并行与分布仿真系统(中国仿真科学与技术书系,“十一五”国家重点图书出版规划)(Parallel and Distributed Simulation Systems)

基本信息·出版社：电子工业出版社

·页码：249 页

·出版日期：2010年03月

·ISBN：7121100487/9787121100482

·条形码：9787121100482

·版本：第1版

·装帧：平装

·开本：16

·正文语种：中文

·丛书名：中国仿真科学与技术书系,“十一五”国家重点图书出版规划

·外文书名：Parallel and Distributed Simulation Systems

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内容简介《并行与分布仿真系统》的重点是并行与分布式离散事件仿真技术，《并行与分布仿真系统》作者把该领域最近20年的研究成果进行了汇编和梳理，讨论了并行与分布式计算机在系统行为的建模与分析以及分布式虚拟环境的建立方面的应用。

《并行与分布仿真系统》清晰地描述了如何实现并行与分布式仿真技术。《并行与分布仿真系统》详细地解释了正确实现仿真所必需的同步算法，包括对时间弯曲算法和先进乐观技术的透彻讨论。最后，《并行与分布仿真系统》提供了十分丰富的参考文献、图例、表格以及当前的系统实例，如美国国防部的高层体系结构HLA，HLA已经成为美国国防项目的标准体系结构。

