JP3257208B2 - シミュレーション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定のパラメータのみ
異なる複数のモデル、特にスタックタイプロックのある
マルチプロセッサシステムのモデル、のシミュレーショ
ンを行うシミュレーション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の中央処理装置（ＣＰＵ）で構成さ
れるマルチプロセッサシステムでは、ＣＰＵの個数まで
の複数のトランザクションを実際に同時に並行して実行
する可能性がある。

【０００３】それらのトランザクションがデータその他
の計算機資源を共用する場合には、そのような共用資源
を同時には１個のトランザクションのみに占有させるた
めの排他制御を必要とする場合があり、そのためにロッ
クという手段が使用されることは、よく知られていると
おりである。

【０００４】即ち、各トランザクションは、ある共用資
源を必要とするとき、その共用資源に関わるロックを要
求し、ロックを獲得できた場合に、トランザクションは
共用資源を占有できる。

【０００５】共用資源を使用し終わったトランザクショ
ンはロックを開放し、そのときそのロックを要求して開
放を待っている他のトランザクションがあれば、そのト
ランザクションの一つがロックを獲得する。

【０００６】なお、トランザクションが、計算機資源を
占有するためにロックの獲得を待つ場合に、通常はシス
テム管理機能がそのトランザクションの占有している計
算機資源（ＣＰＵ、主記憶領域等）を一旦開放させて、
ロックを獲得するまで待ち状態とする。

【０００７】このようなロック獲得待ちの制御を行うロ
ックを、特に明示する場合に、これをスタックタイプの
ロックという。これに対し、トランザクションの計算機
資源を開放することなく、ロック要求を繰り返し発行す
るループに入って、ロック獲得を待つ方式をスピンタイ
プのロックという。

【０００８】以上のようなスタックタイプロックを要求
するトランザクションが複数個実行されれば、ロックの
競合のために前記のように待ち状態となって実行できな
いトランザクションが発生する。

【０００９】そこで、前記のようなマルチプロセッサシ
ステムの場合に、多数のトランザクションが同時に存在
する状況でも、ロック待ちのトランザクションが多くな
れば、実行可能なトランザクションの個数が、ＣＰＵ個
数より少なくなって、ＣＰＵの実行効率が下がったり、
トランザクションにおける応答時間が長くなったりする
ことになる。

【００１０】ここで応答時間とは、各トランザクション
に対する或る入力から、その入力に対する処理結果の出
力までに要する経過時間をいうものとする。以上のよう
なマルチプロセッサシステムの設計のために、システム
の適当なモデルのシミュレーションを行って、システム
の性能を示すインデクスとして例えば応答時間を観測
し、各種パラメータを変化させた多くのモデルのシミュ
レーション結果を比較して、システムの効率を評価する
ことが行われる。

【００１１】モデルの主要なパラメータには、ＣＰＵ個
数、ロックの個数、各トランザクションの各ロック保持
率等がある。なお、ロック保持率とは、各トランザクシ
ョンが或るロックを獲得して占有保持している総時間
を、トランザクションの全実行時間に対する割合で表し
たものとする。

【００１２】一つのモデルについてのシミュレーション
は、例えば所要の或る平均時間間隔をもってランダムに
トランザクションが発生するものとして、トランザクシ
ョンが０の状態から出発してシミュレーションを進め
る。

【００１３】従って、システム中に存在するトランザク
ションは０から順次増加して行くが、シミュレーション
時間（シミュレーションされるモデル上で経過する時間
をいうものとし、シミュレーションを実行する時間では
ない）が経過して、初期遷移期間が終わると、処理を終
了してシステムから無くなるトランザクションの数と新
たに発生するトランザクションの数とがバランスに近づ
いて、システム内に有るトランザクションの個数の変化
の少ない、安定状態の期間に入る。

【００１４】システムの性能を例えばトランザクション
の応答時間によって見るとして、シミュレーションで採
取する応答時間も、前記のようなトランザクション数の
増加と共に増加して安定状態になる。

【００１５】システムの性能は、そのような安定状態に
おいて比較する必要があるので、シミュレーションで
は、採取する応答時間の平均値等の統計量の変動を統計
的な処理で監視することによって、安定状態の開始時期
を検出する。

