Fakulta elektrotechnická

ˇ e vysoké uˇcen´ı technické v Praze Cesk´ Fakulta elektrotechnická

ˇ VUT FEL katedra pocˇı´tacˇu˚ C

Bakaláˇrská práce

Ud´ alostnˇ e orientovan´ y diskr´ etn´ı simulaˇ cn´ı syst´ em Jan Hadaˇs

Vedouc´ı práce: doc. Ing. Jiˇr´ı Douˇsa, CSc

Studijn´ı program: Elektrotechnika a informatika strukturovan´ y bakaláˇrsk´ y Obor: Informatika a v´ ypoˇcetn´ı technika ˇcerven 2007

ii

Podˇ ekov´ an´ı Dˇekuji panu Douˇsovi za veden´ı pr´ ace. iii

iv

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou bakal´ aˇrskou práci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady uvedené v pˇriloˇzeném seznamu. Nemám z´ avaˇzn´ y d˚ uvod proti uˇzit´ı tohoto ˇskoln´ıho d´ıla ve smyslu §60 Zákona ˇc. 121/2000 Sb., o právu autorském, o pr´ avech souvisej´ıc´ıch s právem autorsk´ ym a o zmˇenˇe nˇekter´ ych zákon˚ u (autorsk´ y z´ akon).

V Praze dne 10. 8. 2007

.............................................................

v

vi

Abstract The work is dealing with the design and implementation of a discrete simulation system oriented on events. The work contains an exemplary simulation in the implemented system.

Abstrakt Práce se zab´ yv´ a n´ avrhem a implementac´ı diskrétn´ıho simulaˇcn´ıho systému orientovaného na události. Souˇc´ ast´ı pr´ ace je uk´ azkov´ a simulace v implementovaném simulaˇcn´ım systému.

vii

viii

Obsah Seznam obr´ azk˚ u

xi

Seznam tabulek

xiii

´ 1 Uvod

1

2 Popis ˇ reˇ sen´ eho probl´ emu ´ 2.1 Uvod do problematiky simulaˇcn´ıch systém˚ u . . . . . . . . . 2.1.1 Simulace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Simulaˇcn´ı systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Vymezen´ı c´ıl˚ u a popis struktury . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Reˇserˇsn´ı zpracov´ an´ı vzorového simulaˇcn´ıho systému SIMCP 2.3.1 Obecn´ y popis koncepce systému . . . . . . . . . . . 2.3.2 Popis implementace . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

2 2 2 2 3 3 3 4

3 Anal´ yza a n´ avrh ˇ reˇ sen´ı 3.1 Obecn´ y popis koncepce systému . . . . . . . 3.2 N´ avrh uˇzivatelského rozhran´ı . . . . . . . . 3.2.1 Pl´ anovac´ı pˇr´ıkazy . . . . . . . . . . . 3.2.2 Informaˇcn´ı metody . . . . . . . . . . 3.2.3 Pomocné funkce . . . . . . . . . . . 3.3 N´ avrh datov´ ych struktur . . . . . . . . . . . 3.3.1 Podrobn´ y rozbor navrˇzené struktury 3.3.2 Pomocné datové struktury . . . . . . 3.4 Volba implementaˇcn´ıho prostˇred´ı . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

6 6 6 6 7 7 8 8 8 9

. . . . . . . . . .

10 10 10 11 13 13 13 15 15 15 16

. . . . . . . . . .

17 17 17 17 19 21 23 23 23 25 25

4 Realizace 4.1 Knihovna simulation . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Implementace prioritn´ı fronty . . . . 4.1.2 Implementace seznamu událost´ı . . . 4.1.3 Implementace ud´ alost´ı . . . . . . . . 4.1.4 Implementace uˇzivatelského rozhran´ı 4.1.4.1 Pl´ anovac´ı pˇr´ıkazy . . . . . 4.1.4.2 Informaˇcn´ı metody . . . . . 4.1.4.3 Pomocné funkce . . . . . . 4.1.5 Implementace obsluˇzného rozhran´ı . 4.2 J´ adro systému . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

5 Testov´ an´ı 5.1 Simulace vyt´ıˇzenosti lékaˇr˚ u . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Realizace modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1.1 Implementace datov´ ych struktur . . . 5.1.1.2 Implementace událost´ı . . . . . . . . . 5.1.2 Testov´ an´ı modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ 5.2 C´ıslicov´ y obvod na u ´rovni hradel . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Realizace modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1.1 Implementace vstupn´ıch signál˚ u . . . 5.2.1.2 Implementace logick´ ych ˇclen˚ u. . . . . 5.2.1.3 Implementace speciáln´ıch událost´ı run ix

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . a

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . terminate

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

6 Z´ avˇ er

27

7 Literatura

29

A Uˇ zivatelsk´ a pˇ r´ıruˇ cka A.1 Uˇzivatelské rozhran´ı . . . A.1.1 Pl´ anovac´ı pˇr´ıkazy . A.1.2 Informaˇcn´ı metody A.1.3 Pomocné funkce . A.2 Instalace . . . . . . . . . .

31 31 31 32 32 33

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

35

x

Seznam obr´ azk˚ u 5.1 5.2 5.3

Graf sloˇzitosti modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schema ˇc´ıslicového obvodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇehy vstupn´ıch sign´ al˚ u. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

xi

21 23 24

xii

Seznam tabulek

xiii

xiv

´ KAPITOLA 1. UVOD

1

´ 1 Uvod Pˇri svém studiu na Elektrofakultˇe jsem se zaj´ımal o objektovˇe orientované programován´ı. Bavilo mˇe vyv´ıjet aplikace, které vyuˇz´ıvaj´ı propracované datové struktury. Jako pˇr´ıklad uvedu semestráln´ı pr´ ace pro pˇredmˇety PJP a TJC. V semestráln´ı práci pro PJP jsem programoval matematick´ y interpret, kter´ y pˇrekl´ adá do vnitˇrn´ı formy abstraktn´ıho syntaktického stromu. Zadán´ım pr´ ace z pˇredmˇetu TJC bylo napsat jednoduchou databázi. Obˇe aplikace jsem psal v jazyce C++, stejnˇe jako ˇradu prac´ı z jin´ ych pˇredmˇet˚ u. Tyto zkuˇsenosti jsem chtˇel z˚ uroˇcit ve své bakaláˇrské práci, proto jsem se rozhodl pro práci implementaˇcn´ı se zamˇeˇren´ım na objektové programován´ı v jazyce C++. Na druhou stranu jsem se vˇsak chtˇel vyhnout pouˇzit´ı grafického rozhran´ı, protoˇze tvorba grafického rozhran´ı vyˇzaduje podrobnou znalost grafick´ ych funkc´ı nebo objektové knihovny, v obou pˇr´ıpadech závisl´ ych na daném operaˇcn´ım systému. M´ ym c´ılem bylo naopak napsat kód, kter´ y lze pˇreloˇzit v libovolném prostˇred´ı. Naj´ıt zad´ an´ı, které by vyhovovalo tˇemto nároˇcn´ ym poˇzadavk˚ um nebylo jednoduché. Pˇri prohl´ıˇzen´ı vypsan´ ych témat jsem nacházel pouze práce charakteru hardwarového, nebo pr´ ace zadané. Aˇz téma ”Diskrétn´ı simulaˇcn´ı systém orientovan´ y na události” plnˇe uspokojilo mé poˇzadavky. Z tohoto pohledu mi zadané téma zcela vyhovovalo.

ˇ SEN ˇ EHO ´ ´ KAPITOLA 2. POPIS RE PROBLEMU

2

2 Popis ˇ reˇ sen´ eho probl´ emu 2.1 2.1.1

´ Uvod do problematiky simulaˇ cn´ıch syst´ em˚ u Simulace

´ celem simulac´ı je lepˇs´ı pochopen´ı zkouman´ Uˇ ych objekt˚ u. Simulace1 procesu z re´ alného svˇeta zahrnuje popsán´ı zkoumaného procesu, vytvoˇren´ı simulaˇcn´ıho programu a n´ asledné experimentován´ı s modelem (provádˇen´ı simulaˇcn´ıho programu). Simulaˇcn´ı model2 se popisuje pomoc´ı jeho vlastnost´ı – atribut˚ u. Dále je definován modelov´ y ˇcas (naz´ yván téˇz jako servisn´ı nebo simulaˇcn´ı ˇcas). Okamˇzitá hodnota modelového ˇcasu ˇr´ıká, v jaké fázi simulace se model pr´ avˇe nach´ az´ı. Chován´ı modelu popisuj´ı soubory pravidel, které ˇr´ıkaj´ı, jak se maj´ı jednotlivé atributy mˇenit v závislosti na modelovém ˇcase. Tyto popisy se naz´ yvaj´ı procesy. Procesy mohou b´ yt diskrétn´ı nebo spojité: • Spojit´ y proces modeluje objekt, jehoˇz atributy se mˇen´ı spojitˇe. Popisuje se pomoc´ı soustavy matematick´ ych rovnic. Pˇr´ıkladem spojitého procesu je pérován´ı u automobilu. • Diskrétn´ı proces lze rozdˇelit na posloupnost událost´ı. Událost je zmˇena atributu, která nastává pro diskrétn´ı hodnotu modelového ˇcasu. Tyto ˇcásti procesu jsou atomické – to znamená ˇze probˇehnou bez pˇreruˇsen´ı. Podrobnˇe se simulacemi zab´ yv´ a[2]. 2.1.2

Simulaˇ cn´ı syst´ emy

Simulaˇcn´ı systémy3 mohou b´ yt spojité nebo diskrétn´ı. Spojité systémy se zab´ yvaj´ı simulac´ı jediného spojitého procesu, diskrétn´ı systémy umoˇzn ˇuj´ı simulaci v´ıce diskrétn´ıch proces˚ u. Nejˇcastˇejˇs´ı aplikac´ı diskrétn´ıho simulaˇcn´ıho systému je systém hromadné obsluhy(dále SHO). SHO je systém kter´ y obsluhuje pˇr´ıchoz´ı poˇzadavky. Pokud systém nen´ı schopen poskytnout okamˇzitou obsluhu, ˇrad´ı poˇzadavky do fronty. Obslouˇzené poˇzadavky odcház´ı ze systému. Pˇr´ıkladem SHO je pedagogické oddˇelen´ı nebo tˇreba menza. Dále se budu zab´ yvat jen diskrétn´ımi systémy. Ty se dˇel´ı podle orientace na procesy nebo události Syst´ em orientovan´ y na procesy popisuje simulaˇcn´ı model pomoc´ı proces˚ u. Proces obsahuje konkrétn´ı ud´ alosti, tedy popisuje zmˇeny modelu nebo jeho ˇcást´ı. Typick´ ym pˇr´ıkladem 4 procesu je popis chov´ an´ı kan´ alu obsluhy . Pokud probˇehnou vˇsechny události plánované pro urˇcitou hodnotu modelového ˇcasu, proces se pˇreruˇs´ı. Syst´ em orientovan´ y na ud´ alosti popisuje model pomoc´ı událost´ı. Událost je urˇcitá atomická ˇcást jednoho nebo i v´ıce proces˚ u, která probˇehne pro urˇcitou hodnotu modelového ˇcasu bez pˇreruˇsen´ı. Typickou ud´ alost´ı je pˇr´ıchod poˇzadavku5 do systému nebo uveden´ı kanálu obsluhy v ˇcinnost. Podrobnˇeji se simulaˇcn´ımi systémy zab´ yvá[2].

1

Simulace je ˇcinnost, kter´ a slouˇz´ı k z´ısk´ an´ı informac´ı o re´ alném systému pomoc´ı simulaˇcn´ıho modelu. Simulaˇcn´ı model je napodobenina urˇcitého re´ alného systému, kter´ a slouˇz´ı k simulaci. 3 Vhodn´ y simulaˇcn´ı jazyk nebo soubor podprogram˚ u, kter´ y m´ a uˇzivateli usnadnit vytvoˇren´ı simulace. 4 Kan´ al obsluhy je prostˇredek, kter´ y poskytuje urˇcitou formu obsluhy. 5 Poˇzadavek je ˇza ´dost o urˇcitou formu obsluhy. 2


2.2

3

Vymezen´ı c´ıl˚ u a popis struktury

C´ılem moj´ı pr´ ace bylo implementovat simulaˇcn´ı systém orientovan´ y na události. Systém m´ a poskytovat stejné uˇzivatelské rozhran´ı jako poskytnut´ y vzorov´ y simulaˇcn´ı systém SIMCP[1], s pˇrihlédnut´ım na odliˇsnosti dané orientac´ı na události. Poˇzadavkem bylo také pouˇzit´ı odliˇsn´ ych, pokud moˇzno efektivnˇejˇs´ıch datov´ ych struktur, neˇz pouˇz´ıvá SIMCP. C´ıl práce bych dekomponoval na nˇekolik d´ılˇc´ıch c´ıl˚ u: 1. Návrh vhodného uˇzivatelské rozhran´ı. Rozhran´ı mus´ı zohledˇ novat orientaci na události, ale zároveˇ n mus´ı zachovat maxim´ aln´ı kompatibilitu se systémem SIMCP. 2. Návrh datov´ ych struktur. Jedn´ a se zejména o seznam událost´ı. Seznam událost´ı mus´ı b´ yt setˇr´ıdˇen´ y podle modelového ˇcasu, mus´ı se umˇet dynamicky prodluˇzovat a mus´ı m´ıt implementované metody, které budou podporovat pl´ anován´ı událost´ı. 3. Implementace koneˇcného n´ avrhu v jazyce C++. C´ılem je vytvoˇrit pˇrehledn´ y zdrojov´ y kód, v´ ysledn´ y program mus´ı b´ yt stabiln´ı a efektivn´ı. 4. Ovˇeˇren´ı funkˇcnosti implementace. Fukˇcnost svoj´ı implementace ovˇeˇr´ım tak, ˇze v systému vytvoˇr´ım simulaci vybraného SHO. Na prvn´ı dva podc´ıle se zamˇeˇr´ım v kapitole 3, implementaci podrobnˇe rozeberu v kapitole 4, podc´ıl 4 pak v kapitole 5.

