Заключение организации, где выполнялась работа (Математическое и программное обеспечение балансировки вычислительных заданий для распределенных вычислительных комплексов на основе прогнозных моделей)

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технологический университет» МИРЭА Физико-технологический институт Кафедра аппаратного, программного и математического обеспечения вычислительных систем о ЗАКЛЮЧЕНИЕ кафедры аппаратного, программного и математического обеспечения вычислительных систем Физико-технологического института Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский технологический университет» на диссертацию Алпатова Алексея Николаевича «Математическое ипрограммноеобеспечениебалансировкивычислительных заданий для распределенных вычислительных комплексов на основе прогнозных моделей», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05,13.11 — «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей» достаточно велика, что приведет к существенному снижению эффекгивности работы всего комплекса.

Для решения этой задачи используются различные политики балансировки нагрузки узлов РВК. В настоящее время имеется большое количество работ ~Хорошевский В. Г., Бершадскнй А.М., Хританков А.С., Грушин Д.А., 0,6гоап, К,ЯцЬга1а, АХ. Уотауа и т.д.), посвященнь|х исследованию различных методов балансировки нагрузки узлов РВК, реализующих принципы адаптивного динамического управления. К сожалению, большая часть современных публикаций, посвященных этой проблеме, демонстрирует ограниченность имеющихся подходов к балансировки нагрузки узлов. Так, большинство методов реагируют только на возникшую нагрузку, что часто приводит к дисбалансу вычислительной нагрузки всего комплекса.

В результате чего, остро встает вопрос создания методов балансировки вычислительной нагрузки„которые были бы лишены указанных недостатков. Задача исследования и разработки новых методов балансировки нагрузки в распределенных комплексах является актуальной научнотехнической задачей. Ее актуальность подтверждается также списком фундаментальных научных исследований академии наук на 2013-2020 годы. В диссертации предлагается метод балансировки заданий в распределенном вычислительном комплексе, основанный на предсказании ожидаемой внутренней загрузки узлов. Для этого в диссертации предложена динамическая модель внутренней загрузки и метод идентификации ее параметров.

Объект иссле овация: глобально распределенный вычислительный комплекс, с комплексом диспетчирования внешней загрузки узлов. П е мет после ования; методы балансировки загрузки узлов РВК, реализующие принцип прогностической стратегии балансировки вычислительной нагрузки.

Предмет исследования определен областью исследования №9 «Модели, методы, алгоритмы и программная инфраструктура для организации глобально распределенной обработки данных» паспорта специальности 05.13.11, а также перечнем решаемых в диссертационной работе задач. Щль раб~ы: р раб*тка иетдм, алори мо н их ~рагре~~~а» реализация для системы балансировки вычислительной нагрузки в РВК, на основе прогноза будущей внутренней загрузки. Достижение данной цели позволит улучшить адаптивность РВК к возникающей нагрузке и, в целом, повысить скорость работы комплекса. Для достижения поставленных целей, необходимо сформулировать и решить основные задачи диссертационного исследования: 1.

Провести анализ современных решений и публикаций, посвященных балансировке загрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах 1РВК), построенных по гридтехнологии, с целью выявления основных проблем их непользования. 2. Разработать математическую модель загрузки вычислительных узлов РВК, учитывающую свойства протекающих в них процессов и явлений, 3. Разработать метод прогнозирования внутренней загрузки узлов РВК с целью предотвращения срывов выполнения внешних заданий, 4. Разработать метод и алгоритм балансировки внешней загрузки узлов РВК с учетом их внутренней загрузки, а также разнородности компонентов, входящих в их состав. 5. Произвести компьютерное моделирование работы РВК с разработанным алгоритмом балансировки нагрузки для оценки его производительности при использовании в существующих распределенных комплексах.

