uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2022-12-1-160-171uprinmatus-56Research ArticleМОДЕЛИРОВАНИЕ В МЕДИЦИНСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХMODELING IN MEDICAL AND TECHNICAL SYSTEMSПрограммная система виртуальной машины с поддержкой передачи сообщений между потокамиVirtual Machine Software System with Support for Message Transfer Between ThreadsЧаплыгинА. А.ChaplyginA. А.

Чаплыгин Александр Александрович,канд. технических наук, доцент каф. программной инженерии

ул. 50 лет Октября 94, г. Курск 305040

Aleksandr А. Chaplygin, Cand. of Sci. (Engineering), Associate Professor of the Department of Software Engeneering

50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040

alex_chaplygin@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202207052023121160171Copyright © Чаплыгин А.А., 20232023Чаплыгин А.А.Chaplygin A.А.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/56

Цель исследования заключается в анализе и моделировании программной системы в виде виртуальной машины с поддержкой многопоточности. Приводятся современные представления о потоках и многопоточности, рассматриваются виды многопоточности, варианты взаимодействия между потоками. Предложена концептуальная модель программной системы в виде виртуальной машины с поддержкой передачи сообщений между потоками.

Методы

Методы. Потоки представляют собой модели вычислительных процессов с общей и раздельной памятью. Существуют два способа передачи управления потокам - кооперативный и с вытеснением. В случае кооперативной многопоточности планирование передачи управления возлагается на программиста.

Результаты

Результаты. В результате компьютерного моделирования была разработана программная система, реализующая виртуальную машину. Общий вычислительный процесс разбивается на необходимое число потоков. Главный поток может создавать дочерние потоки и завершать их при необходимости. Виртуальная машина позволяет потоками обмениваться сообщениями.

Заключение

Заключение. Полученная программная система может быть использована для решения различных задач, требующих разделения вычислительного процесса на подзадачи. Виртуальная машина обеспечивает переносимость и кросс-платформенность системы. Обмен сообщений между потоками позволяет решить проблемы состояний гонок, тупиковых ситуаций и синхронизации.

The purpose of research is to analyze and simulate a software system in the form of a virtual machine with multithreading support. Modern ideas about threads and multithreading are given, types of multithreading, options for interaction between threads are considered. A conceptual model of a software system in the form of a virtual machine with support for message transfer between threads is proposed.

Methods

Methods. Threads are models of computing processes with shared and separate memory. There are two ways of thread switching: cooperative and preemptive. In the case of cooperative multithreading, control transfer planning is assigned to the programmer.

Results

Results. As a result of computer modeling, a software system was developed that implements a virtual machine. The overall computing process is divided into the required number of threads. The main thread can create child threads and terminate them if necessary. A virtual machine allows you to exchange messages in threads.

Conclusion

Conclusion. The resulting software system can be used to solve various tasks that require the division of the computational process into subtasks. The virtual machine provides portability and cross-platform compatibility of the system. The exchange of messages between threads allows you to solve the problems of race states, deadlocks and synchronization.

