Высокопроизводительные парал. вычисления на кластерных системах. Воеводин (2005) (1186026), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Lange M., Warnatz J. Massively Parallel Direct Numerical Simulation ofTurbulent Combustion // NIC Symposium 2001, Proceedings, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, NIC Series. V. 9. 2002. P. 419–429.7. Wang Yi., Trouvé A.. Artificial acoustic stiffness reduction in fully compressible, direct numerical simulation of combustion // Combustion theory and modeling. 8.
2004. P. 633–660.8. Федоренко Р.П. Релаксационный метод решения разностных эллиптических уравнений. // ЖВМиМФ. 1961. Т. 1. № 5.9. Pakdee W., Mahalingam S. An accurate method to implement boundaryconditions for reacting flows based on characteristic wave analysis // Combustion theory and modeling. V. 7. 2003. P. 705–729.10. Магомедов М.-К., Холодов А.С. Сеточно-характеристические численные методы – М.: Наука, 1988. – 290 с.11. Полуосьмак В.В., Васильев М.О.
Разработка алгоритмов параллельного счета для решения задач магнитной гидродинамики в применении кзадаче о взрыве в верхней ионосфере / Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук. Тр. XLVII науч. конф. МФТИ. 2004. Т. 3.С. 199–200.12. Vasilev M.O., Repin A.Ju. et al. Numerical researches of formation ofjet stream of plasma in large-scale geophysical experiment.http://130.246.71.128/pdf/P1_070.pdf.13.
Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задачматематической физики. – Новосибирск, Наука. – 1967.12214. Peaceman D.W., Rachford H.H. The numerical solution of parabolicand elliptic differential equations, J. SIAM, 3(1955). Р. 28–41.15. Averbuch A., Ioffe L., Israeli M., Vozovoi L.. Two-dimensional parallelsolver for the solution of Navier–Stokes equations with constant and variablecoefficients using ADI on cells // Parallel Computing. V. 24. 1998. P.
673–699.16. Хайрер Э., Нерсетт С., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Нежесткие задачи. – М.: Мир, 1990. – 512 с.17. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальныхуравнений. Жесткие и дифференциально – алгебраические задачи. – М.:Мир, 1999.
– 685 с.18. Di Marzo G.A. RODAS5(4), methodes de Rosenbrock d’ordre 5(4)adaptees aux problemes differentiels-algebriques // Memoire de diplome enMathematiques, Universite de Geneve 1992.19. Sandu A., Verwer J.G. et al, Benchmarking of stiff ODE solvers for atmospheric chemistry problems II: Rosenbrock solvers. // Atmospheric Environment.
V. 31, № 20. 1997. P. 3459–3472.20. Wolke R., Knoth O. Time-integration of multiphase chemistry in sizeresolved cloud models // Applied Numerical Mathematics. V. 42. 2002. P. 473–487.21. Botchev M.A., Verwer J.G. A new approximate matrix factorization for implicit time integration in air pollution modeling // J.
of Comput. and Appl. Math.V. 157. 2003. P. 309–327.22. Nordling P., Sјö A. Parallel solution of modular ODEs with applicationto rolling bearing dynamics // Mathematics and computers in simulation, 44(1997). P. 495–504.23. Botchev M.A., van der Vorst H.A. A parallel nearly implicit timestepping scheme Journal of Computational and Applied Mathematics, 137.2001. P. 229–243.24. Voss D.A., Muir P.H.. Mono-implicit Runge-Kutta schemes for the parallel solution of initial value ODEs. // J. of Comput.
and Appl. Math. V. 102.1999. P. 235–252.25. Muir P.H. et al. PMIRKDC: a parallel mono-implicit Runge–Kuttacode with defect control for boundary value ODEs // Parallel Computing 29.2003. P. 711–741.26. Jackson K.R., Norsett S.P. The Potential for Parallelism in Runge-KuttaMethods, SIAM J. Numer. Anal.
32, No. 1. 1995. P. 49–82.27. Petcu D.. Experiments with an ODE Solver on a Multiprocessor System// An Int. Journal computers & mathematics with applications, 42. 2001.P. 1189–119928. Ruiz J. M.M., Lopera J. O., Carrillo de la Plata J. A. Component-BasedDerivation of a Parallel Stiff ODE Solver Implemented in a Cluster of Com123puters. // International Journal of Parallel Programming.
V. 30, No. 2. April2002. P. 99–148.29. Voss D.A., Khaliq A.Q.M.. Parallel Rosenbrock methods for chemicalsystems // Computers and Chemistry, 25. 2001. P. 101–107.РАЗРАБОТКА ОДНОРАНГОВОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫС.В. Ковальчук, А.Ю. ВладоваОренбургский государственный университетАнализ существующих распределенных систем показывает, что наданный момент самой распространенной является архитектура с постоянным выделенным сервером.
Это обусловлено рядом причин:− Статичность структуры. Выделенный сервер на все время работы остается центральным связующим звеном всей системы. Даже еслиструктура сети представляет собой всего лишь дерево глубиной 1, корнем этого дерева на все время работы остается сервер.− Централизованное управление. Управление системой осуществляется сервером, который контролирует подчиненные вычислительныеи управляющие системы. Такой подход является наиболее легким вреализации и понимании.− Существенное упрощение при создании программного обеспечения для таких систем. Работа с выделенным сервером позволяет избавиться от необходимости учета изменений структуры сети на стороне клиента. Кроме того, клиентская часть программы может вообще ненести в себе никаких управляющих структур, реализую лишь вычислительные функции.− Простота выдачи задач и получения результатов.
