Отзыв ведущей организации (Математическое и программное обеспечение балансировки вычислительных заданий для распределенных вычислительных комплексов на основе прогнозных моделей)

Утверждаю Заместитель директора по научной работе Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова» Российской академии наук кандидат физико-математических наук И.Н. Барабанов ~-~ » '-~ ~ 2017 ОТЗЫВ ведущей организации федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт проблем управления им. В.А.

Трапезникова» Российской академии наук ~ИПУ РАН) на диссертационную работу Алпатова Алексея Николаевича на тему <сМатематическое и программное обеспечение балансировки вычислительных 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». Актуальность темы диссертации.

В ходе рассмотрения текста диссертации, автореферата, анализа опубликованных работ по тематике диссертации, было установлено, что диссертационная работа А.Н. Алпатова посвящена актуальной проблеме организации современной глобально распределенной обработки данных, а именно задаче создания расписания выполнения и балансировки вычислительных задач, которая возникает вычислительных комплексах, реализованных по технологии дгЫ систем, с использованием концепции добровольных вычислений. В результате анализа ряда современных отечественных и зарубежных публикаций по теме исследования, Алпатовым А.Н. были установлены ряд существенных недостатков существующих подходов и решений, которые активно использовались для организации процесса диспетчеризации в существующих распределенных вычислительных комплексах, делающих их использование и внедрение на практику для современных систем затруднительным, что отмечено во введении и первой главе диссертационного исследования.

В связи с вышесказанным, создание эффективных методов и алгоритмов балансировки нагрузки для современных распределенных вычислительных комплексов является актуальной задачей, имеющей большой научно-практический интерес для многих исследователей и научных школ. Стоит отметить, что тематика диссертационного исследования отражена также в плане фундаментальных исследований Российской академии наук на период до 2025 года, что также говорит об актуальности рассматриваемой проблемы и что также отражено автором в своей работе. Дпя достижения поставленной в диссертации цели создания научно- обоснованных методов и алгоритмов балансировки вычислительной нагрузки, а также программной реализации системы диспетчеризации нагрузки для РВК диссертантом были сформулированы и решены следующие задачи: 1.

Провести анализ современных решений и публикаций, посвященных балансировке загрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах (РВК), построенных по грид-технологии, с целью выявления основных недостатков их использования. 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, б. Разработать, отладить и внедрить в конкретных технических разработках программное обеспечение балансировки нагрузки для РВК. Характеристика диссертационной работы по главам.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы 1115 наименований) и 3 приложений. Объем текста диссертации составляет 122 страницы, который содержит 2 таблицы и 24 рисунка. Автореферат изложен на 24 страницах, содержит 3 рисунка. Во введении описана актуальность работы, теоретическая и практическая значимость работы, определены цель, задачи и методы исследования. В первой главе диссертации автор осуществляет комплексный анализ подходов, методов, алгоритмов, позволяющих оперативно управлять возникающей в ходе работы РВК нагрузкой, с выделением основных недостатков, делающих их использование в современных гетерогенных вычислительных комплексах, реализованных по технологии ягЫ сотри11щ, затруднительных. В данной главе автор дает краткую характеристику развития технологий построения современных распределенных комплексов, с целью выявления особенностей их работы и требований, предъявляемых к используемым методам диспетчеризации вычислительной нагрузки.

В результате Алпатовым А.Н. была сформулирована гипотеза о возможных улучшениях динамических методов управления вычислительными заданиями за счет введения методики прогнозирования будущих значений узловой вычислительной нагрузки. Во второй главе предложен подход к балансировки вычислительных заданий, основанный на концепции динамической модели загрузки узла. Автором предложена модель загрузки узлов, представленной в виде нелинейной системы, которая учитывает наличие внутренних и внешних заданий. В работе показано, что часть компонентов предложенной модели могут быть не определены или частично измерены. Для решения данной проблемы, с целью идентификации и осуществления возможности прогнозирования предложено использовать метод квазилинеаризации, который позволяет осуществить прогноз на требуемую глубину.

В третьей главе, предложена методика проведения эксперимента, по определению эффективности работы предложенного метода и его сравнение с известными и наиболее часто используемыми методами на практике. В качестве критерия точности прогнозирования методом квазилинеаризации предложено использовать оценку индекса безразмерной ошибки (стр. 68).

Для определения уровня вычислительного дисбаланса была предложена методика расчета коэффициента вариации (стр.69), который показал разброс и выравненность значений вычислительной нагрузки. Полученные результаты автор систематизировал и обобщил в виде таблицы. Также в данной главе осуществлена проверка адекватности разработанных моделей (стр. 72-73), с целью оценки возможности разработанных моделей на практике.

Для этих целей автором предложен алгоритм, основанный на определении доверительного интервала. Показано, что разработанный алгоритм лучше реагирует на возникающую нагрузку и обладает лучшей производительностью (сч.~„=о,и), по сравнению с алгоритмом на основе метода экспоненциального сжатия (сч;-О,гз). Экспериментально показано (стр.74-78), что особое влияние на производительность алгоритмов оказывают такие системные параметры РВК, как тип файловой системы и тип сетевого протокола.

Четвертая глава освящена рассмотрению вопроса проектирования и реализации программного обеспечения, которое включает в себя алгоритмы, разработанные в предыдущих главах диссертации. Автор подробно описывает разработанный алгоритм балансировки (стр.96-97), а также функциональную схему системы (стр.95) и диаграмму взаимодействия компонентов системы (стр.96). Подробно описан процесс проектирования и последующей разработки программного обеспечения системы балансировки вычислительной нагрузкой в распределенных вычислительных комплексах, основанный на подходе гибкой разработки программного обеспечения.

В заключении сформулированы основные выводы, рекомендации и результаты диссертационной работы. Научная новизна результатов работы. В диссертационной работе Алпатовым А.Н. на основе корректного применения методов фундаментальных и прикладных наук, таких как методы анализа, методы математической статистики, имитационного моделирования, методы идентификации моделей динамических систем и процессов, были получены следующие основные научные результаты, выводы и рекомендации, соответствующие критериям научной новизны: 1. Кусочно-стационарная модель загрузки узлов, идентифицируемая на основании экспериментальных данных и обеспечивающая адекватную оценку вычислительной нагрузки на глубину прогноза.

2. Метод балансировки вычислительной нагрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах с гетерогенной структурой, построенных по принципу грид-систем, заключающийся в использовании прогнозных оценок внутренней загрузки узлов, что позволит оперативно управлять возникающей нагрузкой, и, следовательно, повысить уровень адаптации комплекса к изменяющимся условиям, за счет учета параметров модели нагрузки. 3. Метод прогнозирования внутренней загрузки узлов РВК на основе метода квазилинеаризации, с использованием в качестве начальных условий результатов, полученных на основе известных решений других авторов, который учитывает динамику нагрузки и обладает лучшими показателями прогнозирования, что позволить уменьшить вероятность срывов обработки вычислительных задач узлами комплекса и, следовательно, понизить последующую флуктуацию нагрузки. Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.

Постановка задач диссертационного исследования была выполнена автором совместно с научным руководителем — Рощиным Алексеем Васильевичем. Автор лично участвовал в разработке и применении методов исследования рассматриваемых моделей и методов, выводе всех формул, в разработке представленного программного комплекса, выполнении анализа полученных в ходе проведения эксперимента данных. Теоретическая и практическая значимость исследования.