2.3 2.3.1

Reˇ serˇ sn´ı zpracov´ an´ı vzorov´ eho simulaˇ cn´ıho syst´ emu SIMCP Obecn´ y popis koncepce syst´ emu

SIMCP je simulaˇcn´ı systém orientovan´ y na procesy. Jádrem systému je seznam událost´ı, kter´ y obsahuje z´ aznamy o procesech. Procesy se mohou nacházet ve stavu aktivn´ı, potlaˇcen´ y, pasivn´ı nebo ukonˇcen´ y. Aktivn´ı proces je proces, kter´ y se právˇe provád´ı. Záznam tohoto procesu je v seznamu událost´ı zaps´ an jako prvn´ı. Potlaˇ cen´ y proces je kaˇzd´ y proces naplánovan´ y v seznamu událost´ı kromˇe procesu, kter´ y je právˇe aktivn´ı. Pasivn´ı proces je proces, kter´ y nen´ı naplánovan´ y v seznamu událost´ı ani ukonˇcen´ y. Ukonˇ cen´ y proces je proces, kter´ y se bˇehem svého provádˇen´ı ukonˇcil. Takov´ y proces jiˇz nelze znovu napl´ anovat. K plánov´ an´ı proces˚ u slouˇz´ı metody: • Activate a Reactivate • Hold • Passivate • Wait • Cancel


4

Metoda Activate slouˇz´ı k pl´ anov´ an´ı pasivn´ıch proces˚ u. Metoda Reactivate slouˇz´ı k pˇrepl´ anov´ an´ı aktivn´ıch a potlaˇcen´ ych proces˚ u nebo k plánován´ı pasivn´ıch proces˚ u. Zavolán´ı metody Activate na aktivn´ı nebo potlaˇcen´ y proces se projev´ı jako prázdn´ y pˇr´ıkaz. Procesy je moˇzné pl´ anovat na hodnotu modelového ˇcasu která je vˇetˇs´ı nebo rovna aktuáln´ımu modelovému ˇcasu. Je implementov´ ano prioritn´ı plánován´ı, které proces naplánuje pro urˇcitou hodnotu modelového ˇcasu jako prvn´ı, tedy pˇred vˇsechny jiˇz naplánované procesy a bezprostˇredn´ı plánován´ı, které zp˚ usob´ı napl´ anov´ an´ı procesu pˇred aktivn´ı proces. Je li pouˇzito bezprostˇredn´ı plánován´ı, aktivn´ı proces se pˇreruˇs´ı a ˇr´ızen´ı se pˇredá procesu, kter´ y byl naplánován pˇred nˇej. Metodu Hold lze volat pouze na aktivn´ı proces. Zp˚ usob´ı pˇreruˇsen´ı procesu a jeho pˇreplánován´ı za dobu t(parametr metody hold). Volán´ım tohoto pˇr´ıkazu proces pˇrejde do stavu potlaˇcen´ y. Metodu Passivate lze volat pouze na aktivn´ı proces. Zp˚ usob´ı pˇreruˇsen´ı procesu a smazán´ı jeho záznamu ze seznamu ud´ alost´ı. Volán´ım tohoto pˇr´ıkazu proces pˇrejde do stavu pasivn´ı. Metoda Wait zp˚ usob´ı, ˇze pr´ avˇe aktivn´ı pˇr´ıkaz pˇrejde do stavu pasivn´ı a zaˇrad´ı se na konec fronty F(parametr metody Wait). Volán´ım tohoto pˇr´ıkazu proces pˇrejde do stavu pasivn´ı. Metoda Cancel volan´ a na aktivn´ı proces zp˚ usob´ı pˇreruˇsen´ı procesu a smazán´ı jeho záznamu ze seznamu ud´ alost´ı. Je li zavol´ ana na potlaˇcen´ y proces, odstran´ı pouze jeho záznam ze seznamu ud´ alost´ı. Vol´ an´ım tohoto pˇr´ıkazu proces pˇrejde do stavu pasivn´ı. 2.3.2

Popis implementace

Systém SIMCP je implementov´ an v knihovnách Simset a Simulation. Knihovna Simset definuje pomoc´ı tˇr´ıd CLink a CHead obousmˇernˇe svázan´ y seznam6 . Uˇzivatel 7 m˚ uˇze pomoc´ı dˇedˇen´ı vyuˇz´ıvat vlastnost´ı této pˇreddefinované datové struktury. CLink obsahuje definici elementu seznamu8 . Kaˇzd´ y element obsahuje kromˇe ukazatele na pˇrech˚ udce a n´ asledn´ıka také ukazatel na hlavu seznamu9 . K dispozici jsou metody pro proch´ azen´ı seznamu, konkrétnˇe metody vrat’ pˇredch˚ udce/následn´ıka tohoto elementu, d´ ale metody pro vloˇzen´ı elementu na konec seznamu, nebo pˇred/za referenˇcn´ı prvek10 a metoda pro odstranˇen´ı prvku ze seznamu. CHead popisuje hlavu seznamu. Hlava seznamu dˇed´ı vlastnosti elementu, a nav´ıc upravuje celkovou strukturu seznamu do kruhu (topologie sbˇernice). To znamená ˇze nasledn´ık hlavy je prvn´ı prvek seznamu a pˇredch˚ udce hlavy je posledn´ı prvek seznamu. Hlava obsahuje nav´ıc metody pro z´ıskán´ı prvn´ıho a posledn´ıho elementu, metodu pro smaz´ an´ı celého seznamu a pomocné metody pro z´ıskán´ı informac´ı o seznamu, konkrétnˇe zda je seznam pr´ azdn´ y a kolik obsahuje prvk˚ u.

6

Typ seznamu, kdy kaˇzd´ y element obsahuje ukazatel na svého pˇredch˚ udce i n´ asledn´ıka, takˇze je moˇzné seznam proch´ azet obˇema smˇery. 7 Dˇedˇen´ı – princip vyuˇz´ıvan´ y v obˇektovˇe orientovaném programov´ an´ı. Dˇed´ıc´ı objekt – potomek obsahuje vˇsechny vlastnosti svého pˇredka. 8 V n´ asleduj´ıc´ım textu pouˇz´ıv´ am term´ıny element a prvek seznamu jako synonyma. 9 Hlava seznamu je datov´ a struktura, kter´ a obsahuje glob´ aln´ı informace o seznamu, napˇr ukazatel na prvn´ı a posledn´ı prvek seznamu. 10 Prvek kter´ y slouˇz´ı k pˇresnému urˇcen´ı m´ısta v senamu ud´ alost´ı.


5

Knihovna Simulation obsahuje tˇr´ıdy CThread, CEventNotice a CProces. CThread implementuje pomocné fukce pro práci s vlákny11 v prostˇred´ı windows. Obsahuje status vl´ akna – informaci zda je vlákno spuˇstˇené, pˇreruˇsené nebo ukonˇcené, d´ ale identifikaci vl´ akna12 a handle vlákna13 . Vlákno se inicializuje metodou InitThread, kter´ a zp˚ usob´ı vytvoˇren´ı nového vlákna a správné nastaven´ı datov´ ych ˇclen˚ u tˇr´ıdy CThread. Obsahem novˇe vytvoˇreného vlákna je metoda Start, zde implementovan´ a jako abstraktn´ı14 . Tˇr´ıda dále obsahuje metody pro spuˇstˇen´ı a zastaven´ı vlákna. Tˇechto vlastnost´ı d´ ale vyuˇz´ıvá tˇr´ıda CProces. Tˇ r´ıda CEventNotice implementuje element seznamu událost´ı (naz´ yván téˇz záznam o procesu). Dˇed´ı vlastnosti tˇr´ıdy CLink a dále obsahuje ukazatel na proces (implementovan´ y v tˇr´ıdˇe CProces) a hodnotu modelového ˇcasu, na kter´ y je proces naplánovan´ y. Implementovan´ a je metoda pro zaˇrazen´ı prvku do seznamu. Tˇ r´ıda CProces dˇed´ı vlastnosti tˇr´ıd CThread a CLink. Obsahuje metody pro plánov´ an´ı proces˚ u, informaˇcn´ı metody a pomocné funkce. Obsah procesu definuje uˇzivatel v metodˇe Run v potomc´ıch této tˇr´ıdy, proto je metoda Run implementov´ ana jako abstraktn´ı. Vytvoˇren´ı instance15 potomka této tˇr´ıdy zp˚ usob´ı, ˇze se vytvoˇr´ı nové pozastavené vlákno. Toto vlákno je d´ıky vlastnostem dˇedˇen´ ym z CThread moˇzné pˇreruˇsit nebo obnovit(spustit). Obsahem vlákna je metoda Start, kter´ a na zaˇc´ atku volá metodu Run. D´ıky vlastnostem z´ıskan´ ym ze tˇr´ıdy CLink je moˇzné vytvoˇrit z instanc´ı tˇr´ıdy CProces obousmˇernˇe sv´ azan´ y seznam, napˇr frontu pasivn´ıch proces˚ u. Tˇr´ıda obsahuje ukazatel na záznam v seznamu událost´ı, ukazatel na hlavu seznamu ud´ alost´ı a informaci zda je proces ukonˇcen´ y. Informaˇ cn´ı metody slouˇz´ı k z´ıskáván´ı informac´ı o procesu. Jsou to metody Idle, EvTime, Terminated a NextEv. Idle vrac´ı true, pokud je proces pasivn´ı nebo ukonˇcen´ y. EvTime vrac´ı ˇcas, na kter´ y je proces naplánován. Pokud naplánován nen´ı, vrac´ı hodnotu -1. Terminated vrac´ı true, pokud je proces ukonˇcen. NextEv vrac´ı ukazatel na následuj´ıc´ı proces v seznamu proces˚ u(vlastnost dˇedˇen´ a z CLink). Pokud proces nen´ı zaˇrazen do seznamu proces˚ u, metoda vrac´ı NULL. Pomocn´ e metody jsou Current a Time. Current vrac´ı ukazatel na aktivn´ı proces. Time vrac´ı aktu´ aln´ı hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu.

11

Vl´ akno je ˇca ´st programu, kter´ a m˚ uˇze b´ yt spuˇstˇena nez´ avisle na ostatn´ıch ˇca ´stech. Unik´ atn´ı ˇc´ıslo, které jednoznaˇcnˇe identifikuje vl´ akno. 13 Handle je identifikace datové struktury operaˇcn´ıho systému(kernel objectu) v r´ amci jednoho procesu. Zde je pouˇzit pro pr´ aci s vl´ akny. 14 Je li metoda deklarov´ ana jako abstraktn´ı, znamen´ a to ˇze metoda nem´ a v dané tˇr´ıdˇe definici a bude definov´ ana aˇz v dˇed´ıc´ı tˇr´ıdˇe. 15 Instance je konkrétn´ı objekt vytvoˇren´ y z dané tˇr´ıdy. 12

´ ´ ˇ SEN ˇ Í KAPITOLA 3. ANALYZA A NAVRH RE

6

3 Anal´ yza a n´ avrh ˇ reˇ sen´ı 3.1

Obecn´ y popis koncepce syst´ emu

Simulaˇcn´ı systém bude popisovat model pomoc´ı událost´ı. Bude obsahovat seznam událost´ı a obsluˇzné jádro, které odeb´ır´ a a zpracov´ avá události naplánované v seznamu. Událost se m˚ uˇze nacházet ve stavu aktivn´ı, potlaˇcen´ a a pasivn´ı. Aktivn´ı je ud´ alost, kter´ a se pr´ avˇe prov´ ad´ı. Potlaˇ cen´ a je ud´ alost, kter´ a je napl´ anovaná v seznamu událost´ı. Pasivn´ı je událost, kter´ a v seznamu ud´ alost´ı nen´ı naplánovaná. Události jsou v seznamu ud´ alost´ı setˇr´ıdˇené podle hodnoty modelového ˇcasu, na kterou jsou naplánované. Systém vˇzdy vyjme ze seznamu událost, která je prvn´ı na ˇradˇe a spust´ı ji. Aktivn´ı událost m˚ uˇze pomoc´ı pl´ anovac´ıch pˇr´ıkaz˚ u plánovat dalˇs´ı události. V okamˇziku, kdy tato událost skonˇc´ı, systém vyjme a spust´ı dalˇs´ı ud´ alost. V systému nebudou implementov´ any pl´ anovac´ı pˇr´ıkazy Hold, Wait a Passivate, protoˇze slouˇz´ı k pˇreruˇsen´ı procesu. Ze stejného d˚ uvodu nebude implementováno ani bezprostˇredn´ı plánován´ı, to znamená ˇze ˇz´ adn´ a ud´ alost nem˚ uˇze b´ yt naplánována pˇred aktivn´ı událost. To je zaruˇceno t´ım, ˇze se aktivn´ı ud´ alost nenach´ az´ı v seznamu událost´ı.

