Диссертация (Разработка моделей и алгоритмов составления оптимальных расписаний выполнения программных модулей в вычислительной сети на основе эволюционного подхода), страница 2

поископтимальных расписаний выполнения программных модулей. В этой связи впоследние годы отмечается возрастающий интерес к теории расписаний.Рациональныерасписанияпозволяютнетолькозавершатьвыполнениепараллельных частей большой задачи, как можно раньше, но и обеспечиваютмаксимальное использование реcурсов вычислительной сети. Оценка расписаниязависит от общего времени выполнения всех программных модулей заданий иобщего времени незанятости узлов. Расписание с минимальной оценкойминимизирует время простоя, что в свою очередь приводит к эффективномуиспользованию вычислительных ресурсов сети.По прогнозам учёных и специалистов в ближайшие годы произойдетпереход на постмуровскую элементную базу, что инициирует возникновениепринципиально новых подходов в области сетевых технологий и проектирования7РСОД.

Данные факторы приведут к созданию специализированных гетерогенныхкластеров зеттафлопсного уровня в 2020 году, а после 2024 года йоттафлопсного[5]. Исследования, которые проводились в данной области за последние десятьлет, показали, что для эффективного решения практических задач в узлах РСОДнеобходимо применение ядер различной архитектуры и функциональности, т.е.гибридности. Свойство гибридности означает неоднородность на уровнепроцессорных ядер, а на верхнем уровне присутствует ещё один типнеоднородностивключающие–целыегетерогенность,сегменты,даннымкоторыесвойствомсостоятизобладаютРСОД,специализированныхпроцессоров и вычислительных сетей, предназначенных для решения однойконкретной задачи, либо классов задач [5].Повышение сложности структуры РСОД непрерывно продолжается и этопроявляется в усложнении коммуникаций и памяти, возрастающей гибридности игетерогенности, а также в многократном увеличении сложности управления.Исходя из вышесказанного, на сегодняшний день крайне важен поиск новыхметодов и алгоритмов организации управления вычислительными ресурсамиРСОД [5].Сегодня для разработчиков задача построения аппаратной конфигурации,при запуске на которой производительность специально созданной тестовойпрограммы LINPACK превысила бы рубеж в один экзафлопс уходит на второйплан, а наиболее важным и актуальным становится обеспечение максимальноэффективного режима выполнения реальных приложений, задействующих всевыделенные им ресурсы РСОД [6].Стремлениедобитьсябольшейпроизводительностииэнергоэффективности, не меняя существующие модели программирования [6],[7],требуютпримененияэффективныхсистемраспараллеливанияипланирования.

В связи с этим создание корректных и эффективных алгоритмовсоставления оптимальных расписаний выполнения программных модулей ввычислительной сети на сегодняшний день является актуальной задачей [8], [4].8Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработка иисследование эволюционных моделей и алгоритмов составления расписанийвыполнения программных модулей в вычислительной сети и повышения ихэффективности для получения прироста производительности РСОД.В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:- исследование существующих моделей и алгоритмов составленияоптимальных расписаний выполнения программных модулей в вычислительнойсети;- разработка моделей и алгоритмов на основе эволюционного подхода,позволяющих составлять оптимальное расписание выполнения программныхмодулей в вычислительной сети, при котором суммарная продолжительностьобработки комплекса ИЗЗ будет минимальна.Научнаяновизнарезультатовдиссертационногоисследованиязаключается в разработке теоретического аппарата, включающего модели иалгоритмы составления расписаний выполнения программных модулей ввычислительной сети на основе эволюционного подхода, позволяющего находитьболее эффективные по критерию минимального времени расписания выполнениязаданий в вычислительной сети по сравнению с существующими алгоритмами засчет повышения скорости вычислений и оптимизации построения структурыпрограммного и информационного обеспечения для комплекса решаемых задач,учитывающей архитектуру РСОД.Практическая значимость.

Применение разработанного теоретическогоаппаратавразработкемоделирующегостендавОКР«Разработкаплатформонезависимого программного обеспечения системы аварийной защитыдвигателя 11Д58МФ»ввиде методик синтеза оптимальнойструктурыпрограммного обеспечения и моделирования доказало его эффективность в части,касающейся повышения производительности РСОД при решении больших задач[8], [4]. В связи с этим результаты диссертационной работы могут бытьиспользованы как для разработки системного программного обеспечения РСОДреального времени специального назначения, так и для совершенствования9структуры программного и информационного обеспечения существующих РСОДи технологий облачных вычислений.Объектом исследования является распределенная система обработкиданных, спроектированная на базе вычислительной сети.Предметом исследования является программное и информационноеобеспечение распределенной системы обработки данных.Методы исследования.

В качестве методов исследования использованы:методы системного подхода, методы исследования операций, методы теориирасписаний, методы эволюционного поиска, методы теории планированияэксперимента, а также методы системного и прикладного программирования,методы объектно-ориентированного программирования для организации ипроведения эксперимента.Положения, выносимые на защиту.1.Математическиемоделисоставлениярасписанийвыполненияпрограммных модулей в вычислительной сети:- общая математическая модель составления расписания выполненияпрограммных модулей в вычислительной сети;- частные математические модели составления оптимальных расписанийвыполнения программных модулей в вычислительной сети по критериюминимального времени для длинных и коротких расписаний.2.Модифицированныегенетическиеалгоритмысоставленияоптимальных расписаний выполнения программных модулей в вычислительнойсети, учитывающие характеристики аппаратного обеспечения и параметрыкомплекса ИЗЗ.3.Методика применения разработанного теоретического аппарата припроектированииструктурыспециальногомоделирующегостендаОКРвпрограммного«Разработкаобеспеченияплатформонезависимогопрограммного обеспечения системы аварийной защиты двигателя 11Д58МФ».4.Программный комплекс «Анализатор генетических алгоритмов».10Достоверностьнаучныхрезультатовивыводовобусловленаобоснованностью применения используемого математического аппарата, оценкойадекватности разработанного теоретического аппарата результатам проведенногоэксперимента, а также успешным практическим использованием разработанныхматематических, алгоритмических и программных средств при разработкемоделирующегостендавОКР«Разработкаплатформонезависимогопрограммного обеспечения системы аварийной защиты двигателя 11Д58МФ».Внедрение результатов работы.

Результаты, полученные в ходедиссертационной работы, были использованы в разработках АО «ГосНИИП» привыполненииОКР«Разработкаплатформонезависимогопрограммногообеспечения системы аварийной защиты двигателя 11Д58МФ» в виде методиксинтеза оптимальной структуры программного обеспечения моделирующегостенда, а также в учебном процессе РГСУ при проведении лекционных илабораторных занятий по дисциплинам «Моделирование систем», «Системыискусственного интеллекта».Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты обсуждалисьна 7 международных и российских научных конференциях, в том числе наконференции молодых специалистов и аспирантов АО «ГосНИИП».Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ (изних 4 – в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов иизданий ВАК РФ).Личный вклад автора заключается в разработке моделей и алгоритмовсоставления оптимальных расписаний выполнения программных модулей ввычислительной сети на основе эволюционного подхода, обосновании принциповработы этих алгоритмов, проектировании и реализации инструментальныхсредствдляпроведениявычислительногоэксперимента,атакжеегопланирование, проведение и интерпретация полученных результатов.Структура и объем работы.