CN111651865A - 一种并行离散事件的事件集中发射式仿真执行方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法及系统，方法包括：创建线程池，其中时间管理器占用一个线程，其余的线程为执行线程，时间管理器建立可执行事件队列，并将可执行事件队列中的事件分配给多个事件管理器进行执行；可执行事件队列中按照时间戳、优先级顺序对事件进行排序；当可执行事件队列中有多个事件同时满足最小可执行事件时间戳和优先级条件时，按顺序对处理线程池中的线程依次派发事件。本发明可以从减少事件管理器向时间管理器请求时间同步的次数和减少向CPU申请计算资源的次数，优化了执行效率，并且多个事件管理器同时执行事件的处理，避免了多个事件管理器之间负载不均衡的问题。

Description

一种并行离散事件的事件集中发射式仿真执行方法及系统
技术领域
本发明涉及模拟仿真领域，具体的，涉及一种针对具有大量并行离散事件采用事件集中发射式的仿真执行方法、系统及存储介质。
背景技术
在仿真领域中，一个重要的工作就是对事件进行处理。传统的基于多任务的离散事件并行仿真及时间同步方法，如图1所示，其特征在于：包括一个时间管理器和多个事件管理器，参与仿真的实体被划分为多个组，每个组对应着一个事件管理器，一个事件管理器对应一个事件队列，即一个事件管理器负责管理多个实体递交的所有事件。仿真开始后，每个事件管理器都向时间管理器发出时间同步的请求，当所有的事件管理器都处于时间同步请求状态时，所有事件管理器都没有事件正在执行，随后时间管理器遍历所有的事件管理器的当前推进时间和优先级，综合考虑所有事件管理器提交的事件的执行时刻和优先级进行裁决，找出执行时刻最小，优先级最高的作为全局推进标准，并主动将当前仿真时间推进至该时刻，同时通知所有满足执行条件的事件管理器准备执行事件，符合条件的事件管理器接收到时间管理器的通知信号后，开始执行当前事件，执行完毕后，该事件管理器再次向时间管理器发出事件同步的请求。
目前这种仿真引擎事件处理方式具有如下的不足：
(1)需要事件管理器和时间管理器之间进行频繁的同步操作，即使是在内存中完成这样的同步操作，也会随着线程(处理器核)数量的增长和事件之间时间间隔的缩短而急剧增加开销。
(2)每个事件管理器对应多个实体，各个事件管理器中的事件并不均匀，可能存在一个事件管理器中没有事件需要执行，而其他的单个事件管理器中存在多个事件需要执行，甚至可能存在多个时间戳相同、且优先级相同的多个事件需要在一个事件管理器中执行，这就可能导致仿真系统因事件分配不均而延迟执行时间。
(3)事件管理器不需要执行事件时，可能会释放计算资源，而需要执行时才向处理器请求计算资源，一方面会加大处理器的开销，另外一方面可能由于处理器没有空余的计算资源分配给引擎所在进程，导致无法及时获得进程所需的计算资源，增加了时延。
综上所述，如何减少开销、降低时延、提高事件处理的实时性成为现有技术亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出事件集中发射式并行离散事件仿真执行方法及系统，对仿真引擎的并行处理方式进行了优化，取消了多事件处理器与时间管理器同步的机制，采用集中事件管理和事件发射技术，结合分布式线程处理池来优化并行事件处理的效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有大量并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法，其特征在于，包括：
创建线程池，其中时间管理器占用一个线程，其余的线程为执行线程，所述执行线程分配给多个事件管理器，用于接收仿真引擎发送的事件处理任务，对事件进行处理，并调度生成新的事件；
所述时间管理器建立并维护可执行事件队列，并将所述可执行事件队列中的事件分配给所述多个事件管理器进行执行。
可选的，在所述可执行事件队列中，是按照时间戳、优先级顺序对事件进行排序。
可选的，所述时间管理器计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给所述多个事件管理器进行执行。
可选的，当所述可执行事件队列中有多个事件同时满足最小可执行事件时间戳和优先级条件时，按顺序对处理线程池中的线程依次派发事件，当一轮派发完成后，若还有并发事件未派发，再依次派发事件直至分发完当前时刻、当前优先级对应的所有执行事件。
可选的，当处理线程中的事件管理器完成当前时刻、当前优先级的事件处理后，向时间管理器申请新的执行事件，时间管理器继续基于当前情况计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给事件管理器执行。
可选的，当运行至预设的结束时间或结束事件时整个仿真停止运行。
可选的，当事件管理器执行完派发的事件后，时间管理器继续向可执行事件队列插入可执行事件，直至仿真结束。
可选的，所述事件管理器所在线程空转次数在满足设定阈值后，主动将计算资源让出给CPU的其他进程(程序)。在满足设定阈值前，若有其他线程有需要，可将计算资源分享给其使用，以保证引擎所在进程的各线程间可充分利用CPU计算资源。