3.2

N´ avrh uˇ zivatelsk´ eho rozhran´ı

Z d˚ uvodu zachov´ an´ı maxim´ aln´ı zpˇetné kompatibility se vzorov´ ym systémem SIMCP se budu snaˇzit zachovat stejnou strukturu uˇzivatelského rozhran´ı simulaˇcn´ıho systému (dále jen rozhran´ı). Rozhran´ı mus´ı obsahovat pˇr´ıkazy pro plánován´ı událost´ı, informaˇcn´ı metody, které budou poskytovat informace o jednotliv´ ych událostech a pomocné funkce. 3.2.1

Pl´ anovac´ı pˇ r´ıkazy

Plánovac´ı pˇr´ıkazy slouˇz´ı k napl´ anov´ an´ı události do seznamu událost´ı. Události plánované pro stejnou hodnotu modelového ˇcasu jsou ˇrazeny do fronty1 . K naplánován´ı událost´ı budou implementovány pˇr´ıkazy Activate a Reactivate, ke zruˇsen´ı jiˇz naplánované události pˇr´ıkaz Cancel. Activate zp˚ usob´ı napl´ anov´ an´ı ud´ alosti na konkrétn´ı hodnotu modelového ˇcasu. Je li pˇr´ıkaz u ´spˇeˇsn´ y, vrac´ı hodnotu true. Pokud jiˇz je událost naplánovaná, tak je pˇr´ıkaz ne´ uspˇeˇsn´ y, to znamen´ a ˇze se pl´ anov´ an´ı neprovede a pˇr´ıkaz vrát´ı hodnotu false. Reactivate zp˚ usob´ı pˇrepl´ anov´ an´ı jiˇz naplánované události, to znamená ˇze událost bude smazána ze seznamu ud´ alost´ı a napl´ anován na novou hodnotu modelového ˇcasu. V pˇr´ıpadˇe ˇze událost nen´ı napl´ anovan´ a v seznamu událost´ı, Reactivate se projev´ı jako pˇr´ıkaz Activate. Je li pˇr´ıkaz u ´spˇeˇsn´ y, vrac´ı hodnotu true, v pˇr´ıpadˇe ne´ uspˇechu vrac´ı false. Specifikace um´ıstˇen´ı v seznamu ud´ alost´ı bude moˇzná následuj´ıc´ımi zp˚ usoby: Pˇ r´ıkazy s frontovou discipl´ınou. Tyto pˇr´ıkazy naplánuj´ı událost za vˇsechny události, které jiˇz pro tuto hodnotu modelového ˇcasu byly naplánovány. Jsou to pˇr´ıkazy Activate, ActivateAt a ActivateDelay. Pˇ r´ıkaz Activate bez parametr˚ u zp˚ usob´ı naplánován´ı události na aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu. 1

Fronta je datov´ a struktura, typu FIFO, to znamen´ a ˇze prvek vloˇzen´ y jako prvn´ı bude vybr´ an jako prvn´ı.


7

Pˇ r´ıkaz ActivateAt(time) zp˚ usob´ı naplánován´ı události na dobu time. Pokud bude zadan´ y ˇcas menˇs´ı, neˇz aktuáln´ı hodnota modelového ˇcasu, pˇr´ıkaz se projev´ı jako pˇr´ıkaz Activate. Pˇ r´ıkaz ActivateDelay(delay) zp˚ usob´ı naplánován´ı události na dobu time+delay (time je aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu, delay je parametr pˇr´ıkazu kter´ y ud´ av´ a zpoˇzdˇen´ı oproti aktuáln´ımu modelovému ˇcasu). Prioritn´ı pˇ r´ıkazy. Specifikace modelového ˇcasu je stejná jako u pˇredchoz´ıch pˇr´ıkaz˚ u. Pˇr´ıkazy ale pouˇz´ıvaj´ı prioritn´ı plánován´ı, to znamená ˇze událost se naplánuje pˇred vˇsechny ud´ alosti, které jsou naplánované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Jsou to pˇr´ıkazy ActivatePrior, ActivateAtPrior a ActivateDelayPrior. Referenˇ cn´ı pˇ r´ıkazy. Pˇr´ıkazy plánuj´ı událost bezprostˇrednˇe pˇred, nebo za danou referenˇcn´ı ud´ alost. Jsou to pˇr´ıkazy ActivateBefore a ActivateAfter. Pˇ r´ıkaz ActivateBefore(ref event) naplánuje událost pˇred událost ref event (pro stejnou hodnotu modelového ˇcasu). Pˇ r´ıkaz ActivateAfter(ref event) naplánuje událost za událost ref event (pro stejnou hodnotu modelového ˇcasu). Syntaxe pˇr´ıkazu Reactivate je stejná jako u pˇr´ıkazu Activate, jsou tedy k dispozici pˇr´ıkazy: Reactivate, ReactivateAt(time), ReactivateDelay(delay), ReactivatePrior, ReactivateAtPrior (time), ReactivateDelayPrior (delay), ReactivateBefore(ref event), ReactivateAfter(ref event). Cancel slouˇz´ı k odstranˇen´ı potlaˇcené události ze seznamu událost´ı. Je-li pˇr´ıkaz zavolán na pasivn´ı nebo aktivn´ı ud´ alost, tak se projev´ı jako ne´ uspˇeˇsn´ y a vrát´ı hodnotu false. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı true. 3.2.2

Informaˇ cn´ı metody

Informaˇcn´ı metody slouˇz´ı k z´ısk´ an´ı informac´ı o konkrétn´ı události. Rozhodl jsem se implementovat informaˇcn´ı metody get time a idle, které jsou obsaˇzeny i v systému SIMCP. Dále jsem se rozhodl pro implementaci metody get id, která slouˇz´ı k identifikaci událost´ı. Metodu terminated nemˇelo smysl implementovat, protoˇze takov´ y stav je definován pouze pro procesy. get time vrac´ı hodnotu modelového ˇcasu, na kterou je událost naplánovaná. get id vrac´ı ˇc´ıslo, které jednoznaˇcnˇe identifikuje danou událost. idle vrac´ı true, pokud je ud´ alost pasivn´ı. 3.2.3

Pomocn´ e funkce

Pomocné funkce slouˇz´ı k z´ısk´ an´ı informac´ı o simulaˇcn´ım systému. Rozhodl jsem se implementovat pomocné funkce current a real time, které jsou obsaˇzeny v systému SIMCP. Dále jsem se rozhodl implementovat funkci set destruct, která bude slouˇzit k uvolnˇen´ı dynamicky alokovan´ ych ud´ alost´ı po skonˇcen´ı simulace. current vrac´ı konstantn´ı ukazatel na aktivn´ı událost. real time vrac´ı aktu´ aln´ı hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu. set destruct zaznamen´ a ud´ alost do seznamu alokovan´ ych událost´ı. Tyto události budou automaticky uvolnˇeny po skonˇcen´ı simulace.


8

3.3

N´ avrh datov´ ych struktur

Datovou strukturu, kter´ a bude obsahovat vzestupnˇe setˇr´ıdˇené události, je moˇzné navrhnout nˇekolika zp˚ usoby. V SIMCP byl seznam událost´ı implementován obousmˇernˇe provázan´ ym seznamem. Velikost seznamu roste line´ arnˇe v závislosti na poˇctu obsaˇzen´ ych záznam˚ u a nen´ı omezen velikost´ı simulaˇcn´ıho ˇcasu, ani celkov´ ym poˇctem záznam˚ u. Jeho nev´ yhodou je ale ˇcas potˇrebn´ y k napl´ anov´ an´ı ud´ alosti. Chci-li naplánovat událost na ˇcas t, mus´ım proj´ıt n záznam˚ u neˇz naraz´ım na posledn´ı z´ aznam s ˇcasem t, za kter´ y potˇrebuji vloˇzit plánovanou událost. N je závislé na poˇctu prvk˚ u obsaˇzen´ ych v seznamu s ˇcasem menˇs´ım nebo rovn´ ym t, to znamená ˇze m˚ uˇze b´ yt libovolnˇe veliké, stejnˇe jako doba potˇrebná pro naplánován´ı události. Lepˇs´ım ˇreˇsen´ım je pouˇzit´ı pole indexovaného modelov´ ym ˇcasem. Události ale nemohou b´ yt obsaˇzeny pˇr´ımo v poli, protoˇze pro kaˇzdou hodnotu modelového ˇcasu m˚ uˇze b´ yt naplánováno libovolné mnoˇzstv´ı ud´ alost´ı. Pole proto mus´ı obsahovat ukazatel na nˇejak´ y typ seznamu. Plánován´ı do seznamu implementovaného t´ımto zp˚ usobem je efektivnˇejˇs´ı, protoˇze nalezen´ı správného ˇcasového pole zabere vˇzdy konstantn´ı ˇcas. Bylo by moˇzné pouˇz´ıt i jiné datové struktury, napˇr´ıklad n-nárn´ı strom setˇr´ıdˇen´ y podle modelového ˇcasu. Takov´ a struktura je asymptoticky stejnˇe sloˇzitá jako v´ yˇse uvedené pole seznam˚ u. Naplánován´ı prvku zde zabere konstantn´ı ˇcas. Bylo by ale potˇreba zajistit jednoznaˇcné poˇrad´ı pˇri vyb´ırán´ı ud´ alost´ı se stejn´ ym ˇcasem, takˇze v d˚ usledku je implementaˇcnˇe sloˇzitˇejˇs´ı. Pro implementaci seznamu ud´ alost´ı je nejv´ yhodnˇejˇs´ı v´ yˇse uvedená datová struktura pole. 3.3.1

Podrobn´ y rozbor navrˇ zen´ e struktury

Seznam událost´ı bude reprezentov´ an polem ukazatel˚ u. Indexem do pole bude modelov´ y ˇcas. Pro kaˇzdou hodnotu modelového ˇcasu m˚ uˇze b´ yt naplánováno libovolné mnoˇzstv´ı událost´ı. Tyto události mus´ı b´ yt setˇr´ıdˇené podle toho, v jakém poˇrad´ı byly naplánovány. Tˇemto poˇzadavk˚ um nejlépe vyhovuje vytvoˇren´ı datové struktury fronta pro jednotlivé hodnoty modelového ˇcasu. Ukazatel v poli bude tedy ukazovat na frontu obsahuj´ıc´ı události. Fronty budou dynamicky alokovány jen pro ty hodnoty servisn´ıho ˇcasu, které obsahuj´ı nˇejaké události. Fronta bude obsahovat ukazatel na prvn´ı a posledn´ı prvek, t´ım bude zajiˇstˇeno vkládáni a vyb´ırán´ı událost´ı v konstantn´ım ˇcase. Také bude implementováno prioritn´ı vkládán´ı událost´ı. Dále zde mus´ı b´ yt zaruˇceno automatické prodlouˇzen´ı pole v pˇr´ıpadˇe, ˇze událost bude plánována na hodnotu modelového ˇcasu, kter´ a pˇresahuje aktuáln´ı délku pole. To je moˇzné zaruˇcit postupn´ ym zvˇetˇsov´ an´ım pole, ale pˇri tom docház´ı ke kop´ırován´ı velk´ ych blok˚ u pamˇeti. Proto je tento princip nevhodn´ y. Lepˇs´ı zp˚ usob je implementovat pole spojov´ ym seznamem pol´ı o konstant´ı délce. Bude li potˇreba pole prodlouˇzit, vytvoˇr´ı se nov´ y element pole, kter´ y se pˇripoj´ı za jiˇz vytvoˇrené prvky, takˇze prodluˇzov´ an´ı pole bude mnohem rychlejˇs´ı. Proto jsem zvolil tento princip. 3.3.2

Pomocn´ e datov´ e struktury

Datovou strukturu fronty je moˇzné vyuˇz´ıt i v jin´ ych ˇcástech systému, napˇr´ıklad pro implementaci fronty alokovan´ ych ud´ alost´ı. Do této fronty bude zapisovat navrˇzená funkce set destruct. Frontu také m˚ uˇze potˇrebovat uˇzivatel pˇri vytváˇren´ı vlastn´ıch simulac´ı. Proto bude dobré implementovat frontu jako ˇsablonu2 . ˇ Sablona bude obsahovat metody pro vloˇzen´ı prvku na konec fronty a pro vyjmut´ı prvn´ıho prvku. Dále mus´ı obsahovat metodu pro vloˇzen´ı prioritn´ıho prvku na zaˇcátek fronty. Nezbytná bude podpora referenˇcn´ıch pˇr´ıkaz˚ u a pˇr´ıkazu Cancel. Fronta tedy bude m´ıt implementovanou metodu pro smaz´ an´ı zadaného prvku a metody pro vloˇzen´ı prvku pˇred nebo za referenˇcn´ı prvek. 2ˇ Sablona datové struktury je generick´ a struktura, pouˇziteln´ a pro vˇsechny datové typy. Pˇri vytv´ aˇren´ı instance je nutné ˇsablonu specializovat zad´ an´ım konkrétn´ıho datového typu.