【００１６】又、安定状態に入って後の応答時間を統計
的に処理して、応答時間の例えば平均値の統計的精度を
検査することにより、所要の精度を得られるまで、応答
時間の採取個数を累積して、シミュレーションを終わ
る。

【００１７】以上のようなシミュレーションの処理を、
必要なパラメータを変えた各モデルごとに繰り返し、得
られた各モデルの安定状態における応答時間の統計量を
比較することによって、各マルチプロセッサシステムの
効率を評価する。

【００１８】前記の初期遷移期間の終の検出、及び前記
のように安定状態でシミュレーションを継続して観測デ
ータを収集する期間（以下においてデータ採取期間とい
う）の決定には、例えば次に述べるような処理が必要で
ある。

【００１９】図３(a）は初期遷移期間を検出する処理の
一例を示す処理の流れ図であり、最初に処理ステップ１
で、シミュレーションを開始させて、シミュレーション
の最初から、経験的に初期遷移期間であると分かってい
るn₀ ^* 個の観測点の列までシミュレーションを実行さ
せ、その間の観測データは無条件に捨て、再びシミュレ
ーションを継続して、その次から続くn_t−Δｎ個の観測
点の観測データを採取する。

【００２０】次に処理ステップ２で、何等かの要因で異
常なシミュレーションとなって、過大な期間シミュレー
ションが無駄に継続されるのを防ぐために、観測点の数
が予め与えられている最大数n_0,maxを越えていないか識
別し、越えていればシミュレーションの中止処理に行
く。

【００２１】それまでの観測点数がn_0,maxを越えていな
ければ、処理ステップ３で更にシミュレーションを継続
して、次のΔｎ個の観測点の観測データを採取して、観
測データを採取した観測点の総数をn_t個にする。

【００２２】この観測点列の観測データについて処理ス
テップ４で後述のような安定性テストを行い、その結果
が安定と処理ステップ５で識別すれば、処理ステップ６
でそのときの観測点列の最初を安定状態の期間の開始
点、即ちデータ採取期間の先頭として初期遷移期間の検
出処理を終わる。

【００２３】安定性テストの結果が非安定であれば処理
ステップ７で、n_t個の観測点の列の最初のΔｎ個の観測
データを捨てて処理ステップ２に戻る。従って、処理ス
テップ２の判定を通過すれば、処理ステップ３で、シミ
ュレーションを更に継続して新たなΔｎ個の観測点の観
測データが追加されて前記のように安定性テストを行
う。

【００２４】このようにして、安定性テストに成功する
まで、図３(b) に示すように観測点をΔｎ個づつずらし
て、n_t個の観測点の列ごとに観測データを採取し、テス
トを繰り返す。

【００２５】前記の処理ステップ４における安定性テス
トは、n_t個の観測データ列と、その最後のn_v個の観測デ
ータ列（図３(b)参照)との或る統計量について「両者の
間に有意な偏りが無い」という仮説を検定する統計的処
理であり、その結果の、仮説が誤りである確率を処理ス
テップ５で識別し、それが所与の重大度レベルα_t(例え
ば0.05)より小さければ安定であると判定する。

【００２６】以上において、n_0,maxは、シミュレーショ
ンの総観測点数の限界n_max（例えば200,000)を定めて、
その1/2程度に設定する。又、n_vは例えば100個程度と
し、n_tは例えばn₀ ^*の1/2か、n_vの２倍の何れか大きい方
の値とする。

【００２７】図４はデータ採取期間を決定する処理の一
例を示す処理の流れ図であり、前記で安定期間の開始位
置の観測点が定まると、処理ステップ10でｉ回目のチェ
ック点までに追加する観測点数ω_iを決め、処理ステッ
プ11でω_i個の新観測点を得るまでシミュレーションを
再継続し、観測データを収集する。

【００２８】処理ステップ12で、安定期間でそれまでに
収集した観測データの平均値について、相対精度εを後
述のように求め、処理ステップ13で識別して、そのεが
予め与えられている精度許容値ε_max 以下になっていれ
ば、処理ステップ14で、それまでに安定期間に採取した
観測データをシミュレーションの結果として、シミュレ
ーションを終わる。