本发明还公开了一种并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行系统，其特征在于：
通过上述的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法建立并运行该仿真执行系统。
一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行上述的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法。
本发明具有如下优点：
1、在仿真开始时创建线程池，时间管理器所在线程负责对所有事件按照执行时间、优先级进行排序，形成可执行的事件队列，保证计算资源在一定程度下(例如，引擎空转次数不超过指定阈值前)始终是引擎占用，而不需要在被CPU回收之后重新向CPU申请。
2、可执行事件队列向多个事件管理器同时分发待处理事件，均衡了事件管理器的处理负载。
3、可执行事件队列直接向事件管理器分发待处理事件，减少事件管理器向时间管理器请求时间同步的次数。
附图说明
图1是现有技术中的基于多任务的离散事件并行仿真及时间同步方法原理图；
图2是根据本发明具体实施例的一种具有大量并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应用于分析论证的仿真系统多采用集中式离散事件仿真，且往往采用多样本蒙特卡洛仿真方法，要求尽可能快地运行仿真、产生数据，以便在尽可能短的时间内完成大样本量的仿真计算，因此必须尽可能提高仿真系统的运行效率。如在背景技术中所描述的，之前发明的基于多任务的离散事件并行仿真及时间同步方法及系统，通过事件队列的线程化管理，使能够将仿真计算分解为多个并行线程运行，相对于传统的进程间时间同步等方式提高了仿真时间管理效率。但每个事件执行前都提交执行申请，本身存在一定的资源损耗，且多线程并行执行时，当有部分线程执行完当前时刻的任务、处于空闲状态时，CPU会将该部分计算资源回收，等到下次需要多线程并发执行时再重新向CPU申请计算资源，重新申请计算资源的过程中，可能需要等待，等待过程也会对执行效率造成一定的影响。
本发明的事件集中发射式并行离散事件仿真执行系统，在仿真开始时创建线程池，其中一个线程给时间管理器，其它的线程分配给多个事件管理器。时间管理器所在线程负责对所有事件按照执行时间、优先级进行排序，并形成可执行的事件队列，将可执行事件队列中的事件均匀的分配给多个事件管理器同时执行，例如计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给多个事件管理器同时执行。当有事件执行时，事件管理器所在线程执行事件，当无事件执行时，事件管理器所在线程空转次数在满足设定阈值的前提下，主动将计算资源让出给其他线程，从而保证计算资源始终是引擎占用，而不需要在被CPU回收之后重新向CPU申请。通过这种方式，可以从减少事件管理器向时间管理器请求时间同步的次数和减少向CPU申请计算资源的次数两方面对执行效率进行优化，并且多个事件管理器同时执行事件的处理，分担了负载，避免了多个事件管理器之间负载不均衡的问题。
进一步的，本发明公开了一种具有大量并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法，包括：
创建线程池，其中一个线程给时间管理器，其余的线程为执行线程，所述执行线程分配给多个事件管理器，用于接收仿真引擎发送的事件处理任务，对事件进行处理，并调度生成新的事件；
所述时间管理器建立并维护可执行事件队列，并将所述可执行事件队列中的事件分配给所述多个事件管理器执行。
由于，在一个线程池内具有时间管理器和多个执行线程，例如多个事件管理器，减少执行线程或者事件管理器向时间管理器请求时间同步的次数就是减少执行事件过程中请求同步的时间消耗；由于设立了线程池，让引擎处在空转，减少向CPU申请计算资源的次数，这样有任务到来时可以立即处理，而不是释放计算资源后，有任务到来时再向CPU申请并等待CPU分配计算资源，从而优化了基于多任务的离散事件并行仿真及时间同步效率。
具体的，在所述可执行事件队列中，是按照时间戳、优先级顺序对事件进行排序。
所述时间管理器计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给所述多个事件管理器进行执行。
进一步的，当所述可执行事件队列中有多个事件同时满足最小可执行事件时间戳和优先级条件时，按顺序对处理线程池中的线程依次派发事件，例如对编号为1至n的线程即事件管理器依次派发事件，当一轮派发完成后，若还有并发事件未派发，再依次从编号为1至n的线程依次派发事件直至分发完当前时刻、当前优先级对应的所有执行事件。因此，通过这样的方式保证各事件队列执行的事件相对均匀，避免有空闲执行线程的情况，充分利用线程资源。
当处理线程中的事件管理器完成当前时刻、当前优先级的事件处理后，向时间管理器申请新的执行事件，时间管理器继续基于当前情况计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给事件管理器执行。