3.4

9

Volba implementaˇ cn´ıho prostˇ red´ı

Práci jsem se rozhodl implementovat v jazyce C++ podle normy ANSI 95. Tento jazyk jsem zvolil, protoˇze m´ am hodnˇe zkuˇsenost´ı s programován´ım v tomto prostˇred´ı. Jazyk je vhodn´ y k implementaci sloˇzit´ ych datov´ ych struktur, podporuje objektové programován´ı i ˇsablony. V´ ysledn´ y zdrojov´ y k´ od vytvoˇren´ y podle normy ANSI je pˇrenositeln´ y na vˇsechny bˇeˇznˇe pouˇz´ıvané operaˇcn´ı systémy. Pro v´ yvoj aplikace pouˇziji v´ yvojové prostˇred´ı C++BuilderX Personal Edition verze 1.0.0.1786, na které m´ am ˇskoln´ı licenci.

10

KAPITOLA 4. REALIZACE

4 Realizace Simulaˇcn´ı systém jsem implementoval v knihovnˇe Simulation. Knihovna obsahuje header soubor1 simulation.h s deklaracemi jednotliv´ ych tˇr´ıd a ˇsablon a implementaˇcn´ı soubor simulation.cpp. Jádro systému je definov´ ano v souboru start.cpp, kter´ y obsahuje i funkci main. Události spouˇstˇené j´ adrem systému definuje uˇzivatel v souborech uzivatel.h a uzivatel.cpp.

4.1

Knihovna simulation

ˇ Simulation obsahuje ˇsablony item<>, head<> a tˇr´ıdy array, list, event. Sablony item<> a head<> popisuj´ı prioritn´ı frontu. Tˇr´ıda list popisuje datovou strukturu seznamu událost´ı a metody pro práci s n´ım. Tˇr´ıda array implementuje dynamické pole ukazatel˚ u, vyuˇz´ıvané tˇr´ıdou list. Tˇr´ıda event definuje ud´ alosti, uˇzivatelské rozhran´ı simulaˇcn´ıho systému a funkce pro ovládán´ı seznamu událost´ı j´ adrem systému. 4.1.1

Implementace prioritn´ı fronty

Nad frontou budou prov´ adˇeny operace vloˇz prvek na konec nebo zaˇcátek fronty, vyjmi prvek ze zaˇcátku fronty a pˇr´ıpadnˇe vyhledej prvek ve frontˇe. Pro tyto operace je efektivn´ı struktura jednosmˇernˇe sv´ azaného seznamu, protoˇze nepotˇrebuji frontou procházet pozpátku. Fronta je implementovan´ a v ˇsablon´ ach item<> a head<>. ˇ Sablona tˇ r´ıdy item<> definuje element fronty. Obsahuje ukazatel na následuj´ıc´ı prvek a ukazatel na obsah. Tyto datové poloˇzky jsou deklarovány jako veˇrejné, aby k nim mˇela pˇr´ıstup ˇsablona head<>. D´ ale je deklarován konstruktor, kter´ y pˇri vytvoˇren´ı nového prvku napln´ı datové poloˇzky hodnotou NULL. Parametrem ˇsablony je typ ukazatele na obsah. ˇ Sablona tˇ r´ıdy head<> definuje hlavu prioritn´ı fronty. Obsahuje ukazatel na prvn´ı a posledn´ı element fronty. Tyto datové poloˇzky jsou zde jiˇz deklarovány jako protected, to znamená ˇze k nima maj´ı pˇr´ıstup pouze metody této tˇr´ıdy, nebo metody dˇed´ıc´ı tˇr´ıdy. Parametrem ˇsablony je stejnˇe jako u ˇsablony item<> typ ukazatele na obsah. Jsou deklarovány následuj´ıc´ı metody: add(T *c) zaˇrad´ı na konec fronty nov´ y prvek(instanci ˇsablony item), kter´ y bude obsahovat ukazatel pˇredan´ y parametrem c. Typ ukazatele T je parametr ˇsablony. add first(T *c) zaˇrad´ı prvek na zaˇcátek fronty. add before(T *c, T *r) zaˇrad´ı prvek do fronty pˇred element, kter´ y obsahuje ukazatel r. Pokud r nen´ı obsaˇzen´ y ve frontˇe, tak se metoda projev´ı jako prázdn´ y pˇr´ıkaz. add after(T *c, T *r) zaˇrad´ı prvek do fronty za element, kter´ y obsahuje ukazatel r. Pokud r nen´ı obsaˇzen´ y ve frontˇe, tak se metoda projev´ı jako prázdn´ y pˇr´ıkaz. rem() odebere z fronty prvn´ı prvek a vrát´ı obsah prvku, tedy dan´ y ukazatel na objekt. rem(T *r) odebere z fronty prvek kter´ y obsahuje ukazatel r. Pokud byl prvek obsaˇzen ve frontˇe, metoda vrac´ı r. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı NULL. is empty()const vrac´ı hodnotu true v pˇr´ıpadˇe, ˇze fronta neobsahuje ˇzádn´ y prvek. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı false. 1

Header soubor obsahuje deklarace datov´ ych struktur a pouˇzit´ ych funkc´ı.

KAPITOLA 4. REALIZACE 4.1.2

11

Implementace seznamu ud´ alost´ı

Seznam ud´ alost´ı je implementov´ an ve tˇr´ıdách array a list. Tˇ r´ıda array definuje datovou strukturu pole ukazatel˚ u na fronty událost´ı. Pˇri implementaci tohoto pole byla vyuˇzita struktura spojového seznamu. Kaˇzd´ y element seznamu obsahuje pole konstantn´ı velikosti a ukazatel na následuj´ıc´ı element. Velikost pole udává statick´ a2 y poˇcet prvk˚ u seznamu. konstanta item length. Statická poloˇzka item count udává celkov´ Zdrojov´ y k´ od deklarace tˇr´ıdy array: class array{ protected: const static int item_length; //delka 1 prvku static int item_count; //pocet prvku pole head<event> **ARR; //pole pointru na frontu udalosti array *next, *last; //prvni a posledni prvek public: array(); ~array(); head<event> *& operator[](int index); //operator indexovani head<event> *operator[](int index)const; }; Popis metod tˇr´ıdy array: Konstruktor vytv´ aˇr´ı nov´ y prvek seznamu, to znamená ˇze alokuje pole ukazatel˚ u, inicializuje vˇsechny prvky pole hodnotou NULL a ukazatel na dalˇs´ı prvek nastav´ı na hodnotu NULL. Destruktor uvoln´ı pole ukazatel˚ u v prvn´ım elementu, je li ukazatel na dalˇs´ı element nenulov´ y, zavol´ a na nˇej rekurzivnˇe destruktor. Oper´ ator indexov´ an´ı byl pˇredefinován k pˇr´ıstup˚ um do pole pomoc´ı nezáporného indexu. Oper´ ator vrac´ı referenci3 na ukazatel obsaˇzen´ y v poli ukazatel˚ u. Pokud se indexovan´ y ukazatel nenacház´ı v prvn´ım elementu spojového seznamu (index je vˇetˇs´ı neˇz délka elementu), operátor postupnˇe procház´ı dalˇs´ı prvky seznamu. Maxim´ aln´ı délka indexu je urˇcena hodnotou délka elementu × poˇcet element˚ u. Je-li pˇrekroˇcena, oper´ ator zajist´ı automatické prodlouˇzen´ı pole o dalˇs´ı elementy. Konstantn´ı oper´ ator indexov´ an´ı byl implementován, aby do pole mohly pˇristupovat 4 konstantn´ı metody jin´ ych tˇr´ıd. Obdrˇz´ı-li konstantn´ı operátor index vˇetˇs´ı neˇz je maxim´ aln´ı délka indexu, vrac´ı hodnotu NULL. Tˇ r´ıda list definuje metody pro pr´ aci se seznamem událost´ı a informaˇcn´ı metody. Tyto metody budou vol´ any pl´ anovac´ımi pˇr´ıkazy a jádrem simulaˇcn´ıho systému. Tˇr´ıda obsahuje datové poloˇzky: • time – aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu. 2

Statické poloˇzky jsou spoleˇcné vˇsem instanc´ım tˇr´ıdy. Reference je odkaz na promˇenou. Operace provedené nad touto referenc´ı maj´ı stejn´ yu ´ˇcinek, jako kdyby byly provedené pˇr´ımo s promˇenou na kterou reference odkazuje. 4 Konstant´ı metoda nem˚ uˇze mˇenit obsah instance. Metody volané konstantn´ı metodou mus´ı b´ yt také konstantn´ı. 3

12

KAPITOLA 4. REALIZACE • max time – nejvyˇsˇs´ı hodnota modelového ˇcasu, na kterou je naplánovaná událost. • E LIST – staticky inicializovaná instance5 tˇr´ıdy array. Tato instance reprezentuje samotn´ y seznam ud´ alost´ı. • current – ukazatel na ud´ alost, která byla naposledy odebrána ze seznamu událost´ı Pro tˇr´ıdu je definov´ an konstruktor a destruktor. Konstruktor inicializuje datové poloˇzky time a max time na 0 a ukazatel current na hodnotu NULL. Destruktor uvolˇ nuje fronty událost´ı alokované v seznamu E LIST. Metody pro práci se seznamem událost´ı jsou: add(event *e, unsigned int t) zaˇrad´ı událost do seznamu událost´ı pro modelov´ y ˇcas t na konec fronty. Pokud pro tuto hodnotu modelového ˇcasu jeˇstˇe nen´ı vytvoˇrena fronta, tak ji metoda alokuje. Metoda oprav´ı poloˇzku max time v pˇr´ıpadˇe, ˇze je událost vkl´ ad´ ana na hodnotu modelového ˇcasu vyˇsˇs´ı neˇz je max time. add prior(event *e, unsigned int t) zaˇrád´ı událost do seznamu událost´ı pro modelov´ y ˇcas t na zaˇc´ atek fronty. Metoda téˇz alokuje nové fronty a upravuje poloˇzku max time stejnˇe jako metoda add(event *e, unsigned int t). add before(event *e, unsigned int t, event *ref ) Obsahuje-li fronta událost´ı pro modelov´ y ˇcas t referenˇcn´ı ud´ alost ref, metoda zaˇrad´ı událost e do fronty pˇred událost ref. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe se metoda projev´ı jako prázdn´ y pˇr´ıkaz. add after(event *e, unsigned int t, event *ref ) Obsahuje-li fronta událost´ı pro modelov´ y ˇcas t referenˇcn´ı ud´ alost ref, metoda zaˇrad´ı událost e do fronty za událost ref. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe se metoda projev´ı jako prázdn´ y pˇr´ıkaz. get() odstran´ı z fronty ud´ alost´ı pro aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu událost, která je napl´ anovan´ a jako prvn´ı, aktualizuje datovou poloˇzku current a vrát´ı ukazatel na tuto ud´ alost. Pokud pro aktu´ aln´ı hodnotu modelového ˇcasu nen´ı naplánovná ˇzádná událost, metoda vr´ at´ı hodnotu NULL. rem(event *ref, unsigned int t) smaˇze z fronty událost´ı pro aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu ud´ alost ref. Pokud událost nen´ı ve frontˇe obsaˇzená, metoda vrát´ı NULL, v opaˇcném pˇr´ıpadˇe vr´ at´ı ukazatel ref. get current()const vrac´ı konstantn´ı ukazatel na událost, která byla naposledy odebrána metodou get(). inc time() inkrementuje modelov´ y ˇcas. Informaˇcn´ı metody slouˇz´ı k z´ısk´ an´ı informac´ı o stavu seznamu událost´ı: is event()const vrac´ı true, pokud je pro aktuáln´ı hodnotu servisn´ıho ˇcasu naplánována nˇejak´ a ud´ alost, neboli kdyˇz je daná fronta událost´ı neprázdná. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı false is empty()const vrac´ı true, pokud v seznamu událost´ı nan´ı naplánovaná ˇzádná událost, coˇz nast´ av´ a tehdy, kdyˇz modelov´ y ˇcas dosáhne hodnoty max time a pro tento ˇcas jiˇz nen´ı ud´ alost. at´ı aktu´ aln´ı hodnotu modelového ˇcasu. get time()const vr´ find(const event *ref, unsigned int& index) vrac´ı true, pokud seznam událost´ı obsahuje ud´ alost ref. Hodnota modelového ˇcasu, pro kter´ y byla událost nalezena v seznamu, je vr´ acena v´ ystupn´ım parametrem index. Pokud událost v seznamu nebyla nalezena, metoda vrac´ı false.

5 V C++ je moˇzné vytv´ aˇret instance tˇr´ıd staticky. Tyto instance maj´ı platnost v bloku, ve kterém byly vytvoˇreny. V okamˇziku, kdy skonˇc´ı jejich platnost, jsou automaticky uvolnˇeny vol´ an´ım destruktoru.

