状态爆炸常微分方程组并行计算性能分析