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

Отзыв официального оппонента на диссертацию Алпатова Алексея Николаевича «Математическое 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. В настоящее время появляется огромное количество вычислительных задач, для решения которых необходимы возрастающие мощности вычислений. К таким задачам можно отнести молекулярно-динамические расчеты„моделирование сложных механизмов, моделирование наноструктур и т.д.

Одним из путей решения этой проблемы является создание и использование распределенной вычислительной повсеместное инфраструктуры для сложных инженерных и научных расчетов. Развитие и совершенствование каналов передачи данных способствовало глобальной интеграции компьютерных ресурсов. Такая организация распределенных вычислений получила название грид-система. Актуальной задачей для таких систем является балансировка загрузки конечных узлов грид-системы с учетом характера и свойств узловых и сетевых нагрузок.

Работа соискателя посвящена решению задачи балансировки вычислительной нагрузки в распределенных вычислительных системах (РВК). Проблема эффективного планирования 1'построение расписания) и последующее распределение и перераспределение вычислительных задач по узлам распределенной системы является актуальной на сегодняшний момент в грид-системах, реализующих принципы добровольных вычислений.

Проведенный соискателем анализ современных публикаций и существующих систем выявил низкую адаптивность и производительность 1 существующих методов. В результате анализа автором было выявлено одно из современных направлений развития методов управления нагрузкой прогностические алгоритмы балансировки нагрузки. Данный класс методов набирает особую популярность в публикациях отечественных и западных исследователей и является актуальным для исследования.

Считаю тему диссертационного исследования Алпатова А.Н. посвященную разработке научно-обоснованных методов балансировки вычислительной нагрузки для распределенных комплексов актуальной, научно и практической значимой. К наиболее значимым для теории и практики результатам диссертационной работы можно отнести следующие: ° метод и алгоритм балансировки внешней загрузки узлов РВК с учетом их внутренней загрузки, а также разнородности компонентов, входящих в их состав; ° метод прогнозирования внутренней загрузки узлов РВК с целью предотвращения срывов выполнения внешних заданий; ° математическая модель загрузки вычислительных узлов РВК, учитывающая свойства протекающих в них процессов и явлений.

Важным достоинством работы, отличающей ее от подобных, является предложенный автором метод прогнозирования, основанный на методике квазилинеаризации. Методика построения прогноза, рассматриваемая в работе, реализует класс прогнозных методов, который часто в отечественной и зарубежной литературе называется метод предиктор-корректор. Так автором предложено подавать на вход приближенные значения, полученные на основе уже существующих методов, и получении на их основе прогнозных значений, что дает нам право говорить о фактической реализации концепции предиктор-корректор. Научнан новизна резулыпатов диссертации определяется предложенными и теоретически обоснованными автором методами прогнозирования внутренней загрузки узлов и балансировки вычислительной загрузки узлов в распределенных вычислительных комплексах с гетерогенной структурой. Орантическаа значимость результатов диссертации состоит в снижении вероятности сбоев выполнения вычислительных заданий узлами распределенной системы, что в конечном итоге с учетом большого количества узлов приведет к повышению скорости работы вычислительного комплекса в целом.

Предложенная методика расчета параметров позволяет оценить точность прогнозирования и степень вычислительного дисбаланса в системе. Достоверность и обоснованность результатов и выводов диссертации обеспечиваются согласованностью предложенных подходов к решению задачи балансировки загрузки узлов в распределенных вычислительных системах с известным опытом решения подобных задач, адекватностью математической модели реальным процессам загрузки узлов в распределенных вычислительных системах, согласованностью с известными данными в этой области исследований, опубликованными в отечественной и зарубежной печати, Автореферат диссертации достаточно подробно и полно отражает ее содержание и основные результаты. Противоречия между текстом автореферата и диссертации отсутствуют Основные результаты диссертационной работы полностью отражены в 8 печатных публикациях, из них 4 в ведущих рецензируемых журналах входящих в перечень ВАК, а также получено одно авторское свидетельство.