进一步的，当运行至预设的结束时间或结束事件时整个仿真停止运行。
更进一步的，当事件管理器执行完派发的事件后，时间管理器继续向可执行事件队列插入可执行事件，直至仿真结束。
更进一步的，所述事件管理器所在线程空转次数在满足设定阈值后，主动将计算资源让出给CPU的其他进程(程序)，在满足设定阈值前，若有其他线程有需要，可将计算资源分享给其使用，以保证引擎所在进程的各线程间可充分利用CPU计算资源。这样，能够既满足线程池对于CPU计算资源的占用，又不至于在无事件处理时仍然占用长时间占用CPU计算资源，造成计算资源的长时间浪费。
参见图2，示出了根据本发明具体实施例的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行系统，其特征在于，通过并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法建立并运行该仿真执行系统。
此外，本发明还公开了一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行上述的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法。
因此，本发明不再遵循传统的事件管理器向时间管理器提交事件执行请求并等待时间管理器回复的方式，而是先创建线程池，直接在时间管理器中对事件进行排序后，通过每次计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给事件管理器(处理线程)执行，在有多个事件时间戳和优先级相同时，通过这种分配事件的机制能保持每个线程执行事件数相对均衡，而使用传统的事件管理器维护事件队列的方式时，都是事先将指定实体进行分组，可能造成多个线程执行时某些线程处于空闲状态。本发明既减少了每个事件执行前事件管理器向时间管理器请求并等待回复的过程，又减少了多线程并发执行时由于事件分布不均导致部分线程空转而另一部分线程任务过多，不能充分发挥多线程并发的优势，引擎始终处在空转状态，无须重新向CPU申请资源，通过上述三方面，可以实现基于多任务的离散事件并行仿真及时间同步效率的优化。
显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种具有大量并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法，其特征在于，包括：
创建线程池，其中时间管理器占用一个线程，其余的线程为执行线程，所述执行线程分配给多个事件管理器，用于接收仿真引擎发送的事件处理任务，对事件进行处理，并调度生成新的事件；
所述时间管理器建立并维护可执行事件队列，并将所述可执行事件队列中的事件分配给所述多个事件管理器进行执行。
2.根据权利要求1所述的仿真执行方法，其特征在于：
在所述可执行事件队列中，是按照时间戳、优先级顺序对事件进行排序。
3.根据权利要求2所述的仿真执行方法，其特征在于：
所述时间管理器计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给所述多个事件管理器进行执行。
4.根据权利要求3所述的仿真执行方法，其特征在于：
当所述可执行事件队列中有多个事件同时满足最小可执行事件时间戳和优先级条件时，按顺序对处理线程池中的线程依次派发事件，当一轮派发完成后，若还有并发事件未派发，再依次派发事件直至分发完当前时刻、当前优先级对应的所有执行事件。
5.根据权利要求4所述的仿真执行方法，其特征在于：
当处理线程中的事件管理器完成当前时刻、当前优先级的事件处理后，向时间管理器申请新的执行事件，时间管理器继续基于当前情况计算最小可执行事件时间戳和优先级，将队列中满足执行条件的事件分配给事件管理器执行。
6.根据权利要求3所述的仿真执行方法，其特征在于：
当运行至预设的结束时间或结束事件时整个仿真停止运行。
7.根据权利要求3所述的仿真执行方法，其特征在于：
当事件管理器执行完派发的事件后，时间管理器继续向可执行事件队列插入可执行事件，直至仿真结束。
8.根据权利要求3所述的仿真执行方法，其特征在于：
所述事件管理器所在线程空转次数在满足设定阈值后，主动将计算资源让出给CPU的其他进程(程序),在满足设定阈值前，若有其他线程有需要，可将计算资源分享给其使用，以保证引擎所在进程的各线程间可充分利用CPU计算资源。
9.一种并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行系统，其特征在于：
通过权利要求1-8中任意一项所述的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法建立并运行该仿真执行系统。
10.一种存储介质，用于存储计算机可执行指令，其特征在于：
所述计算机可执行指令在被处理器执行时执行权利要求1-8中任意一项所述的并行离散事件的事件集中发射式的仿真执行方法。
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