KAPITOLA 4. REALIZACE 4.1.3

13

Implementace ud´ alost´ı

Událost je instance libovolné tˇr´ıdy, která dˇed´ı vlastnosti tˇr´ıdy event. Chován´ı událost´ı popisuj´ı uˇzivatelem definované metody této tˇr´ıdy. Kaˇzdá instance pak obsahuje ukazatel na metodu, která definuje chov´ an´ı této konkrétn´ı události. Jsou pˇreddefinovány 2 speciáln´ı metody, které maj´ı zvláˇstn´ı v´ yznam. Jsou to metody run a terminate: run abstraktn´ı metoda, mus´ı b´ yt uˇzivatelem pˇredefinována v uˇzivatelské tˇr´ıdˇe simulation. Metoda run bude definovat prvn´ı událost, která se spust´ı na zaˇcátku simulace. terminate tato metoda definuje posledn´ı událost simulace. Nemus´ı b´ yt uˇzivatelem definov´ ana. Poté co j´ adro systému spust´ı tuto událost, jiˇz ˇzádné dalˇs´ı události neaktivuje. Napl´ anov´ an´ım ud´ alosti terminate tak lze explicitnˇe urˇcit konec simulace. Instance tˇr´ıdy event obsahuje tyto datové poloˇzky: const unsigned int id – jednoznaˇcná identifikace události. unsigned int time – hodnota ˇcasu na kterou je potlaˇcená událost naplánovaná bool scheduled – pokud je ud´ alost potlaˇcená, scheduled obsahuje hodnotu true, v opaˇcném pˇr´ıpadˇe obsahuje hodnotu true. void (event::* launch)() – ukazatel na metodu tˇr´ıdy event (pˇr´ıpadnˇe na metodu tˇr´ıdy kter´ a dˇed´ı vlastnosti tˇr´ıdy event). Tato metoda bude spuˇstˇena v okamˇziku, kdy se událost stane aktivn´ı. Hodnoty tˇechto datov´ ych poloˇzek inicializuje konstruktor a mˇen´ı je plánovac´ı i obsluˇzne funkce. Statické datové poloˇzky tˇr´ıdy event jsou: unsigned int counter – slouˇz´ı pro urˇcen´ı unikátn´ıho id pˇri inicializaci nov´ ych událost´ı. head<event>qeque – staticky inicializovaná instance ˇsablony head, jedná se o frontu ukazatel˚ u na ud´ alosti. Tato fronta slouˇz´ı k uvolnˇen´ı dynamicky alokovan´ ych událost´ı. list LIST – staticky inicializovan´ a instance tˇr´ıdy list pˇredstavuje seznam událost´ı. Tˇr´ıda dále definuje v´ yˇctov´ y datov´ y typ ”type”, kter´ y urˇcuje zp˚ usob plánován´ı událost´ı. Pro tˇr´ıdu je implementov´ an konstruktor bez parametr˚ u a destruktor: Konstruktor vytv´ aˇr´ı ud´ alost – novou instanci tˇr´ıdy event. Nastavuje id na hodnotu poˇc´ıtadla counter, time na okamˇzitou hodnotu modelového ˇcasu, promˇenou scheduled na false a ukazatel launch na hodnotu NULL. Nav´ıc inkrementuje poˇc´ıtadlo counter. Destruktor je definovan´ y jako virtuáln´ı, aby mohl b´ yt pˇredefinován v nˇekterém z potomk˚ u. 4.1.4

Implementace uˇ zivatelsk´ eho rozhran´ı

Tˇr´ıda event d´ ale implementuje uˇzivatelské rozhran´ı, které bylo navrˇzeno v sekci 3.2. Rozhran´ı obsahuje pl´ anovac´ı pˇr´ıkazy, informaˇcn´ı metody a pomocné funkce. 4.1.4.1


Plánovac´ı pˇr´ıkazy jsou realizov´ any pomoc´ı makra Activate, které volá metodu activate a d´ ale makrem Reactivate, které vol´ a metodu reactivate. Syntaxe plánovac´ıch pˇr´ıkaz˚ u je: • Activate(l)

14

KAPITOLA 4. REALIZACE • ActivatePrior(l) • ActivateAt(t, l) • ActivateAtPrior(t, l) • ActivateDelay(t, l) • ActivateDelayPrior(t, l) • ActivateAfter(e, l) • ActivateBefore(e, l) • Reactivate(l) • ReactivatePrior(l) • ReactivateAt(t, l) • ReactivateAtPrior(t, l) • ReactivateDelay(t, l) • ReactivateDelayPrior(t, l) • ReactivateAfter(e, l) • ReactivateBefore(e, l)

Sémantika plánovac´ıch pˇr´ıkaz˚ u je podrobnˇe popsána v sekci 3.2.1 Metoda activate slouˇz´ı k pl´ anov´ an´ı pasivn´ıch a aktivn´ıch událost´ı. Má tyto parametry: type t je parametr v´ yˇctového typu ”type”, urˇcuje zp˚ usob plánováni událost´ı. unsigned int time obsahuje hodnotu modelového ˇcasu, na kterou má b´ yt událost naplánována. bool prior informuje zda m´ a b´ yt ud´ alost plánována jako prioritn´ı event *ref obsahuje ukazatel na referenˇcn´ı potlaˇcenou událost. void (event::* l)() je ukazatel na metodu, která se má spustit kdyˇz se událost stane aktivn´ı. Tento parametr se uloˇz´ı do datové poloˇzky launch. Metoda obsahuje pˇr´ıkaz switch, kter´ y podle obsahu parametru t ˇr´ıd´ı, jak´ ym zp˚ usobem se událost naplánuje. Parametr t m˚ uˇze nab´ yvat tˇechto hodnot: now – metoda bude napl´ anov´ ana na okamˇzitou hodnotu modelového ˇcasu. at – metoda bude pl´ anov´ ana na hodnotu modelového ˇcasu pˇredanou parametrem time. Jeli hodnota parametru time menˇs´ı neˇz okamˇzitá hodnota modelového ˇcasu, pouˇzije se okamˇzitá hodnota. delay – metoda bude napl´ anov´ ana se spoˇzdˇen´ım, tedy na hodnotu urˇcenou parametrem time + aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu. Pro plánován´ı ud´ alost´ı se pouˇzij´ı metody tˇr´ıdy list: add prior a add. Priorita se rozliˇsuje na základˇe parametru prior. Pokud pl´ anovaná událost nen´ı potlaˇcená, tak je plánován´ı u ´spˇeˇsné a metoda vrac´ı true.


15

before, after – Pl´ anov´ an´ı pˇred/za referenˇcn´ı událost pˇredanou parametrem ref. Hodnota modelového ˇcasu je z´ısk´ ana metodou find tˇr´ıdy list. Pokud referenˇcn´ı událost nebyla nalezena, pl´ anov´ an´ı se neprovede a metoda activate vrac´ı hodnotu false. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe se ud´ alost napl´ anuje pomoc´ı metod add before a add after tˇr´ıdy list a metoda vrac´ı true. Bˇehem pl´ anov´ an´ı se mˇen´ı datové sloˇzky události: • scheduled se nastav´ı na true, pokud je plánován´ı u ´spˇeˇsné. • time se nastav´ı na hodnotu, na kterou je událost naplánována • launch se nastav´ı na hodnotu parametru l Metoda reactivate slouˇz´ı k pl´ anov´ an´ı potlaˇcen´ ych událost´ı. Má stejné parametry jako metoda activate. Pokud je zavol´ ana na pasivn´ı nebo aktivn´ı událost, volá metodu activate. Je-li zavol´ ana na potlaˇcenou ud´ alost, tak ji nejprve odebere ze seznamu událost´ı a nastav´ı jej´ı parametr scheduled na hodnotu false. T´ım ji uˇcin´ı pasivn´ı. Posléze na tuto událost volá metodu activate. 4.1.4.2


Tyto metody umoˇzn ˇuj´ı z´ısk´ avat vlastnosti jednotliv´ ych událost´ı. Jsou to tyto metody: get time vrac´ı simulaˇcn´ı ˇcas, na kter´ y byla událost naplánovaná. get id vrac´ı jednoznaˇcnou identifikaci události. idle vrac´ı true, pokud je ud´ alost pasivn´ı. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı false. (Událost je pasivn´ı pokud nen´ı potlaˇcen´ a ani aktivn´ı, tzn. kdyˇz datová poloˇzka scheduled obsahuje false a metoda current ukazuje na jinou událost.) 4.1.4.3

Pomocn´ e funkce

currrent tato funkce vrac´ı ukazatel na posledn´ı spuˇstˇenou událost(volá metodu tˇr´ıdy list get current). Poloˇzka current seznamu událost´ı se aktualizuje vˇzdy pˇri spouˇstˇen´ı aktivn´ı události. V systému m˚ uˇze m´ıt ˇr´ızen´ı pouze aktivn´ı událost, proto je-li zavolána funkce current, posledn´ı spuˇstˇen´ a ud´ alost mus´ı b´ yt aktivn´ı. real time funkce vrac´ı okamˇzitou hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu(volá metodu get time tˇr´ıdy list). set destruct funkce zaˇrad´ı ukazatel na objekt do fronty qeque(v´ yˇse popsaná statická datov´ a poloˇzka tˇr´ıdy event). 4.1.5

Implementace obsluˇ zn´ eho rozhran´ı

Obsluˇzné rozhran´ı seznamu ud´ alost´ı je vyuˇz´ıváno jádrem simulaˇcn´ıho systému. Metody rozhran´ı umoˇzn ˇuj´ı zjistit stav, v jakém se seznam událost´ı nacház´ı, dále odebrán´ı události ze seznamu a jej´ı následné spuˇstˇen´ı. is event pokud je pro aktu´ aln´ı hodnotu modelového ˇcasu naplánovaná nˇejaká událost, metoda vrac´ı hodnotu true, v opaˇcném pˇr´ıpadˇe vrac´ı false. is empty vrac´ı true v pˇr´ıpadˇe, ˇze simulaˇcn´ı ˇcas dosáhnul hodnoty max time(nejzaˇsˇs´ı ˇcas na kter´ y byla napl´ anov´ ana nˇejak´ a událost) a nen´ı jiˇz naplánována ˇzádná událost. Pokud je hodnota simulaˇcn´ıho ˇcasu niˇzˇs´ı neˇz max time, metoda vrac´ı false. get event tato metoda odebere událost ze seznamu událost´ı a nastav´ı poloˇzku scheduled na false, to znamen´ a ˇze uˇcin´ı ud´ alost pasivn´ı. Metoda vrac´ı ukazatel na odebranou událost.

16


launch event metoda zp˚ usob´ı spuˇstˇen´ı události, na kterou je zavolána(volá metodu, na kterou ukazuje ukazatel launch). is terminate metoda vrac´ı true, pokud je volána nad událost´ı terminate, tedy pokud ukazatel launch dané ud´ alosti ukazuje na metodu terminate. inc time metoda zp˚ usob´ı zv´ yˇsen´ı simulaˇcn´ıho ˇcasu o 1. destruct metoda postupnˇe uvoln´ı vˇsechny objekty zaˇrazené ve frontˇe qeque.

4.2

J´ adro syst´ emu

Jádro systému je definov´ ano ve funkci main v souboru start.cpp. Pˇri spuˇstˇen´ı simulace jádro nejprve vytvoˇr´ı instanci tˇr´ıdy simulation. Tato instance se pomoc´ı pˇr´ıkazu Activate s parametrem run napl´ anuje do seznamu ud´ alost´ı pro ˇcas 0. Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı naplánován´ı poˇcáteˇcn´ı události run. Poté se spouˇst´ı hlavn´ı cyklus jádra. Ten vˇzdy odebere událost, která je na ˇradˇe a spust´ı ji. Pokud pro okamˇzitou hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu jiˇz nen´ı ˇzádná událost, simulaˇcn´ı ˇcas se inkrementuje o 1. Cyklus se ukonˇc´ı v pˇr´ıpadˇe, ˇze skonˇcila událost terminate, která explicitnˇe urˇcuje konec simulace, nebo pokud jiˇz nejsou naplánovány ˇzádné události(metoda is empty vrac´ı hodnotu true). N´ asleduje vol´ an´ı metody destruct, která uvoln´ı pˇr´ıpadné alokované události a uvolnˇen´ı události run. Zde je popsan´ y zdrojov´ y kód jádra: event *first, *e; bool term_sim=false; first=new simulation; first->Activate(simulation::run);

//naplanuj pocatecni udalost

while(!event::is_empty() && !term_sim){ //hlavni cyklus simulace while(event::is_event()) //spusteni udalosti naplanovanych pro tento cas { e=event::get_event(); //odeber udalost ze seznamu e->launch_event(); // a spust ji if(e->is_terminate()){term_sim=true; break;} //byla li to udalost terminate->ko } event::inc_time(); //zvys servisni cas o 1 } event::destruct(); delete first;

//uvolni alokovane udalosti

´ Í KAPITOLA 5. TESTOVAN

17

5 Testov´ an´ı Pro ovˇeˇren´ı funkˇcnosti implementovaného simulaˇcn´ıho systému jsem se rozhodl vytvoˇrit dvˇe simulace. Prvn´ı simulace pˇredstavuje typick´ y systém hromadné obsluhy – simulace vyt´ıˇzenosti obvodn´ıch lékaˇr˚ u. Druh´ a simulace modeluje jednoduch´ y logick´ y obvod sestaven´ y ze tˇr´ı hradel.