По диссертации можно сделать следующие замечания: 1. В работе не полностью дан критический анализ существующих программно-аппаратных разработок по данной тематике исследования. В работе необходимо было бы рассмотреть не только алгоритмическую составляющую программных систем, но и критически подойти к рассматриваемым системам со стороны разработчика, выявить недостатки реализации, пути повышения качества и надежности подобного рода систем и использовать данную информацию для реализации программных балансировщиков нагрузки.

2. В третьей главе автором не обоснован выбор алгоритмов балансировки нагрузки в проведенном эксперименте. Рассматриваемые в работе алгоритмы выбраны из разных классов, что может не дать полную картину работы предложенного алгоритма. В работе показано, что алгоритм на основе метода квазилинеаризации обладает лучшими характеристиками по сравнению с наиболее распространенными на практике алгоритмами. Для полноты желательно было бы рассмотреть предложенный алгоритм с большим количеством прогностических алгоритмов, а не только с прогностическим методом на основе экспоненциального сглаживания.

3. Иа странице 56 диссертации автором предложено в качестве начальных условий для метода квазилинеаризации использовать существующие решения, учитывающие характер и структуру нагрузки. Автором предлагается использовать методы, учитывающие фрактальные свойства трафика и узловой нагрузки. При этом диссертант в работе указывает на то обстоятельство, что вычислительная нагрузка в некоторых случаях может проявлять более сложное поведение (стр.

35 и 48), которое согласуется с понятием динамический хаос. Данный вопрос требует подробного рассмотрения. 4, Во 2-ой главе и в п. 3.3.! недостаточно четко сформулированы численные показатели глубины упреждения прогноза разработанного метода прогнозирования, что не дает возможность соотнести глубину прогноза с длительностью цикла развития обьекта прогнозирования. 5. В формуле 2,1 в и. 2,2 определены ограничения по вектору параметров системы ц, при которых с1=0.

Вместе с тем на стр. 63 ~таблица 3.1) приведены фиксируемые параметры распределенной системы. Однако данные недостатки не снижают общее положительное впечатление от диссертационной работы автора, а говорят о возможных путях развития исследований в данном направлении, которые диссертант может в дальнейшем продолжить. В целом считаю, что научное исследование выполнено автором лично и носит законченный характер.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений, Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, определены объект и предмет исследования, рассмотрена степень разработанности проблемы балансировки вычислительной нагрузки в РВК.

Определены также теоретические и методологические основы исследования, цель и основные задачи, решаемые в работе, отмечена их практическая и научная ценность, сформулированы основные положения, представляемые к защите. В первой главе осуществлена постановка задачи, показана актуальность темы исследования, рассмотрен ряд существующих подходов к решению задачи балансировки вычислительной нагрузки, проведен комплексный анализ методов балансировки нагрузки в распределенных вычислительных комплексах. Вторая глава диссертационного исследования посвящена разработки метода прогнозирования для метода балансировки нагрузки.

В первой части описана постановка задачи балансировки узловой нагрузки, а также описан подход к распределению вычислительных задач, основанный на использовании динамической модели загрузки узлов. Во второй части данной главы предложено использовать модель загрузки узла РВК на интервале 111,~21 в виде нелинейной системы. В работе показано, что модель загрузки может быть представлена нелинейной кусочно-стационарной моделью.

Разработан алгоритм нахождения прогнозных оценок загрузки узла распределенного вычислительного комплекса, основанный на способе идентификации модели, на основе экспериментальных данных с использованием метода квазилинеаризации. В третьей главе автор описывает методику эксперимента по определению эффективности алгоритмов балансировки нагрузки.

Автором предложена методика имитационного моделирования работы современного распределенного вычислительного комплекса с возможностью учета и фиксации основных системных параметров. В качестве критерия эффективности работы алгоритма балансировки предлагается использовать коэффициент вариации, который определяет уровень вычислительного дисбаланса в распределенном вычислительном комплексе. Для оценки точности прогнозирования автор предлагает использовать индекс безразмерной ошибки, что по своей сути является нормированным корнем среднеквадратичной ошибки модели. Результаты анализа 1.