Эти операции,как и управление, системой осуществляются централизованно черезвыделенный сервер системы.− Данный подход к построению архитектуры распределенной системы в большинстве случаев является приемлемым и даже оптимальным, по сравнению с другими вариантами. Однако он не лишен некоторых недостатков, которые в определенных условиях могут оказатьрешающее воздействие на надежность работы системы и даже удобство ее использования.
К таким показателям можно отнести, например,следующие критерии:− Наличие выделенного сервера может служить недостатком в том124случае, если вероятность выхода его из строя достаточно высока. Таккак в этом случае может разрушиться вся структура сети вследствиевыпадения корневого элемента построенного дерева.− К тем же результатам может привести выход из строя каналасвязи с сервером. Так как, несмотря на продолжение работы сервера,он пропадает из системы.− Стабильность связи элементов сети распределенной системы является существенным фактором, влияющим на работу всей системы,так как выход из строя даже одной линии связи может разбить сеть,связывающую вычислительные системы в лучшем случае на подсети(если используется многоуровневая древовидная структура сети).
Приэтом продолжить корректно функционировать сможет только та подсеть, в которой остался выделенный сервер.− В некоторых случаях наличие централизованной статичнойструктуры нежелательно по внешним причинам. Например, в случае,если нельзя гарантировать постоянную или даже периодическую доступность хотя бы одного компьютера в сети с целью реализации на немсерверной части системы.Указанные условия, например, могут реализоваться в сети Интернет, в случае если нет возможности использовать какой-либо постоянно доступный сервер.
В этом случае реализация распределенной системы с выделенным сервером неприемлема. Перечисленные недостатки отсутствуют у распределенных систем без выделенного сервера.Самым распространенным решением проблем с нестабильной инизкоскоростной связью являются метакомпьютерные системы. Ониуспешно справляются с задачами, представляющими большие требования к вычислительным мощностям элементов сети, чем к качествусвязи между ними. Примером такой системы может служить распределенная система SETI@Home, осуществляющая поиск внеземных цивилизаций.Однако обычно в таких системах все же присутствуют статическивыделенные сервера. Что так же является недостатком в условиях нестабильности связи, так как выход из строя сервера или связи с нимприводит к разрушению всей системы.Одним из возможных решений является использование несколькихсерверов в системы.
Но такой подход не меняет структуры системы и,следовательно, не может полностью избавить от указанной проблемы.Целью данной работы является попытка реализовать более производительную и стабильную архитектуру распределенных систем, не125жели большинство ныне используемых. Одноуровневая система позволяет решать задачи распределенных вычислений в нестабильной разнородной среде передачи данных. Даже в случае динамического изменения конфигурации сети она сохраняет работоспособность с минимальными потерями данных. Реконфигурация сети может произойтидаже в случае выхода из строя первоначального корня покрывающегодерева.Для проведения исследований по данному вопросу ставится цель –повысить производительность и стабильность архитектуры распределенной системы.Практической целью данного проекта является разработка распределенной системы на базе кафедры ПОВТАС Оренбургского Государственного Университета. Предположительно эта система существеннорасширит возможности по проведению научных исследований и разработок на базе кафедры.
Кроме того, система позволит проводить исследования и решать практические задачи качественно нового уровня,так как при этом появится возможность использовать сравнительнобольшой и разнообразный парк машин кафедры как единую метакомпьютерную систему. По сравнению со стандартной распределеннойсистемой появится ряд дополнительных возможностей, существеннорасширяющий круг функциональных возможностей системы. Так, например, благодаря принципу динамического построения дерева управления и возможности переформирования дерева появится возможностьзапускать задачу с любой из клиентских машин, которая вполне можетвыступать в роли корня управляющего дерева.
Отсутствие же жесткихограничений на класс задач позволяет практически неограниченнорасширять круг задач, поддающихся решению на проектируемой системе. Таким образом, проектируемая система позволит значительнорасширить функциональность вычислительной сети кафедры.Для реализации цели предлагается решить следующие задачи исследования:1. Определить особенности функционирования системы.2. Спроектировать одноранговую распределенную вычислительную систему (на базе имеющейся аппаратуры). Выявить ограничения,накладываемые аппаратным обеспечением и потенциальные возможности, предоставляемые им.3. Разработать более подробный алгоритм реализации.4. Формализовать содержание паспорта задачи и интерфейс модуля решения задачи:1264.1.
Определить наиболее выгодные принципы построения оптимального покрывающего дерева.4.2. Рассмотреть варианты разбиения различных задач наподзадачи.4.3. Определить протокол обмена между узлами дерева.4.4. Выявить основные параметры мониторинга системы.4.5. Разработать алгоритм сбора результатов вычисления5. Выполнить реализацию спроектированной системы на базе одной из передовых на сегодняшний день технологий – .net.6. Проанализировать эффективность функционирования системыпо следующим параметрам: производительность, надежность, гибкостьструктуры сети, эффективность децентрализованного управления (задания задачи и выборки результатов)В рамках первой задачи на основе анализа публикаций [2] в качестве особенностей функционирования определены:− отсутствие статически выделенного сервера;− совмещение в программе функций вычислительной и управляющей системы;− возможность ввода задания через любой из узлов системы;− возможность забора результатов с любого из узлов системы изчисла тех, что имеют информацию о решаемой задаче;− возможность самовосстановления с минимальными потерямиданных даже при выходе из строя корневого узла построенного дерева;− решаемая задача не задается жестко в коде программы, а загружается в виде модуля при вводе пользователем.Рассмотрим некоторые особенности функционирования предлагаемой распределенной системы.Предварительным этапом работы системы является построение сети, узлами которой являются вычислительные системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