【００２９】精度が得られない場合は、処理ステップ15
でシミュレーションが前記の最大観測点数n_maxを越えた
か識別し、越えていればシミュレーションを中止し、越
えていなければ処理ステップ10に戻って、次のチェック
点までの処理を前記のように繰り返す。

【００３０】収集する観測点数が多い程、平均値の精度
は高くなるが、必要な精度を満足する時点で観測を終わ
るために、処理ステップ12において、所与の信頼度(1−
α)の信頼区間として表される相対精度εを、安定期間
の開始点から各ω_i まで観測データについてのスペクト
ラル法による統計的解析処理で求め、その相対精度εが
許容値ε_max 以下になるまで順次観測点を増加するので
ある。

【００３１】以上において、精度をテストする各間隔ω
_iは、例えばω₁を前記n_vの２倍程度とし、ω₂以降をn_v
と同程度の大きさにとる。図５、図６は、前記のような
マルチプロセッサシステムのシミュレーション結果の例
を示すグラフの図であり、マルチプロセッサシステム
は、スタックタイプロックが１個あり、ロック保持率０
％、５％及び10％のモデルであって、図５はプロセッサ
数２、図６はプロセッサ数４及び８の場合であって、何
れも縦軸に応答時間、横軸にシミュレーション時間の経
過をとって示す。

【００３２】図５、図６で、応答時間の各曲線の下方
に、各ロック保持率ごとに横軸に平行な矢印線で示すシ
ミュレーション時間の範囲は、前記の処理によって求ま
ったデータ採取期間を、それぞれ示すものである。

【００３３】又、図７は、マルチプロセッサシステムと
効率を比較するために、単一プロセッサシステムについ
て、プロセッサ数以外は前記と同様の条件でシミュレー
ションをした結果である。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】図５〜図７に示される
データ採取期間を見ると明らかなように、異なるプロセ
ッサ数のモデルの間ではデータ採取期間の時間位置が相
当異なるが、同じプロセッサ数の異なるロック保持率の
モデル間では前者ほどの違いは無い。

【００３５】従って、例えばロック保持率10％のモデル
で、データ採取期間を決定した場合には、同じプロセッ
サ数の異なるロック保持率のモデルの場合にも、同じデ
ータ採取期間を適用しても支障は無く、そのようにすれ
ば前記のような初期遷移期間の検出及びデータ採取期間
の決定の処理を省くことができるが、従来は各モデルご
とに個別にそれらの処理を行っている。

【００３６】本発明は、前記のような傾向のあるシステ
ムのシミュレーションにおいて、安定期間の検出及びデ
ータ採取期間の決定の処理を１群のモデルについて１回
のみ行うようにしたシミュレーション装置を目的とす
る。

【００３７】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の構成を
示すブロック図である。図は本発明のシミュレーション
装置の構成であり、所定のパラメータ値のみ異なる複数
のモデルからなるモデル群のシミュレーションを行っ
て、安定状態の期間について所要の観測データの統計量
を求めるシミュレーション装置であって、シミュレーシ
ョン実行部20と、データ採取期間設定部21と、データ採
取部22とを有する。

【００３８】シミュレーション実行部20は、所与の各該
モデルについてのシミュレーションを実行して、該シミ
ュレーション結果の観測データ25を記録する。データ採
取期間設定部21は、安定状態判定部23とデータ精度判定
部24とを有し、安定状態判定部23は、最初に入力される
該モデルのシミュレーションのみについて、シミュレー
ション実行部20の観測データの所定の解析を行って、該
モデルの安定状態を検出し、該モデルの該安定状態の開
始までのシミュレーション時間を計測してデータ採取開
始時刻26として記録する。

【００３９】データ精度判定部24は、当該データ採取開
始時刻以後のシミュレーション実行部20の該観測データ
について所定の解析を行って、該観測データの該統計量
を所要の精度で得るに必要な個数だけ、該観測データを
採取するまでのシミュレーション時間をデータ採取終了
時刻27として記録する。

【００４０】データ採取部22は、各該モデルについて、
シミュレーション時間の該データ採取開始時刻から該デ
ータ採取終了時刻まで、シミュレーション実行部20の該
観測データを採取して、該採取した観測データから求め
る各該統計量を出力する。

