Sistemas y Modelos. QUE SON MODELOS ? Tipología de Modelos Tipología de Modelos.

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1 Sistemas y Modelos

2 QUE SON MODELOS ? Tipología de Modelos Tipología de Modelos

3 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.)

4 Diseño de un Simulador Sistema Real Modelo de Sistema Datos Reales Datos Simulados Codificación Validación Abstracción Validación Selección Paradigma Lenguaje de Simulación Objetivos Programa Simulación Modelo Computacional

5 Tipos de Modelos Sistema Real Experimento realExperimento sobre modelo Modelo físicoModelo matemático Analítico Simulado Estático (no existe el tiempo) Dinámico ContinuoDiscreto

6 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)

7 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.

8 Descripción de Clases + Id: integer + NumProcesados: integer + TiempoServicioMedio: float + TiempoRestrasoMedio: float + PeticionServicio(Paquete) + FinServicio() + Procesa() + EnProceso():bool + ColaVacía():bool + SiguienteNodo():Nodo Declaración de atributos Declaración de métodos (solo cabeceras) Nombre de clase Nodo

9 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 Cola EnEspera 1..N + Id: integer + tamaño: integer Paquete Paquetes Siguiente 1..1 Origen 1..1 Destino

10 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.

11 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) AB t t AB cond t A

12 t1t1 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 ( p 1, p 2, p 3 ). Solo se planifica un suceso. B A B C D X=p t X=p 1 X=p 2 X=p 3 t2t2 t3t3 A

13 Diagramas de Sucesos Suceso periódico de ciclo t. Sucesos inciales de la simulación. Definición de macro-sucesos. A t S AD F G Macro-suceso t

14 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.

15 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

16 Estaciones de Servicio Servidores Fuente de clientes Cola espera T llegada C1: M.ServidorLibre( ) C2: not M.Cola_vacía( ) t prep : tiempo preparación 2 solicita servicio Diagrama de sucesos (FCFS): T servicio t prep C1 t prep C2 1 llega nuevo cliente 3 entra en servidor 4 sale del servidor ESTACIÓN FCFS t0t0

17 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

18 Ejemplo 1

19 Sistema Informático T1 T2 T3 T4 CPU D1D2

20 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 Cola EnEspera 1..N + Id: int +Ttrans: double Transacción ítems DiscoCPU 1..1 1..2

21 Diagrama de colas Terminales CPU D1 D2 M/M/1

22 Diagrama de sucesos 1 1ª transacción 2 2ª transacción 3 3ª transacción 4 4ª transacción TerminalesCPU D1 D2 P1 P2 P3 P1=1/Niter P2=(1-P1)/2 P3=(1-P1)/2

23 1 1ª transacción 2 2ª transacción 3 3ª transacción 4 4ª transacción CPU D1 D2 P1 P2 P3 1415 4000 Diagrama de sucesos

24 1 1ª transacción 2 2ª transacción 3 3ª transacción 4 4ª transacción D1 D2 P1 P2 P3 1415 4000 5 4ms C1 C2 67

25 Diagrama de sucesos 1 1ª transacción 2 2ª transacción 3 3ª transacción 4 4ª transacción P1 P2 P3 1415 4000 5 4ms C1 C2 67 8 14ms C1 C2 910 11 14ms C1 C2 1213

26 Ejemplo 2

27 Videos bajo demanda Almacén de DVDs Torre DVDs Brazo Robot Servidor 3 Discos (10 Gb) CPU: 500 Mhz 512 Mb... Internet

28 Esquema del sistema CACHÉ-RAM CACHÉ-DISCO JUKE-BOX GESTOR DE VÍDEOS COMMON GATEWAY INTERFACE (CGI) Cliente 3 BRAZO

29 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 de atributos 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...

30 Gestor Vídeos Brazo Robot Juke Box Caché Disco Caché RAM 0 1 2 (0) Llegada de peticiones (1) Busca GF en RAM (2) Busca GF en Disco c1) ¿película en marcha? Ejemplo normal(2000ms) 400ms c1c1 (0, f1(x)) (0, f2(x))