5.1

Simulace vyt´ıˇ zenosti l´ ekaˇ r˚ u

Typick´ ym problémem ˇceského zdravotnictv´ı je nedostatek lékaˇr˚ u. Následuj´ıc´ı simulace nastiˇ nuje situaci, kter´ a vznik´ a v ˇcek´ arnˇe obvodn´ıho lékaˇre. Máme lékaˇrské zaˇr´ızen´ı, ve kterém si zaˇr´ıdili ordinace tˇri obvodn´ı lékaˇri. Pacienti jsou pˇrihláˇseni vˇzdy k nˇekterému z lékaˇr˚ u. Pacient m˚ uˇze onemocnˇet r˚ uzn´ ymi nemocemi, pˇriˇcemˇz oˇsetˇren´ı závaˇzné nemoci trv´ a déle neˇz bˇeˇzné oˇsetˇren´ı. Kaˇzd´ y lékaˇr má svoji vlastn´ı ˇcekárnu. Budu pˇredpokl´ adat pˇr´ıchod nového pacienta do nˇekteré z ˇcekáren nejpozdˇeji do 10 min. od pˇr´ıchodu posledn´ıho nemocného, pˇriˇcemˇz pˇr´ısluˇsnost k lékaˇri a druh onemocnˇen´ı bude zvolen náhodnˇe. Dále budu pˇredpokl´ adat, ˇze lékaˇri pˇrij´ımaj´ı nového pacienta ihned po propuˇstˇen´ı oˇsetˇreného. Pacienti budou do ˇcek´ arny chodit aˇz do ˇcasu urˇceného konstantou konec simulace, kter´ a pˇredstavuje konec ordinaˇcn´ıch hodin lékaˇre. Ukonˇcen´ı simulace ale nastane aˇz lékaˇri obslouˇz´ı vˇsechny pacienty, které maj´ı v ˇcek´ arnˇe. 5.1.1

Realizace modelu

V modelu doch´ az´ı ke tˇrem r˚ uzn´ ym událostem: • pˇr´ıchod pacienta do ˇcek´ arny • pˇrijet´ı pacienta lékaˇrem • propuˇstˇen´ı oˇsetˇreného pacienta Tyto události pop´ıˇsi ve tˇr´ıdˇe pacienti, která dˇed´ı vlastnosti tˇr´ıdy event. Ve tˇr´ıdˇe simulation, která téˇz dˇed´ı tˇr´ıdu event, budu definovat speciáln´ı událost run – zaˇcátek simulace a terminate – konec simulace. Pro deklaraci poˇzadavku pouˇziji tˇr´ıdu pacient a kanál obsluhy bude pops´ an ve tˇr´ıdˇe lékaˇr. Pro v´ ystup informac´ı o obsazenosti lékaˇr˚ u nap´ıˇsi tˇr´ıdu obsazenost. 5.1.1.1

Implementace datov´ ych struktur

Druhy nemoc´ı implementuji v´ yˇctov´ ym typem enum. Budu uvaˇzovat tyto nemoci: • nachlazen´ı (5) • ang´ına (10) • chˇripka (10) • zápal plic (15) • ˇzloutenka (20) • mal´ arie (30) V závorce uv´ ad´ım pˇredpokl´ adanou dobu oˇsetˇren´ı v minutách.


18

Poˇ zadavek je v naˇsem modelu pacient. Je popsán tˇr´ıdou pacient a obsahuje datové poloˇzky: id identifikace pacienta. id lekare poloˇzka urˇcuje, ke kterému lékaˇri je pacient pˇrihláˇsen. nemoc poloˇzka urˇcuje, jakou nemoc´ı pacient trp´ı. Je definov´ an konstruktor, kter´ y inicializuje datové poloˇzky a metoda vypis, která vyp´ıˇse id pacienta a druh nemoci. Pacienti budou bˇehem simulace ˇrazeni do fronty pacient˚ u. Fronta pacient˚ u bude vytvoˇrena pro kaˇzdého lékaˇre jedna a z d˚ uvodu snadného pˇr´ıstupu budou uloˇzeny v jedné globáln´ı promˇené typu pole. Indexem do pole bude id lékaˇre. Kan´ al obsluhy je v naˇsem modelu lékaˇr. Je popsán tˇr´ıdou lékaˇr. M˚ uˇze se nacházet ve stavu obsazen, voln´ y nebo ukonˇcen. Je-li lékaˇr voln´ y, ˇceká aˇz mu pˇrijde jeho pacient. Je-li obsazen, tak pr´ avˇe oˇsetˇruje pacienta. Do stavu ukonˇcen se lékaˇr pˇrepne tehdy, pokud simulaˇcn´ı ˇcas je vˇetˇs´ı neˇz konstanta konec simulace a jeho ˇcekárna je prázdná. Tˇr´ıda lékaˇr obsahuje datové poloˇzky: id identifikace lékaˇre y poˇcet oˇsetˇren´ ych pacient˚ u od zaˇcátku simulace. poc osetrenych celkov´ vysetruje logick´ a promˇen´ a1 , ˇr´ık´ a zda lékaˇr právˇe oˇsetˇruje nebo ˇceká na dalˇs´ıho pacienta(m´ a pr´ azdnou ˇcek´ arnu). konec logick´ a promˇen´ a, je li true, znamená ˇze lékaˇr uˇz pˇrestal ordinovat(skonˇcila mu pracovn´ı doba a nem´ a v ˇcek´ arnˇe jiˇz ˇzádného pacienta). zacal vysetrovat v pˇr´ıpadˇe ˇze lékaˇr právˇe oˇsetˇruje pacienta, promˇená udává zaˇcátek oˇsetˇren´ı. doba osetreni v pˇr´ıpadˇe ˇze lékaˇr právˇe oˇsetˇruje pacienta, promˇená ˇr´ıká jak dlouho bude oˇsetˇren´ı trvat. obet ukazatel na pacienta, kterého lékaˇr oˇsetˇruje. Metody pro pr´ aci s kan´ alem obsluhy jsou: Metoda vysetri pacienta pˇrepne kanál obsluhy do stavu obsazen. Parametry metody jsou ukazatel na pacienta, simulaˇcn´ı ˇcas zaˇcátku oˇsetˇren´ı a doba trván´ı oˇsetˇren´ı. Poloˇzku vysetruje metoda nastav´ı na true, ostatn´ı poloˇzky jsou nastaveny zkop´ırov´ an´ım parametr˚ u metody. Metoda propust pacienta vyp´ıˇse u ´daje o pacientovi a dobˇe oˇsetˇren´ı, zap´ıˇse záznam o pracovn´ım u ´konu do instance tˇr´ıdy obsazenost, uvoln´ı pacienta, inkrementuje poˇcet oˇsetˇren´ ych pacient˚ u a pˇrepne lékaˇre do stavu voln´ y. Metoda skonci pˇrepne lékaˇre do stavu ukonˇcen. Dále jsou k dispozici metody slouˇz´ıc´ı k z´ıskán´ı informac´ı o kanálu obsluhy. Jsou to: get pocet – vrac´ı poˇcet obslouˇzen´ ych pacient˚ u. vysetruje pacienta – vrac´ı true, pokud je kanál obsluhy ve stavu obsazen. skoncil – vrac´ı true, pokud je kan´ al obsluhy ve stavu ukoncen. konec osetreni – vrac´ı true, pokud má lékaˇr ukonˇcit oˇsetˇren´ı pacienta, tedy kdyˇz zaˇcátek oˇsetˇren´ı + doba oˇsetˇren´ı odpov´ıdaj´ı aktuáln´ı hodnotˇe simulaˇcn´ıho ˇcasu. 1

Promˇen´ a typu bool, obsahuje hodnotu true nebo false.


19

V simulaci budou vytvoˇreny tˇri instance tˇr´ıdy lékaˇr, které budou m´ıt id 0 – 2. Budou alokov´ any v glob´ aln´ı promˇené lékaˇri, která je typu pole. Indexem do pole bude id lékaˇre. V´ ystup informac´ı podporuje tˇr´ıda obsazenost. Tˇr´ıda obsahu je dvˇe fronty záznam˚ u: fronta zamestnan obsahuje záznamy, kdy byl lékaˇr obsazen. fronta volny obsahuje z´ aznamy kdy lékaˇr nepracoval, neboli ˇcekal na pacienta. Tˇr´ıda d´ ale obsahuje promˇené zacatek a konec, které udávaj´ı, v jakém simulaˇcn´ım ˇcase lékaˇr naposledy zaˇcal pracovat bez pˇreruˇsen´ı a kdy skonˇcil. Metody pro práci se záznamy jsou: Metoda obsazen slouˇz´ı k zapsán´ı pracovn´ıho u ´konu lékaˇre, tedy kdy lékaˇr vyˇsetˇroval pacienta. Metoda m´ a parametry zaˇcátek a konec pracovn´ıho u ´konu. Pomoc´ı tˇr´ıdn´ıch datov´ ych poloˇzek zaˇc´ atek a konec metoda zjist´ı, zda nov´ y pracovn´ı u ´kon prodluˇzuje pˇredch´ azej´ıc´ı pr´ aci, a v tom pˇr´ıpadˇe aktualizuje posledn´ı záznam ve frontˇe obsazen. Druh´ a moˇznost je, ˇze lékaˇr pˇred zapoˇcet´ım pracovn´ıho u ´konu urˇcitou dobu nebyl obsazen – ˇcekal na nového pacienta. Tehdy metoda pˇridá nové záznamy jak do tˇr´ıdy volny, tak i do tˇr´ıdy obsazen. V obou pˇr´ıpadech se aktualizuj´ı datové poloˇzky zaˇc´ atek a konec. Metoda vypis slouˇz´ı k vypsán´ı záznam˚ u o obsazenosti lékaˇre. Metoda nejprve vyp´ıˇse frontu zamestnan, kter´ a obsahuje záznamy, v jak´ ych ˇcasov´ ych intervalech lékaˇr pracoval nepˇretrˇzitˇe. Poté metoda vyp´ıˇse frontu volny, která naopak obsahuje záznamy, v jak´ ych ˇcasov´ ych u ´sec´ıch lékaˇr nepracoval. Na závˇer metoda vyp´ıˇse celkov´ y souˇcet, tedy kolik minut lékaˇr pracoval a jak dlouho odpoˇc´ıval. 5.1.1.2

Implementace ud´ alost´ı

Pˇ r´ıchod pacienta do ˇ cek´ arny Tato událost se provede tehdy, kdyˇz je modelov´ y ˇcas menˇs´ı neˇz konstanta konec simulace. Nejprve se vygeneruj´ı parametry nového pacienta – náhodnˇe urˇc´ım jednoho ze tˇr´ı lékaˇr˚ u, kter´ y mu bude pˇridˇelen a jednu ze ˇsesti nemoc´ı. Poté alokuji nového pacienta s vygenerovan´ ymi parametry. Nového pacienta pˇridám do ˇcek´ arny pˇr´ısluˇsného lékaˇre. Nakonec n´ ahodnˇe vygeneruji dobu 0 aˇz 10 minut a naplánuji pˇr´ıchod nového pacienta za tuto dobu (pˇr´ıkaz ActivateDelay). Pˇ rijet´ı pacienta l´ ekaˇ rem – pomoc´ı cyklu for nejprve najdu prvn´ıho lékaˇre, kter´ y je voln´ y. Pokud m´ a lékaˇr pr´ azdnou ˇcek´ arnu a simulaˇcn´ı ˇcas je menˇs´ı neˇz konstanta konec simulace, napl´ anuji pˇrijet´ı pacienta za náhodnˇe vygenerovanou dobu 5 – 10 minut. V opaˇcném pˇr´ıpadˇe z ˇcek´ arny odeberu pacienta, kter´ y je právˇe na ˇradˇe. Dobu oˇsetˇren´ı urˇc´ım z pˇredpokl´ adané doby oˇsetˇren´ı, která je definována druhem nemoci kterou pacient trp´ı. K této dobˇe pˇriˇc´ıt´ am n´ ahodnˇe generovan´ y ˇcas v intervalu (-2 ; 2) minut, protoˇze kaˇzdé oˇsetˇren´ı je individu´ aln´ı a trv´ a r˚ uznˇe dlouho. Nakonec nastav´ım lékaˇre do stavu obsazen a pomoc´ı pˇr´ıkazu ActivateDelay naplánuji propuˇstˇen´ı pacienta. V pˇr´ıpadˇe, ˇze lékaˇr mˇel pr´ azdnou ˇcekárnu a simulaˇcn´ı ˇcas byl vˇetˇs´ı neˇz konstanta koa nec simulace, tak se lékaˇr pˇrepne do stavu ukonˇcen a dekrementuje se globáln´ı promˇen´ poˇcet lékaˇr˚ u. Pokud se jednalo o posledn´ıho pracuj´ıc´ıho lékaˇre, naplánuje se událost terminate. Zdrojov´ y k´ od ud´ alosti pˇrijet´ı pacienta lékaˇrem: for(int i=0; i<3; i++) //najdi volneho lekare if(!lekari[i]->vysetruje_pacienta()){ //lekar je volny