【００４１】

【作用】本発明のシミュレーション装置により、マルチ
プロセッサシステム等の１群のモデルについてのシミュ
レーションに際して、１つのモデルのみについて初期遷
移期間の検出及びデータ採取期間の決定の処理を行う
と、それによって決定されるデータ採取開始時刻及びデ
ータ採取終了時刻を、他の全モデルにも適用して、他の
モデルについては前記の期間の観測点の観測データ採取
のみを行うので、シミュレーションの処理効率が改善さ
れる。

【００４２】

【実施例】図１のシミュレーション装置によって、例え
ばプロセッサ数１、２、４及び８で、１個のスタックタ
イプロックを有する各システムについて、ロック率10、
８、６、４、２及び０％の場合のシミュレーションを行
うとする。

【００４３】その場合に、各同一プロセッサ数のモデル
を各１群として、各群ごとに全モデルのシミュレーショ
ンを順次続けて行い、各群内では例えばロック率10％の
モデルを第１回のシミュレーションに入力し、且つその
シミュレーションのみデータ採取期間設定部21を動かし
てシミュレーション実行部20を制御し、初期遷移期間の
検出及びデータ採取期間の決定の処理を行いながら、シ
ミュレーションを進め、その結果設定されるデータ採取
開始時刻及びデータ採取終了時刻を全モデルに適用する
ようにする。

【００４４】図２は、前記の同一プロセッサ数モデル群
ごとのシミュレーションの処理の流れを示す図であり、
処理ステップ30でシミュレーション実行部20は１群のモ
デルのパラメータを受け取ると、処理ステップ31で制御
変数ｉを０にし、処理ステップ32でｉを＋１し、処理ス
テップ33でｉ番目のパラメータを取り出して、シミュレ
ーション開始のための初期設定をする。

【００４５】処理ステップ34でｉにより１番目のシミュ
レーションか識別して１番目であるとデータ採取期間設
定部21に制御を渡し、データ採取期間設定部21の安定状
態判定部23が処理ステップ35で先ず一定の初期遷移期間
を実行期間に指定してシミュレーション実行部20にシミ
ュレーションを実行させる。

【００４６】指定期間のシミュレーションが終わると処
理ステップ36で安定状態判定部23は、初期遷移期間の検
出処理を行って、初期遷移期間が終わってなければ処理
ステップ35に戻り、初期遷移期間が終ったことを検出す
るまで以上の処理を繰り返す（この部分の詳細は図３
(a)による前記説明参照）。

【００４７】又、前記のとおり、初期遷移期間が異常に
長く続いていることを検出すれば、シミュレーションを
中止する。処理ステップ36で、初期遷移期間が終わり安
定期間に入ったことを検出すれば、処理ステップ37で初
期遷移期間の終と判定したシミュレーション経過時間を
データ採取開始時刻として設定して、安定状態判定部23
の処理を終わる。

【００４８】次にデータ精度判定部24が処理ステップ38
で、データ採取期間を決定する処理のための最初の期間
を指定してシミュレーション実行部20にシミュレーショ
ンを継続させる。

【００４９】指定期間のシミュレーションが終わると処
理ステップ39でデータ精度判定部24は、前記と同様に精
度テストの処理を行い、必要な精度を満たすだけの観測
データ量に達していないと判定すれば処理ステップ38に
戻り、必要な観測データ量に達するまで以上を繰り返す
（この部分の詳細は図４による前記説明参照）。

【００５０】又、前記のとおり、シミュレーションを異
常に長く続けても必要な精度を得られないことを検出す
れば、シミュレーションを中止する。必要な観測データ
量に達すれば、処理ステップ40で、その時までのシミュ
レーション経過時間をデータ採取終了時刻として設定し
て、データ精度判定部24の処理を終わる。

【００５１】そこで、データ採取部22が処理ステップ44
でデータ採取開始時刻からデータ採取終了時刻までの観
測データ等のシミュレーション結果を出力し、シミュレ
ーション実行部20に制御を返すので、シミュレーション
実行部20は処理ステップ45で全モデルのシミュレーショ
ンを終わったか識別し、未処理があれば処理ステップ32
に戻る。