предварительной экспертизой научных статей, опубликованных в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ. Личное частие авто а в пол чепци ез льтатов изложенных в Лимаатаана. Всо ро та~тат т, на ~осам то атосом на минт~, аолтнонм а лично. Научный руководитель Рощин А,В. осуществлял общую постановку задачи и руководство исследованием. Личный вклад диссертанта заключается в: проведении анализа публикаций, посвященных проблеме балансировки загрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах; выявлении преимуществ и пробелов в существующих промышленных и научных разработках и формирование научной новизны диссертационной работы; — разработке метода балансировки вычислительной нагрузки на основе динамической модели загрузки узла РВК; разработке методики прогнозирования вычислительной нагрузки на основе метода квазилинеаризации; — анализе существующих экспериментов по определению эффективности и производительности алгоритмов балансировки нагрузки н формирования на нх основе методики проведения эксперимента; — разработке программной системы балансировки нагрузки.

П актическая енность иссе та ин заключается в снижении вероятности срывов выполнения заданий узлами РВК, что с учетом большого количества узлов в таких комплексах может привести к существенному снижению среднего времени выполнения задания в целом.

Соответственно, основная практическая значимость определяется: 1. Разработанным адаптивным алгоритмом балансировки нагрузки в РВК, на основе прогноза будущих внутренних загрузок узлов, предварительной экспертизой научных статей, опубликованных в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личное частие авто а в пол чепци ез льтатов изложенных в Лимаатаана. Всо ро та~тат т, на ~осам то атосом на минт~, аолтнонм а лично. Научный руководитель Рощин А,В. осуществлял общую постановку задачи и руководство исследованием. Личный вклад диссертанта заключается в: проведении анализа публикаций, посвященных проблеме балансировки загрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах; выявлении преимуществ и пробелов в существующих промышленных и научных разработках и формирование научной новизны диссертационной работы; — разработке метода балансировки вычислительной нагрузки на основе динамической модели загрузки узла РВК; разработке методики прогнозирования вычислительной нагрузки на основе метода квазилинеаризации; — анализе существующих экспериментов по определению эффективности и производительности алгоритмов балансировки нагрузки н формирования на нх основе методики проведения эксперимента; — разработке программной системы балансировки нагрузки.

П актическая енность иссе та ин заключается в снижении вероятности срывов выполнения заданий узлами РВК, что с учетом большого количества узлов в таких комплексах может привести к существенному снижению среднего времени выполнения задания в целом. Соответственно, основная практическая значимость определяется: 1. Разработанным адаптивным алгоритмом балансировки нагрузки в РВК, на основе прогноза будущих внутренних загрузок узлов, отличительной особенностью которого является то, что для построения прогноза используется метод квазилинеаризации, 2. Разработанной методикой расчета таких параметров, как индекс безразмерной ошибки и коэффициент вариации, которые позволяют оценить точность прогнозирования предложенного метода и степень вычислительного дисбаланса в системе.

3. Проведенным экспериментом, который был посвящен исследованию влияния основных системных параметров РВК (организация файловой системы, протокол передачи данных) на эффективность работы алгоритмов балансировки нагрузки и рекомендациями по ее повышению. Также в ходе анализа полученных результатов было выявлено, что разработанный метод, по сравнению с методом экспоненциального сглаживания, обладает более низкой ошибкой прогнозирования. Процент выхода полученных значений из границ рассчитанного доверительного интервала„ при прогнозировании нагрузки методом экспоненциального сглаживания, составил порядка 6,4'Ь. В то время, как лля метода квазилинеаризации данное значение составило порядка 3,1',4, 4. Разработанным программным средством, позволянпцим осуществлять адаптивную балансировку нагрузки для РВК.

Разработанное программное средство прошло процедуру верификации и аттестации в Федеральной службе по интеллектуальной собственности — Роспатент. Выдано свидетельство о государственной регистрации программы для ЗВМ Х~ от 2016612772 от 9 марта 2016 года. Полнота изложения мате цапов иссе ии в аботах оп бликованных соискателем. В публикациях, представленных автором, достаточно полно отражены новые научные результаты и практическая ценность работы.