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

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Sistemas y Modelos

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Sistemas y Modelos

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QUE SON MODELOS ?

Tipología de 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))