20

if(!cekarna[i]->is_empty()){ //cekarna neni prazdna pacient *pac=cekarna[i]->rem(); //odeber pacienta z cekarny int osetreni=doba_osetreni(pac);//urci dobu osetreni //osetri noveho pacienta lekari[i]->vysetri_pacienta(pac, get_time(), osetreni); //naplanuj propusteni pacienta this->ActivateDelay(osetreni, pacienti::propusteni_pac); return; //konec udalosti } else if(get_time()ActivateDelay(kontrola_cekarny, pacienti::prijem_pac); return; //konec udalosti } else //konec simulace {if(!lekari[i]->skoncil()) //ukonci lekare {pocet_lekaru--; lekari[i]->skonci(); if(pocet_lekaru)return; } if(!pocet_lekaru){ //posledni lekar naplanuje konec simulation *s=new simulation; s->Activate(simulation::terminate); set_destruct(s); return; } } } Propuˇ stˇ en´ı pacienta – pomoc´ı cyklu for nejprve najdu prvn´ıho lékaˇre, kter´ y je obsazen´ ya ’ právˇe má konˇcit oˇsetˇren´ı. Na lékaˇre zavolám metodu propust pacienta, která zp˚ usob´ı ˇze se lékaˇr pˇrepne do stavu voln´ y. Nakonec naplánuji pˇrijet´ı nového pacienta na okamˇzitou hodnotu modelového ˇcasu. Ud´ alost run tato ud´ alost se spust´ı na zaˇcátku simulace jako prvn´ı. Nejprve inicializuje datové struktury. Alokuje kan´ aly obsluhy, fronty poˇzadavk˚ u a seznamy záznam˚ u o obsazenosti. Glob´ aln´ı promˇenou poˇcet lékaˇr˚ u nastav´ı na hodnotu 3. Poté naplánuje událost pˇr´ıchod pacienta na okamˇzitou hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu. Událost pˇr´ıjem pacienta plánuje se spoˇzdˇen´ım 10 oproti okamˇzité hodnotˇe modelového ˇcasu. Tato událost je naplánová tˇrikrát, pro kaˇzd´ y kan´ al obsluhy jednou. Vˇsechny naplánované události jsou zapsány metodou set destruct do fronty alokovan´ ych objekt˚ u. Po skonˇcen´ı simulace budou události uvolnˇeny. Zdrojov´ y k´ od ud´ alosti run: for(int i=0; i<3; i++){ //inicializace dat.struktur lekari[i]=new lekar(i); cekarna[i]=new head<pacient>; zaznamy[i]=new obsazenost; } pocet_lekaru=3;


21

pacienti *p=new pacienti; //naplanovani udalosti p->Activate(pacienti::prichod_pac); set_destruct(p); for(int i=0; i<3; i++){ p=new pacienti; p->ActivateDelay(10, pacienti::prijem_pac); set_destruct(p);} Ud´ alost terminate tato ud´ alost se spust´ı jako posledn´ı. Vyp´ıˇse informace o lékaˇr´ıch – seznamy obsazenosti, které obsahuj´ı informace v jakém ˇcase lékaˇri oˇsetˇrovali a kdy ˇcekali na pacienty a informace o poˇctu oˇsetˇren´ ych pacient˚ u. Událost uvoln´ı alokované kan´ aly obsluhy, fronty poˇzadavk˚ u a seznamy záznam˚ u. 5.1.2

Testov´ an´ı modelu

Pro otestov´ an´ı vytvoˇreného modelu jsem zvolil ˇskoln´ı server solaris1. Zdrojov´ y kód jsem kompiloval pomoc´ı pˇrekladaˇce g++ s argumenty ansi, Wall, pedantic2 . Testoval jsem správnost v´ ystupu a sloˇzitost programu. Pro zjiˇstˇen´ı sloˇzitosti jsem pouˇzil utilitu time, která pˇresnˇe mˇeˇr´ı dobu prov´ adˇen´ı programu, tedy bez reˇzie systému. Mˇeˇren´ı jsem provádˇel pro dobu simulace urˇcenou konstantou max time v rozmez´ı 1000 – 100000. Namˇeˇrené hodnoty jsem zpracoval do grafu pomoc´ı n´ astroje pro tvorbu graf˚ u na ˇskoln´ım serveru herodes. Tento nástroj mi také urˇcil sloˇzitost modelu. Zjiˇstˇen´ a sloˇzitost: f (n) = 3, 28 ∗ 10−7 x2 + 0, 01x

5000

Slozitost simulace

4500 4000

user time (ms)

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0

10000

20000

30000

40000

50000 60000 max time

70000

80000

90000

100000

Obr´ azek 5.1: Graf sloˇzitosti modelu 2

Zadané argumenty zp˚ usob´ı pˇreklad podle normy ansi s kompletn´ım zobrazen´ım varovn´ ych hl´ aˇsen´ı.


22

Zjiˇstˇená sloˇzitost m´ a kvadratick´ y ˇclen. To je zp˚ usobeno t´ım, ˇze seznam událost´ı je spojov´ ym seznamem pol´ı. Poˇcet element˚ u spojového seznamu, pˇres které mus´ı operátor indexován´ı iterovat, aby nalezl hledanou ud´ alost, z´ avis´ı na hodnotˇe simulaˇcn´ıho ˇcasu, na kterou byla událost naplánována. Se zvˇetˇsuj´ıc´ı se hodnotou maximáln´ıho simulaˇcn´ıho ˇcasu pouˇzitého v simulaci se tedy zvˇetˇsuje n´ aroˇcnost nalezen´ı ud´ alosti. Tento fakt zp˚ usobil, ˇze sloˇzitost simulace závis´ı kvadraticky na maxim´ aln´ı hodnotˇe simulaˇcn´ıho ˇcasu. Velikost kvadratického ˇclenu sloˇzitosti u simulac´ı s velikou hodnotou maxim´ aln´ıho simulaˇcn´ıho ˇcasu lze omezit prodlouˇzen´ım elementu spojového seznamu (konstanta item length v souboru simulation.cpp). Ukázka v´ ystupu pro délku max time = 100:

Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient Pacient

c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c: c:

0 s nemoci: chripka byl lekarem c: 0 prijat v: 10 a propusten v: 19 1 s nemoci: angina byl lekarem c: 1 prijat v: 10 a propusten v: 20 3 s nemoci: zapal_plic byl lekarem c: 1 prijat v: 20 a propusten v: 37 2 s nemoci: zloutenka byl lekarem c: 0 prijat v: 19 a propusten v: 40 7 s nemoci: zapal_plic byl lekarem c: 1 prijat v: 37 a propusten v: 53 6 s nemoci: zloutenka byl lekarem c: 2 prijat v: 34 a propusten v: 54 4 s nemoci: zloutenka byl lekarem c: 0 prijat v: 40 a propusten v: 58 8 s nemoci: angina byl lekarem c: 1 prijat v: 53 a propusten v: 62 10 s nemoci: angina byl lekarem c: 2 prijat v: 54 a propusten v: 64 5 s nemoci: chripka byl lekarem c: 0 prijat v: 58 a propusten v: 69 9 s nemoci: chripka byl lekarem c: 1 prijat v: 62 a propusten v: 71 15 s nemoci: chripka byl lekarem c: 0 prijat v: 83 a propusten v: 91 14 s nemoci: angina byl lekarem c: 2 prijat v: 84 a propusten v: 92 11 s nemoci: angina byl lekarem c: 1 prijat v: 84 a propusten v: 94 12 s nemoci: nachlazeni byl lekarem c: 1 prijat v: 94 a propusten v: 98 16 s nemoci: angina byl lekarem c: 0 prijat v: 91 a propusten v: 100 13 s nemoci: chripka byl lekarem c: 1 prijat v: 98 a propusten v: 109 17 s nemoci: angina byl lekarem c: 0 prijat v: 100 a propusten v: 112

lekar c: 0 obsazeny: 10-69, 83-112, volny: 0-10, 69-83, celkem odpracoval: 88, odpocival: 24, osetril: 7 pacientu. lekar c: 1 obsazeny: 10-71, 84-109, volny: 0-10, 71-84, celkem odpracoval: 86, odpocival: 23, osetril: 8 pacientu. lekar c: 2 obsazeny: 34-64, 84-92, volny: 0-34, 64-84, celkem odpracoval: 38, odpocival: 54, osetril: 3 pacientu.


5.2

23

ˇ ıslicov´ C´ y obvod na u ´ rovni hradel

Budu modelovat jednoduch´ y ˇc´ıslicov´ y obvod podle obrázku 5.2. Obvod obsahuje hradlo A typu NAND a hradlo B typu OR. Vstupy oznaˇc´ım i1, i2, i3 a v´ ystupy u, v. Budu uvaˇzovat pr˚ ubˇehy vstupn´ıch sign´ al˚ u zobrazené na obr´ azku 5.3. Pˇrepokládám spoˇzdˇen´ı hradla A 1ms a spoˇzdˇen´ı hradla B 2ms.

Obr´ azek 5.2: Schema ˇc´ıslicového obvodu

5.2.1

Realizace modelu

Jednotlivé sekvence vstupn´ıch signál˚ u pop´ıˇsi pomoc´ı samostatn´ ych tˇr´ıd signal i1, signal i2, u. Chov´ an´ı signal i3. Tyto tˇr´ıdy budou obsahovat události, popisuj´ıc´ı zmˇeny vstupn´ıch signál˚ logick´ ych ˇclen˚ u pop´ıˇsi pomoc´ı ud´ alost´ı vstupn´ı a v´ ystupn´ı aktivita, které definuji ve tˇr´ıd´ ach: nand in, nand out, or in, or out. Okamˇzité hodnoty vstupn´ıch signál˚ u i1, i2, i3 a v´ ystupn´ıch signál˚ u u, v budou uloˇzeny v glob´ aln´ıch promˇen´ ych. Události simuluj´ıc´ı chován´ı logick´ ych ˇclen˚ u budou aktivov´ any podle potˇreby, proto deklaruji globáln´ı ukazatele na tyto události: A in, A out, B in, B out. 5.2.1.1

Implementace vstupn´ıch sign´ al˚ u

Pr˚ ubˇehy vstupn´ıch sign´ al˚ u i1, i2, i3 pop´ıˇsi pomoc´ı tˇr´ıd signal i1, signal i2, signal i3. Kaˇzd´ a zmˇena sign´ alu z 0 na 1 nebo obr´ acenˇe v daném modelovém ˇcase bude popsána jednou událost´ı. Poˇcáteˇcn´ı ud´ alosti budou napl´ anov´ any na zaˇcátku simulace událost´ı run. Poté vˇzdy, kdyˇz se aktivuje ud´ alost a zmˇen´ı hodnotu vstupn´ıho signálu, tak naplánuje také vstupn´ı aktivitu logického ˇclenu, kterého ovlivnila a n´ asleduj´ıc´ı zmˇenu vstupn´ıho signálu (následuj´ıc´ı událost). Události které mˇen´ı vstupn´ı sign´ aly budu znaˇcit slovem cycle a poˇradov´ ym ˇc´ıslem, napˇr cycle 1.


24

Obr´ azek 5.3: Pr˚ ubˇehy vstupn´ıch signál˚ u

Prvn´ı událost sign´ alu i1 nastav´ı u ´roveˇ n signálu na logickou 0, vytiskne okamˇzité hodnoty signál˚ u, aktivuje vstupn´ı aktivitu hradla A a naplánuje dalˇs´ı zmˇenu signálu, tedy událost cycle 2 na hodnotu modelového ˇcasu 10. Zdrojov´ y kód události:

void signal_i1::cycle_1() { i1=false; print(get_time()); A_in->Activate(nand_in::change_in); ActivateAt(10, signal_i1::cycle_2); }

Ostatn´ı události popisuj´ıc´ı zmˇeny vstupn´ıch signál˚ u jsou napsány analogicky.

´ Í KAPITOLA 5. TESTOVAN 5.2.1.2

25

Implementace logick´ ych ˇ clen˚ u

Vstupn´ı aktivitu hradla A typu NAND popisuji ve tˇr´ıdˇe nand in. Tˇr´ıda obsahuje datovou poloˇzku state, kter´ a obsahuje hodnotu, která je na v´ ystupu logického ˇclenu, nebo tam za urˇcitou dobu, danou spoˇzdˇen´ım logického ˇclenu, bude. Dále je implementován konstruktor, kter´ y nastav´ı promˇenou state na poˇcáteˇcn´ı hodnotu logická 0 a informaˇcn´ı metoda get, kter´ a vrac´ı hodnotu promˇené state. Je-li aktivov´ ana ud´ alost change in, tak se nejprve spoˇcte okamˇzitá hodnota logické funkce nand(i1,i2). Pokud nov´ y stav souhlas´ı s promˇenou state, tak nen´ı potˇreba mˇenit hodnotu v´ ystupn´ıho sign´ alu u a ud´ alost se ukonˇc´ı (stane se pasivn´ı). V opaˇcném pˇr´ıpadˇe se state zmˇen´ı na novou hodnotu. Tehdy mohou nastat dva pˇr´ıpady: • Ud´ alost change out je potlaˇcená, to znamená ˇze logick´ y ˇclen mˇel naplánovanou zmˇenu v´ ystupn´ıho sign´ alu u na p˚ uvodn´ı hodnou promˇené state. Protoˇze se ale nyn´ı promˇen´ a state zmˇenila na opaˇcnou hodnotu, tak jiˇz nen´ı d˚ uvod mˇenit v´ ystup u a proto ud´ alost zruˇs´ı napl´ anovanou událost change out pomoc´ı metody cancel. • Ud´ alost change out je pasivn´ı(neboli idle = true). To znamená ˇze je tˇreba zmˇenit hodnotu v´ ystupn´ıho signálu u za dobu danou spoˇzdˇen´ım hradla A, napˇr. pomoc´ı pˇr´ıkazu ActivateDelay. Zdrojov´ y k´ od ud´ alosti change in: void nand_in::change_in() {bool new_state= !(i1 && i2); if(new_state==state)return; //zadna zmena else {state=new_state; if(A_out->idle()) //pokud nepreklapi, naplanuj preklopeni A_out->ActivateDelay(delay_a, nand_out::change_out); else cancel(A_out);} //v opacnem pripade stornuj preklopeni } V´ ystupn´ı aktivitu hradla A popisuji ve tˇr´ıdˇe nand out. Tˇr´ıda obsahuje událost change out. Je-li aktivov´ ana tato ud´ alost, tak se v´ ystupn´ı signál u nastav´ı na hodnotu poloˇzky state ve tˇr´ıdˇe nand in a vytisknou se okamˇzité hodnoty vˇsech signál˚ u. Protoˇze ale v´ ystupn´ı sign´ al u je z´ aroveˇ n vstupn´ı sign´ al pro hradlo B, aktivuje se také událost change in hradla B. Zdrojov´ y k´ od ud´ alosti change out: void nand_out::change_out() {u=A_in->get(); print(get_time()); //vytiskni zmenu stavu B_in->Activate(or_in::change_in); //aktivuj nasledujici hradlo } Vstupn´ı a v´ ystupn´ı ud´ alost hradla B jsou napsány analogicky s t´ım rozd´ılem, ˇze aktivita change in pouˇz´ıv´ a logickou funkci or. 5.2.1.3

