锅炉仿真中并行死锁问题的研究

摘要

随着计算机技术的不断发展,为满足用户的不同需求,越来越多的软件在各行各业得到了广泛应用,尤其是仿真软件的发展应用;近年来,一些特定领域针对特定需求而开发的仿真软件在实际生产生活中充当了至关重要的角色,并且部分软件已经发展到了教育培训方向。工业锅炉运行的仿真软件,用来完成对人员的培训及考核工作,不仅可以节省人力物力资源,同时也避免了实际操作过程中的不安全因素。
　　 死锁是系统结构设计过程中的一种常见错误,虽然是不可避免的,但仍需要选择合适的方法尽可能多地排除它。我们希望在软件开发初期的设计阶段,就尽可能地发现错误和死锁,从而减少后期维护的成本,因此研究软件设计中的死锁检测方法就非常有必要。本文将对锅炉运行仿真软件的设计过程进行详细地分析,完成了从建模工具的选择到模型的建立,并深入研究了系统设计阶段的死锁检测算法,主要完成的内容和研究成果如下:
　　 (1)从需求分析入手,对整个过程进行建模。通过分析,根据软件的性质和各种建模分析方法的特点,选择了UML和Petri网这两种建模工具。利用UML的图形描述优势,自顶向下对系统进行建模,得到整个系统的结构和每个模块的活动图或状态图。
　　 (2)根据不同图形元素研究了UML到Petri网的转化规则,主要的图形元素包括并行、选择、合并和汇合,针对每一种情况将状态和转换、库所和变迁互相对应,得到转化规则;再利用规则将每个模块的UML模型转化为Petri网模型;Petri网建模完成后,利用Petri网严谨的数学定理和分析方法,分析了系统的静态结构和动态性质,从理论上证明了系统的可达性、有界安全性和活性。
　　 (3)整个系统包括六个流程,每个流程又包括复杂的环节,为了保证每个模块的顺利运行,不产生死锁、堵塞现象,论文采用了Petri网的可达树分析方法,重点研究锅炉仿真系统的并行死锁问题。针对系统的运行特点,对已有的可达树死锁检测算法进行改进,全面考虑导致死锁的因素,通过算法检测出的死锁因素包括:死锁标识、重复标识、死变迁和不可逆达标识;死锁标识可根据多个并发过程中是否存在交互来做相应地处理;重复标识可能导致循环死锁,通过检测是否含有临界状态来做相应地处理;对于不可逆达的可达标识,分析发射序列,在原Petri网上调整库所和变迁,从而预防死锁;死变迁需要根据其类型来做不同处理。