9、计算模型与并发建模：从数据流动到Petri网的全面解析

计算模型与并发建模：从数据流动到Petri网的全面解析

1. 数据流动模型与并发编程的兴起

在当今的计算领域，数据流动模型是一种重要的计算模式。它允许所有计算在输入数据可用时立即运行。例如，计算任务C1、C3和C4会分别在输入数据data1、data3和data4可用时并发执行，而C2和C6则分别等待C3和C1完成后才开始。最终，C13只有在C10、C8、C6、C7、C9、C11和C12分别产生data18、data12、data8、data13、data14、data16和data17后才能启动。

计算任务Ci（1 ≤ i ≤ 13）完成执行并将数据传递给等待任务所需的时间，取决于输入数据的大小，而这在事先是未知的。为了捕捉计算任务的动态特性，控制流模型除了传输数据外，还需要各个计算任务发送和接收消息。

目前，数据流动计算机系统相对较少，但在未来，有可能会将其添加到云计算基础设施中。此外，一些数据处理框架试图模仿数据流动执行模型来优化性能。

有趣的是，Petri网模型能够强大地表达控制流或数据流。在这种二分图中，一种称为“位置”的顶点模拟系统状态，而另一种称为“转换”的顶点模拟动作。从位置流出的令牌触发转换，并最终到达其他位置，表明系统状态发生了变化。令牌可以表示控制信息或数据。

过去几十年，并发编程主要在系统编程以及科学和工程领域的高性能计算中受到关注。大多数其他应用程序开发人员满足于顺序处理，并期望通过更快的时钟频率来提高计算能力。然而，由于多核处理器技术的颠覆性影响，并发编程如今已成为主流。多核处理器的开发是为了应对时钟速度的限制，同时满足对封装在小型节能计算设备中的计算能力的无限需求。编写和调试并发软件比开发顺序代码要困难得多，它