защита организмавоздействие внешних факторовпрогнозирование заболеванийдиагностика заболеванийvirtual machinesimulationsystem analysisflowmessage transmissionReferencesТаненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. 4-е изд. СПб.: Питер, 2015. 1120 с.Tanenbaum E., Bos H. Sovremennye operatsionnye sistemy [Sovremennye operacionnye sistemy]. 4th ed. St. Petersburg, Piter Publ., 2015. 1120 p.Andrews G. R., Schneider F. B. Concepts and Notations for Concurrent Programming // ACM Computing Surveys. 1983. Vol. 15, N. 1.Andrews G. R., Schneider F. B. Concepts and Notations for Concurrent Programming. ACM Computing Surveys, 1983, vol. 15, no. 1.Ben-Ari M. Principles of Concurrent Programming. Addison-Wesley, 2006.Ben-Ari M. Principles of Concurrent Programming. Addison-Wesley, 2006.Synchronization, Coherence, and Event Ordering in Multiprocessors / M. Dubois [et al.]. URL: http://www.semanticscholar.org>...coherence...event...in-Dibois... (дата обращения: 11.12.2021).Dubois M., eds. Synchronization, Coherence, and Event Ordering in Multiprocessors. Available at: http://www.semanticscholar.org>...coherence...event...in-Dibois... (accessed 11.12.2021)Dubois M., Scheurich C., Briggs F. A. Memory Access Buffering in Multiprocessors, Proc. 13th Ann. Int’l. Symp. on Computer Arch., ACM, 1986. P. 434-442.Dubois M., Scheurich C., Briggs F. A. Memory Access Buffering in Multiprocessors. Proc. 13th Ann. Int’l. Symp. on Computer Arch., ACM, 1986, pp. 434-442.Bal H. E., Tanenbaum A. S. Distributed Programming with Shared Data // Proc. 1988 Int’l. Conf. on Computer Languages, IEEE, 1988. P. 82-91.Bal H. E., Tanenbaum A. S. Distributed Programming with Shared Data. Proc. 1988 Int’l. Conf. on Computer Languages, IEEE, 1988, pp. 82-91.Легков К. Е., Буренин А. Н. Проблемы математического описания потоков управляющей информации в процессе управления современной инфокоммуникационной сетью специального назначения // T-COMM: Телекоммуникации и транспорт. 2014. № 10. С. 43-46.Legkov K. E., Burenin A. N. Problemy matematicheskogo opisaniya potokov upravlyayushchei informatsii v protsesse upravleniya sovremennoi infokommunikatsionnoi set'yu spetsial'nogo naznacheniya [Problems of mathematical description of control information flows in the process of managing a modern infocommunication network for special purposes]. T-COMM: Telekommunikatsii i transport = T-COMM: Telecommunications and Transport, 2014, no. 10, pp. 43-46.Буренин А. Н., Легков К. Е. К вопросу математического описания потоков управляющей информации в процессе управления современной инфокоммуникационной сетью специального назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. 2013. № 5. С. 8-12.Burenin A. N., Legkov K. E. K voprosu matematicheskogo opisaniya potokov upravlyayushchei informatsii v protsesse upravleniya sovremennoi infokommunika-tsionnoi set'yu spetsial'nogo naznacheniya [On the issue of mathematical description of control information flows in the process of managing a modern special-purpose infocommunication network]. Naukoemkie tekhnologii v kosmicheskikh issledovaniyakh zemli = High-Tech Technologies in Earth Space Research, 2013, no. 5, pp. 8-12.Coffman E. System Deadlocks // ACM Computing Surveys. 1971. Vol. 3, N 2.Coffman E. System Deadlocks. ACM Computing Surveys, 1971, vol. 3, no. 2.Сироткина Е. И. Применение механизмов синхронизации потоков ОС Windows в процессе создания больших систем массового обслуживания // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. М.: Научный мир, 2010. Т. 2, № 1. С. 91-94.Sirotkina E. I. [Application of Windows OS thread synchronization mechanisms in the process of creating large queuing systems]. Sbornik nauchnykh trudov po materialam Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Collection of scientific papers based on the materials of the international scientific and practical conference]. Moscow, Scientific world Publ., 2010, vol. 2, no. 1, pp. 91-94.Zhuravlev S. Survey of Scheduling Techniques for Addressing Shared Resources in Multicore Processors // ACM Computing Surveys. 2012. Vol. 45, N. 1.Zhuravlev S. Survey of Scheduling Techniques for Addressing Shared Resources in Multicore Processors. ACM Computing Surveys, 2012, vol. 45, no. 1.Hoare C. A. R. Monitors, An Operating System Structuring Concept // Commun. of the ACM. 1974. Vol. 17. P. 549-557.Hoare C. A. R. Monitors, An Operating System Structuring Concept. Commun. of the ACM,, 1974, vol. 17, pp. 549-557.A Hardware Scheduler for Real Time Multiprocessor System on Chip / N. Gupta, S. Mandal, J. Malave, A. Mandal, R. N. Mahapatra // Proc. 23rd Int’l Conf. on VLSI Design, IEEE, 2010.Gupta N., Mandal S., Malave J., Mandal A., Mahapatra R. N. A Hardware Scheduler for Real Time Multiprocessor System on Chip. Proc. 23rd Int’l Conf. on VLSI Design, IEEE, 2010.Dijkstra E. W. Co-operating Sequential Processes // Programming Languages / ed. by F. Genuys. New York: Academic Press, 1968b.Dijkstra E. W. Co-operating Sequential Processes. Programming Languages; ed. by F. Genuys. New York, Academic Press, 1968b.Energy-Efficient Mechanisms For Managing Thread Context In Throughput Processors / M. Gebhart, D. R. Johnson, D. Tarjan, S. W. Keckler, W. I. Dally, E. Lindholm, K. Skadron // Proc. 38th Int’l Symp. On Computer Arch. ACM, 2011.Gebhart M., Johnson D. R., Tarjan D., Keckler S. W., Dally W. J., Lindholm E., Skadron K. Energy-Efficient Mechanisms For Managing Thread Context In Throughput Processors. Proc. 38th Int’l Symp. On Computer Arch. ACM, 2011.Gerber R., Binstock A. Programming with Hyper-Threading Technology. Santa Clara, CA: Intel Press, 2004.Gerber R., Binstock A. Programming with Hyper-Threading Technology. Santa Clara, CA, Intel Press, 2004.PVM: Parallel Virtual Machine - A User’s Guide and Tutorial for Networked Parallel Computing / A Geist., A. Beguelin, J. Dongarra, W. Jiang, R. Mancheck, V. Sunderram. Cambridge, MA: M. I. T. Press, 1994.Geist A., Beguelin A., Dongarra J., Jiang W., Mancheck R., Sunderram V. PVM: Parallel Virtual Machine - A User’s Guide and Tutorial for Networked Parallel Computing. Cambridge, MA, M. I. T. Press, 1994.Чаплыгин А. А., Малышев А. В. Операционная система с ядром на основе виртуальной машины с уменьшенным набором команд // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. № 1. С. 8-20.Chaplygin A. A., Malyshev A. V. Operatsionnaya sistema s yadrom na osnove virtual'noi mashiny s umen'shennym naborom komand [The operating system with the virtual machine based kernel with reduced instruction set]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika, informatika. Meditsinskoe priborostroenie = Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering, Information Science. Medical Instruments Engineering, 2020, vol. 1, рр. 8-20.Gropp W., Lusk E., Skjellum A. Using MPI: Portable Parallel Programming with the Message Passing Interface. Cambridge, MA: M. I. T. Press, 1994.Gropp W., Lusk E., Skjellum A. Using MPI: Portable Parallel Programming with the Message Passing Interface. Cambridge, MA, M. I. T. Press, 1994.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.