Implementace speci´ aln´ıch ud´ alost´ı run a terminate

Ud´ alost run alokuje vstupn´ı a v´ ystupn´ı události hradel A a B a plánuje poˇcáteˇcn´ı události popisuj´ıc´ı chov´ an´ı vstupn´ıch signál˚ u. Dále plánuje událost terminate na simulaˇcn´ı ˇcas


26

70 – explicitn´ı ukonˇcen´ı simulace. Události popisuj´ıc´ı vstupn´ı signály a událost terminate zap´ıˇse metodou set destruct do fronty alokovan´ ych objekt˚ u. Nakonec vytiskne prvn´ı ˇrádek popisuj´ıc´ı v´ ystup u ´daj˚ u. Ud´ alost terminate vytiskne koneˇcn´ y stav vˇsech signál˚ u a uvoln´ı vstupn´ı a v´ ystupn´ı události hradel A, B. V´ ysledn´ y v´ ystup simulace: TIME 0 1 3 10 10 12 13 18 19 20 20 30 35 36 38 40 42 50 51 70

I1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

I2 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

I3 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1

U 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

V 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1

´ ER ˇ KAPITOLA 6. ZAV

27

6 Z´ avˇ er C´ılem pr´ ace bylo implementovat simulaˇcn´ı systém orientovan´ y na události. Pˇri návrhu uˇzivatelského rozhran´ı jsem vycházel ze vzorového procesovˇe orientovaného simulaˇcn´ıho systému SIMCP. Bylo tˇreba upravit p˚ uvodn´ı rozhran´ı pro pouˇzit´ı v systému orientovaném na ud´ alosti. D´ ale jsem navrhl nové efektivn´ı datové struktury. V´ ysledn´ y návrh jsem implementoval v jazyce C++. Bˇehem testován´ı jsem vytvoˇril a simuloval dva r˚ uzné modely reálného prostˇred´ı a tak ovˇeˇril funkˇcnost implementovaného simulaˇcn´ıho systému. Vzorov´ y systém byl z d˚ uvodu pouˇzit´ı funkc´ı windows ve tˇr´ıdˇe CThread omezen pouze na tento operaˇcn´ı systém. Naproti tomu je m˚ uj simulaˇcn´ı systém pˇreloˇziteln´ y na libovolném operaˇcn´ım systému. Simulaˇcn´ı systém se mi podaˇrilo implementovat u ´spˇeˇsnˇe a tak splnit i c´ıl práce.

28

´ ER ˇ KAPITOLA 6. ZAV

KAPITOLA 7. LITERATURA

29

7 Literatura [1] Simulaˇcn´ı systém simcp. obsaˇzen v sekci literatura na pˇriloˇzeném cd. ˇ e vysoké uˇcen´ı technické [2] doc. Ing. Jiˇr´ı Douˇsa CSc. Modelov´ an´ı na ˇc´ıslicových poˇc´ıtaˇc´ıch. Cesk´ v Praze, 3th edition, 1990. in Czech.

30

KAPITOLA 7. LITERATURA

ˇ ´ PR ˇ ÍRUCKA ˇ DODATEK A. UZIVATELSK A

31

A Uˇ zivatelsk´ a pˇ r´ıruˇ cka Simulaˇcn´ı systém je obsaˇzen v souborech simulation.h, simulation.cpp a start.cpp na pˇriloˇzeném cd v sekci src\simulacni system. Uˇzivatel definuje model v souborech uzivatel.h a uzivatel.cpp. Vzorová ˇsablona tˇechto soubor˚ u je téˇz v sekci src\simulacni system na pˇriloˇzeném cd.

A.1

Uˇ zivatelsk´ e rozhran´ı

Simulaˇcn´ı systém umoˇzn ˇuje pouˇzit´ı plánovac´ıch pˇr´ıkaz˚ u, informaˇcn´ıch metod a pomocn´ ych funkc´ı pro vytvoˇren´ı simulace. A.1.1


Activate(l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı napl´ anován´ı události na aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l ud´ av´ a, o kterou ud´ alost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::n´ azev metody. ActivatePrior(l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı naplánován´ı události na aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu. Prioritn´ı pl´ anov´ an´ı znamená, ˇze událost se naplánuje pˇred vˇsechny události, které jsou napl´ anované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l udává, o kterou událost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ActivateAt(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı naplánován´ı události na dobu time. Pokud bude zadan´ y ˇcas menˇs´ı, neˇz aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu, pˇr´ıkaz se projev´ı jako pˇr´ıkaz Activate. Parametr l ud´ av´ a, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::n´ azev metody. ActivateAtPrior(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı naplánován´ı události na dobu time. Prioritn´ı plánov´ an´ı znamen´ a, ˇze ud´ alost se naplánuje pˇred vˇsechny události, které jsou naplánované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Pokud bude ˇcas zadan´ y parametrem t, neˇz aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu, pˇr´ıkaz se projev´ı jako pˇr´ıkaz ActivatePrior. Parametr l ud´ av´ a, o kterou ud´ alost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ActivateDelay(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı naplánován´ı události na dobu time+delay. Time je aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu. Parametr l udává, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zad´ an ve tvaru n´ azev tˇr´ıdy::n´ azev metody. ActivateDelayPrior(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı naplánován´ı události na dobu time+delay. Time je aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu. Prioritn´ı plánován´ı znamená, ˇze událost se napl´ anuje pˇred vˇsechny ud´ alosti, které jsou naplánované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l ud´ av´ a, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru n´ azev tˇr´ıdy::n´ azev metody. ActivateBefore(e, l) Pˇr´ıkaz napl´ anuje událost pˇred referenˇcn´ı událost e. Parametr l ud´ av´ a, o kterou ud´ alost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ActivateAfter(e, l) Pˇr´ıkaz napl´ anuje událost za referenˇcn´ı událost e. Parametr l udáv´ a, o kterou ud´ alost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. Reactivate(l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı pˇreplánován´ı události na aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l ud´ av´ a, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::n´ azev metody.


32

ReactivatePrior(l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı pˇreplánován´ı události na aktuáln´ı hodnotu modelového ˇcasu. Prioritn´ı pl´ anov´ an´ı znamená, ˇze událost se naplánuje pˇred vˇsechny události, které jsou napl´ anované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l udává, o kterou událost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zad´ an ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ReactivateAt(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı pˇreplánován´ı události na dobu time. Pokud bude zadan´ y ˇcas menˇs´ı, neˇz aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu, pˇr´ıkaz se projev´ı jako pˇr´ıkaz Reactivate. Parametr l ud´ av´ a, o kterou ud´ alost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ReactivateAtPrior(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı pˇreplánován´ı události na dobu time. Prioritn´ı plánov´ an´ı znamen´ a, ˇze ud´ alost se naplánuje pˇred vˇsechny události, které jsou naplánované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Pokud bude ˇcas zadan´ y parametrem t, neˇz aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu, pˇr´ıkaz se projev´ı jako pˇr´ıkaz ReactivatePrior. Parametr l ud´ av´ a, o kterou ud´ alost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ReactivateDelay(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı pˇreplánován´ı události na dobu time+delay. Time je aktuáln´ı hodnota modelového ˇcasu. Parametr l udává, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru n´ azev tˇr´ıdy::n´ azev metody. ReactivateDelayPrior(t, l) Pˇr´ıkaz zp˚ usob´ı prioritn´ı pˇreplánován´ı události na dobu time+delay. Time je aktu´ aln´ı hodnota modelového ˇcasu. Prioritn´ı plánován´ı znamená, ˇze událost se naplánuje pˇred vˇsechny ud´ alosti, které jsou naplánované pro tuto hodnotu modelového ˇcasu. Parametr l ud´ av´ a, o kterou událost se jedná. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ReactivateBefore(e, l) Pˇr´ıkaz pˇrepl´ anuje událost pˇred referenˇcn´ı událost e. Parametr l udává, o kterou ud´ alost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. ReactivateAfter(e, l) Pˇr´ıkaz pˇrepl´ anuje událost za referenˇcn´ı událost e. Parametr l udává, o kterou ud´ alost se jedn´ a. Mus´ı b´ yt zadán ve tvaru název tˇr´ıdy::název metody. A.1.2


unsigned int get time()const Metoda vrac´ı hodnotu modelového ˇcasu, na kterou je událost naplánovan´ a. unsigned int get id()const Metoda vrac´ı identifikaci události. bool idle()const Metoda vrac´ı true, pokud je událost pasivn´ı. A.1.3

Pomocn´ e funkce

const event *current()const Funkce vrac´ı konstantn´ı ukazatel na aktivn´ı událost. static unsigned int real time() Funkce vrac´ı aktuáln´ı hodnotu simulaˇcn´ıho ˇcasu. void set destruct(event *obj) Funkce zaznamená událost obj do seznamu alokovan´ ych událost´ı. (Ud´ alost bude automaticky uvolnˇena po skonˇcen´ı simulace.)


A.2

33

Instalace

Simulaˇcn´ı systém lze pouˇz´ıt na libovolném poˇc´ıtaˇci, kter´ y obsahuje pˇrekladaˇc z jazyka C++, potˇrebn´ y v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon z´ avis´ı na nároˇcnosti uˇzivatelem vytvoˇrené simulace. Pro zprovoznˇen´ı zkop´ırujte obsah adresáˇre src\simulacni system do svého pracovn´ıho adres´ aˇre a editujte soubory uzivatel.cpp a uzivatel.h. Mus´ı b´ yt naˇctena knihovna simulaˇcn´ıho systému (direktiva preprocesoru #include ”simulation.h”). D´ ale mus´ı b´ yt definov´ ana poˇcáteˇcn´ı událost run. Vˇsechny tˇr´ıdy definuj´ıc´ı události mus´ı dˇedit tˇr´ıdu event, ale n´ azvy tˇechto tˇr´ıd a vlastn´ıch událost´ı mohou b´ yt libovolné. Nakonec soubory pˇreloˇzte pˇrekladaˇcem z jazyka C++. V´ ysledné zdrojové kódy lze pˇreloˇzit na libovolném operaˇcn´ım systému, napˇr´ıklad v solarisu nebo linuxu pomoc´ı pˇr´ıkazu: g++ simulation.cpp start.cpp uzivatel.cpp. Pro pouˇzit´ı ve v´ yvojovém prostˇred´ı vytvoˇrte nov´ y projekt a pˇridejte do nˇej soubory zkop´ırované do pracovn´ıho adres´ aˇre. Editujte soubory uzivatel.h a uzivatel.cpp a nakonec projekt spust’te pˇr´ıkazem v´ yvojového prostˇred´ı run.

34


ˇ ˇ EHO ´ DODATEK B. OBSAH PRILO ZEN CD

35

B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD ´ • index.html Uvodn´ ı soubor, obsahuje abstrakt, podrobn´ y obsah pˇriloˇzeného cd a uˇzivatelskou pˇr´ıruˇcku. • exe Adres´ aˇr, obsahuje spustitelné simulace. – windows – verze pro operaˇcn´ı systém windows – solaris – verze pro operaˇcn´ı systém solaris – linux – verze pro operaˇcn´ı systém linux • literatura Adres´ aˇr, obsahuje vzorov´ y simulaˇcn´ı systém SIMCP. • src Adres´ aˇr, obsahuje zdrojové kódy simulaˇcn´ıho systému a hotov´ ych model˚ u. – simulacni system – adresáˇr, obsahuje zdrojové soubory simulaˇcn´ıho systému: simulation.h, simulation.cpp, start.cpp a ˇsablonu pro uˇzivatelské simulace uzivatel.h a uzivatel.cpp. – modely – adres´ aˇr, obsahuje zdrojové soubory hotov´ ych simulac´ı. • text Adres´ aˇr, obsahuje text bakaláˇrské práce. – pdf – adres´ aˇr, obsahuje text bakaláˇrské práce ve formátu pdf. – tex – adres´ aˇr, obsahuje zdrojov´ y text bakaláˇrské práce ve formátu tex.

Fakulta elektrotechnická

Recommend Documents