编辑推荐《并行与分布仿真系统》：中国仿真科学与技术书系,“十一五”国家重点图书出版规划

目录

第一部 分总论

第1章 背景与应用/3

1.1 为什么要用分布/并行仿真/5

1.2 分析仿真与虚拟环境/6

1.3 历史回顾/8

1.3.1 高性能计算团体/8

1.3.2 国防团体/9

1.3.3 交互式游戏和互联网团体/9

1.4 应用/10

1.4.1 军事应用/11

1.4.2 娱乐/11

1.4.3 社会交往和商业合作/12

1.4.4 教育和训练/12

1.4.5 远程通信网络/12

1.4.6 数字逻辑电路和计算机系统/13

1.4.7 交通/14

1.5 基础技术/14

1.6 硬件平台/14

1.6.1 并行计算机与分布式计算机/14

1.6.2 共享存储多处理器/16

1.6.3 分布式存储多计算机/17

1.6.4 单指令流、多数据流计算机/18

1.6.5 分布式计算机/18

1.7 总结/19

1.8 补充阅读材料/19

第2章 离散事件仿真基本原理/23

2.1 时间/25

2.2 实时、比例实时与尽可能快执行/26

2.3 状态改变和时间流机制/27

2.3.1 时间步进执行/27

2.3.2 事件驱动执行/29

2.4 离散事件仿真程序/29

2.5 一个应用例子/31

2.6 仿真的启动与停止/34

2.7 并行/分布式仿真例子/34

2.8 世界观和面向对象仿真/35

2.8.1 仿真过程/36

2.8.2 基于对象仿真和面向对象仿真/38

2.8.3 查询事件和推拉处理/39

2.8.4 事件取消/40

2.9 开发并发执行的其他途径/40

2.10 补充阅读材料/41

第二部分 并行与分布式离散事件仿真

第3章 保守同步算法/45

3.1 同步问题/47

3.2 使用空消息避免死锁/49

3.3 前瞻量和仿真模型/52

3.4 死锁的检测和恢复/53

3.4.1 死锁检测/53

3.4.2 死锁恢复/55

3.5 同步执行/57

3.5.1 集中式栅障/58

3.5.2 树栅障/58

3.5.3 蝴蝶栅障/59

3.5.4 暂态消息/60

3.5.5 一个简单的同步协议/63

3.5.6 逻辑进程间的距离/64

3.6 受限滞后/67

3.7 条件信息与无条件信息/69

3.8 动态进程及互连/69

3.9 可重复性和并发事件/71

3.9.1 使用时戳的隐藏域排序并发事件/71

3.9.2 优先数/72

3.9.3 接收方指定排序/72

3.10 保守机制的性能/72

3.11 保守机制的总结和评论/77

3.12 补充阅读材料/78

第4章 时间弯曲算法/81

4.1 预备知识/83

4.2 本地控制机制/84

4.2.1 回退状态变量/85

4.2.2 取消消息发送/86

4.2.3 零前瞻量、并发事件及可重复性/91

4.3 全局控制机制/92

4.3.1 化石回收/93

4.3.2 错误处理/94

4.4 计算全局虚拟时间/95

4.4.1 暂态消息问题/95

4.4.2 同步报告问题/97

4.4.3 Samadi的GVT算法/98

4.4.4 Mattern的GVT算法/98

4.5 其他机制/102

4.5.1 动态内存分配/102

4.5.2 周期性状态保存/104

4.5.3 指定保存内容/105

4.5.4 事件取消/107

4.5.5 懒惰撤销/108

4.5.6 懒惰再评估/110

4.6 调度逻辑进程/111

4.7 总结/112

4.8 补充阅读材料/112

第5章 先进乐观技术/115

5.1 时间弯曲算法中的内存使用/117

5.1.1 预备内容：状态向量和消息发送时戳/118

5.1.2 内存管理机制和消息返回/119

5.1.3 存储最优化/120

5.1.4 回撤协议/122

5.1.5 人工回退协议/123

5.1.6 回剪协议/124

5.1.7 基于内存的流控制协议/125

5.1.8 性能和内存需求之间的权衡/126

5.2 时间弯曲算法中的性能风险/127

5.2.1 追逐错误计算/127

5.2.2 回退反射/129

5.3 其他乐观同步算法/130

5.3.1 移动时间窗/131

5.3.2 基于前瞻量的阻塞机制/131

5.3.3 本地回退算法/132

5.3.4 周期时间桶算法/132

5.3.5 “狼来了”算法/133

5.3.6 概率回退算法/134

5.3.7 时空仿真/134

5.3.8 小结/135

5.4 综合：GTW仿真环境/135

5.4.1 编程接口/135

5.4.2 I/O及动态内存分配操作/136

5.4.3 GTW的数据结构/137

5.4.4 直接撤销/139

5.4.5 事件处理循环/139

5.4.6 缓冲区管理/140

5.4.7 流控制/141

5.4.8 GVT计算和化石回收/141

5.4.9 增量式状态保存/142

5.4.10 本地消息发送/142

5.4.11 消息复制/142

5.4.12 事件批处理/142

5.4.13 性能评测/143

5.5 小结/144

5.6 比较乐观与保守同步协议/144

5.7 补充阅读材料/146

第6章 时间并行仿真/149

6.1 使用修正计算方法进行时间并行缓存仿真/152

6.2 使用再生点进行ATM多工器仿真/155

6.3 使用并行前缀的队列仿真/159

6.4 小结/161

6.5 补充阅读材料/161

第三部分 分布式虚拟环境

第7章 分布式虚拟环境介绍/165

7.1 目标/167

7.2 分布式虚拟环境与并行离散事件仿真系统对照/167

7.3 服务器结构与无服务器结构/168

7.4 分布式交互仿真/170

7.4.1 DIS设计原则/170

7.4.2 DISPDUs/171

7.4.3 时间约束/172

7.5 航位推测法/173

7.5.1 DR模型/175

7.5.2 时间补偿/175

7.5.3 平滑/176

7.6 高层体系结构/177

7.6.1 历史回顾/177

7.6.2 HLA述评/178

7.6.3 HLA规则/179

7.6.4 对象模型和对象模型模板/180

7.6.5 接口规范/183

7.6.6 典型的联邦执行/184

7.7 总结/185

7.8 补充阅读材料/185

……

第8章 联网技术和数据分发/187

第9章 时间管理和事件排序/215

缩略语/231

参考文献/235

……[看更多目录]

序言并行与分布仿真领域目前正处于令人激动的时候。经过大学和工业实验室多年的研究和开发，并行与分布仿真领域得到了蓬勃发展，目前已经在现实世界的许多系统中得到了应用。写本书的目的是对离散事件仿真程序在由通过网络互联的多个处理器组成的计算平台上执行所涉及的技术问题进行深入论述。这种平台可以是从位于房间内或单个机柜内紧耦合的多处理器计算机系统，到地理上分布的个人计算机或分布于全球的专用模拟器（例如视频游戏系统）。该技术能够用来加快大型仿真的执行速度，例如下一代互联网的仿真，或用来建立用于训练或娱乐的分布式综合环境。

作者写本书的目的是将散落于无数期刊和会议论文中的集中讨论关于并行与分布仿真系统的基本原理汇集于一册，适用的读者包括参与分布式仿真系统研究或开发的管理者和从业者。本书可以作为高年级本科生或研究生计算机科学课程的教科书，尽管本书的重点是并行与分布计算问题，其他学科也可能对本书感兴趣（例如工业工程或运筹学）。如果您具有离散事件仿真、并行或分布式计算的预备知识，这将有助于您对本书的学习，不过这并不重要，因为本书将对这些知识进行简单介绍。