【００５２】２番目以後のモデルの場合には、シミュレ
ーション実行部20が処理ステップ34で、１番目でないこ
とを識別することにより、データ採取部22に制御を渡
し、データ採取部22が処理ステップ41で先ずデータ採取
開始時刻までを実行期間に指定してシミュレーション実
行部20にシミュレーションを実行させる。

【００５３】指定期間のシミュレーションが終わると処
理ステップ42でデータ採取部22は、処理ステップ42でそ
れまでの観測データを捨て、処理ステップ43でデータ採
取終了時刻までを実行期間に指定してシミュレーション
実行部20にシミュレーションを継続させる。

【００５４】そこで、シミュレーションが終わるとデー
タ採取部22が前記と同様に、処理ステップ44でデータ採
取開始時刻からデータ採取終了時刻までの観測データ等
のシミュレーション結果を出力する。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、マルチプロセッサシステム等の特定のパラメー
タのみ異なる１群のモデルのシミュレーションにおい
て、その中の１つのモデルのみについて初期遷移期間の
検出及びデータ採取期間の決定の処理を行うと、それに
よって決定されるデータ採取開始時刻及びデータ採取終
了時刻を、他の全モデルにも適用して、他のモデルにつ
いては前記の期間の観測点の観測データ採取のみを行う
ので、シミュレーションの処理効率が改善されるという
著しい工業的効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の構成を示すブロック図

【図２】 本発明の処理の流れ図

【図３】 初期遷移期間検出処理を説明する図

【図４】 データ採取期間の決定処理の流れ図

【図５】 シミュレーション結果の例を示す図（その
１）

【図６】 シミュレーション結果の例を示す図（その
２）

【図７】 シミュレーション結果の例を示す図（その
３）

【符号の説明】

１〜７、10〜15、30〜45 処理ステップ 20 シミュレーション実行部 21 データ採取期間設定部 22 データ採取部 23 安定状態判定部 24 データ精度判定部 25 観測データ 26 データ採取開始時刻 27 データ採取終了時刻

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 ＰＡＷＬＩＫＯＷＳＫＩ，Ｋｙｚｙｓ ｚｔｏｆ”Ｓｔｅａｄｙ−Ｓｔａｔｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｑｕｅｕ ｅｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ：Ａ Ｓ ｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ”ＡＣＭ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙｓ, Ｖｏｌ．22，Ｎｏ．２，（Ｊｕｎｅ 1990）ｐｐ．123−170 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 19/00 110 G06F 15/177 672 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＡＣＭ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｂｒａｒ ｙ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スタックタイプロックを行うマルチプロセ
   ッサシステムのシミュレーションにおいて、ロック保持
   率が異なる複数のモデルのシミュレーションを行って、
   安定状態の期間について所要の観測データの統計量を求
   めるシミュレーション装置であって、 シミュレーション実行部と、データ採取期間設定部と、
   データ採取部とを有し、 該シミュレーション実行部は、所与の各該モデルについ
   てのシミュレーションを実行して、該シミュレーション
   結果の観測データを記録し、 該データ採取期間設定部は、安定状態判定部とデータ精
   度判定部とを有し、 該安定状態判定部は、最初に入力される該モデルのシミ
   ュレーションのみについて、該シミュレーション実行部
   の観測データの所定の解析を行って、該モデルの安定状
   態を検出し、該モデルの該安定状態の開始までのシミュ
   レーション時間を計測してデータ採取開始時刻として記
   録し、 該データ精度判定部は、最初に入力される該モデルのシ
   ミュレーションのみについて、当該データ採取開始時刻
   以後の該シミュレーション実行部の該観測データについ
   て所定の解析を行って、該観測データの該統計量を所要
   の精度で得るに必要な個数だけ、該観測データを採取す
   るまでのシミュレーション時間をデータ採取終了時刻と
   して記録し、 該データ採取部は、各該モデルについて、シミュレーシ
   ョン時間の該データ採取開始時刻から該データ採取終了
   時刻まで、該シミュレーション実行部の該観測データを
   採取して、該採取した観測データから求める各該統計量
   を出力するように構成されていることを特徴とするシミ
   ュレーション装置。