内容

本书分为三部分，第一部分对该领域进行了介绍。第1章描述了并行与分布仿真技术的典型应用，通过历史回顾描绘了发展和改进该技术的团体，复习了并行与分布仿真系统的背景信息。第2章复习了离散事件仿真的基本原理，为本书后续章节的学习提供了公共的基础和术语。

第二部分主要涉及仿真程序的并行与分布执行，主要用于分析领域的应用，例如大型、复杂系统的设计，目标是采用多处理器加快执行速度。这4章的大部分内容与同步算法有关，同步算法用于保证仿真程序并行执行产生的结果与串行执行相同，但是更快（希望如此）！处理同步问题的两个主要方法被称为保守同步和乐观同步，第3章涉及前者，第4章和第5章涉及后者。第6章涉及处理并行执行的一种完全不同的方法，称为时间并行执行，时间并行执行仅仅适用于某类仿真问题，但是一旦得到应用，能够使性能大幅提高。

第三部分涉及分布式虚拟环境（Distributed Virtual Environments，DVES），强调的是实时仿真，即建立人可以嵌入其中的虚拟环境，例如用于训练或娱乐的虚拟环境。第7章对该领域进行了介绍，主要集中介绍国防团队的两个成就，即分布式交互仿真（Distributed Interactive Simulation，DIS）和高层体系结构（High Level Architecture，HLA），大部分的分布式虚拟环境技术开发并应用于此。第8章和第9章涉及分布式虚拟环境的两个具体问题。第8章探讨将数据有效分发到所有分布式虚拟环境参与者的问题，本章前半部分介绍了为分布式虚拟环境底层通信提供支持的计算机网络，后半部分涉及有效利用网络基础设施的技术，特别是在具有许多交互组件的大规模仿真中。最后，第9章再次涉及分布式虚拟环境中的时间同步问题，以及保证所有参加仿真的不同计算机具有正确同步时钟的问题。

第一部分将为本书的余下部分打基础，因此必须首先阅读，第二部分和第三部分可以按照任意顺序阅读。在为乔治亚理工学院为期10周的并行与分布仿真课程授课时，我采用了本书作为教科书，当大学一个学期改为15周时我仍计划使用本书。作为选择，本书可以作为离散事件系统仿真课程的一部分。当使用本书时，教师为了更加简化地处理主题素材，可以跳过第5章、第6章以及第8章的前半部分。

详细的意见。感谢资助我开展并行与分布仿真研究的投资机构，部分研究成果已经包括在本书中，这些机构包括弹道导弹防空组织（BMDO）、国防先期研究计划局（DARPA）、国防建模与仿真办公室（DMSO）、国家科学基金会、SAIC公司、Mitre公司、Bellcore公司、陆军研究办公室、海军研究办公室和战略导弹防空司令部。

最后，我还要感谢我的家人，仅仅由于这个写书计划，我无数个夜晚和周末不能与她们相伴，尽管如此家人还是给予我无尽的支持和理解。如果没有她们的爱和奉献，本书不会完成。

文摘插图：

（1）状态变量：描述系统的状态（例如，图2-5显示了以后将在机场仿真实例中用到的变量，这些变量简要地表示了机场上空的飞机数量、地面飞机数量和跑道的状态）。

（2）事件表：包含了在仿真的将来某时刻将要发生的事件（图2.5显示了图2-4中的事件，时戳值为9：56的事件没有出现是由于它尚未被创建）。

（3）全局时钟：表示仿真时间轴上仿真目前所属的时刻（在图2.5中仿真推进到仿真时间8：45）。

若时钟变量包含一个丁值，这表示物理系统中直到丁表示的时刻为止的所有活动已经仿真完毕，而迟于丁的活动尚未仿真。事件表中的所有事件的时戳值必须大于或等于丁。

从操作层面上来讲，一个事件通常通过这样一个数据结构来实现，它包括该事件的时戳（例如下午9：16）、事件类型的表示（例如飞机抵港）和详细描述事件细节的各种参数（例如396航班到达洛杉矶机场）。

在物理系统中像飞机抵港这样的“事件”会“自然发生”。而在仿真世界中，除非仿真计算使得事件发生，否则什么也不会发生。换句话说，需要一种机制来创建事件。在仿真中创建新事件的机制被称为调度事件。例如，假设图2-4和图2.5中描述的仿真将仿真时间推进到9：00，此时的事件表示200航班已降落。这时仿真可能调度一个新的事件，表示该飞机将在9：56离港的事实。在仿真程序中“调度一个事件”是通过为新事件分配内存空间、填入时戳值、事件类型和相关参数，并将事件加入事件表数据结构来实现的，事件调度是仿真程序对物理系统因果关系建模的一种方式。