Высокопроизводительные парал. вычисления на кластерных системах. Воеводин (2005) (1186026), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Однако построение этой сети может продолжаться в процессе функционированиясистемы. Узлы сети постепенно получают информацию о все большемколичестве доступных им соседних узлов. Таким образом, пределом вданном случае является полный граф, содержащий все вычислительные узлы системы, то есть каждый узел имеет информацию о расположении каждого узла.
Однако, очевидно, что это невозможно ввиду неоднородности сети и разбиения ее на подсети, имеющие ограниченныйдоступ друг к другу. Информация о доступных соседних узлах используется для построения наиболее оптимального покрывающего деревасети, по которому в последствии будет выполняться задание. Принци127пы выбора предпочтительного варианта покрывающего дерева могутбыть различными. Простейшим случаем является выборка дерева, ребра которого оптимальны по скорости передачи данных. После построения сети система готова к выполнению задания.
Однако передэтим возникает необходимость описать его. Описание включает в себядве части:1. Паспорт задачи. Включает в себя описание задачи, версию, параметры ее распределения (возможная глубина дерева, возможное количество подзадач и т.д.), ограничивающие факторы и т.п.2. Исполняемый модуль. Включает в себя реализованные алгоритмы решения части задачи, алгоритм выделения частей задачи, алгоритм сбора полученных результатов в единое целое и т.п.3.
Для корректного функционирования узел должен располагатьобеими частями описания задания. Каждый узел хранит «библиотеку»задач, решавшихся на этом узле, что избавляет от необходимости каждый раз подгружать полное описание задачи. После уяснения задачинеобходимо определить конкретные параметры решения задачи. Например, диапазон перебираемых значений в случае решения соответствующей задачи. После ввода этих параметров система готова к решению поставленной задачи.Первым этапом является построение покрывающего дерева. Приэтом необходимо учитывать следующие требования к целевому дереву:− изначально выбранный принцип оптимизации дерева,− требования, заданные в паспорте задачи,− требования, следующие из введенных параметров задачи,− результаты предыдущих вычислений.Исходя из этих требований, система строит покрывающее деревосети.
При этом возможно, что ввиду ограничений будет использованане вся существующую сеть, а только ее часть. После построения деревавычислений система приступает к раздаче подзадач, выделенных исходя из заданных параметров. При этом раздача происходит рекурсивно,то есть подзадачи разбиваются на более мелкие подзадачи, те в своюочередь на еще более мелкие и т.д. Разбиение происходит с учетомдоступных мощностей. Следует учесть, что корень, производящий распределение задач на каком либо уровне берет часть вычислений насебя.После раздачи задач система приступает непосредственно к вычислениям. В процессе вычислений производится контроль целостности построенного дерева. В случае ее нарушения управляющие струк128туры системы производят попытки по мере сил восстановить работоспособность системы. Это заключается в динамическом перераспределении подзадач, решение которых изначально было возложено на вычислительные системы, потерявшие связь с системой. Кроме того, впроцессе работы производится мониторинг сети.
Мониторинг включает в себя контроль динамики работы системы.Завершающим этапом работы системы является сбор результирующих данных. Сбор можно осуществлять как из корневого узла системы, так и из любого из узлов, имеющих информацию о решаемойзадаче (аналогично с любого подобного компьютера может производиться контроль работы системы). После завершения вычислений результаты работы узла сохраняются в его «библиотеке решений». Такойподход позволит реализовать некоторое подобие алгоритмов динамического программирования и избежать повторного вычисления одинаковых подзадач.Таким образом, можно выделить следующие особенности системы:− однородность узлов системы.
Следствием этой особенности является их взаимозаменяемость, а так же возможность легкой реструктуризации системы;− динамическое построение дерева вычислительных систем длярешения конкретной задачи;− возможность самовосстановления с минимальными потерями вслучае отказа, как отдельных узлов сети, так и связи между какимилибо узлами;− отсутствие жестко заданной задачи. Задачи подгружаются приих постановке. Однако это не означает, что задача будет загружатьсякаждый раз. У каждого узла системы создается библиотека задач, которая представляет собой своеобразный кэш задач.
Задачи удаляютсяпри длительном не использовании;− оптимизация работы системы.ВыводРазрабатываемая система позволяет добиться существенного прироста надежности работы по сравнению с распределенными системамииной архитектуры. При этом достигается качественно новый уровеньгибкости и динамичности системы, как с точки зрения ее внутреннейархитектуры, так и с точки зрения внешнего пользователя, осуществляющего управление системой. Одним из главных ее преимуществ является однородность полученной программной среды, и динамичность129нагрузки на узлы сети, что позволяет, не заботится о выделении достаточно крупных вычислительных ресурсов под управляющие структуры.
При этом система предполагает автоматическое разбиение вычислительно сети на подсети, позволяющие решать независимые задачипараллельно.Таким образом, проектируемая система предоставляет более стабильный и гибкий инструмент для решения задач, требующих ресурсыраспределенной системы.Литература1. Костинский А. Метакомпьютеры.2. Киселев А., Корнеев В., Семенов Д., Сахаров И. Управление метакомпьютерными системами.3. Затуливетер Ю.С. Проблемы метакомпьютингаРАЗРАБОТКА СРЕДЫ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ ГСПП.NETД.В. Котляров, В.Н. МаланинМосковский энергетический институт (ТУ)ВведениеНесмотря на многочисленные попытки реализовать эффективныесредства разработки высокопроизводительных параллельных распределенных приложений, ни одна из широко распространенных инструментальных сред программирования не предоставляет разработчикувозможностей для разработки параллельных распределенных программ, ориентированных на кластерные системы.
Большинство современных программистов предпочитает выполнять программные проекты, используя интегрированные среды разработки, позволяющие минимизировать временные затраты на реализацию алгоритмов, сконцентрировав внимание на их проектировании. Поэтому, введение инструмента, обеспечивающего поддержку параллельных распределенныхвычислений, в известную интегрированную среду разработки приведетк важному расширению языковых средств параллельного программирования. Важным требованием подобной интеграции является организация соответствия инструмента параллельного распределенного программирования и инфраструктуры целевой системы, как на уровневзаимодействия подсистем, так и на уровне идеологии построения про130граммных компонентов.В докладе описывается проект по внедрению средств графсхемного потокового параллельного программирования (ГСППП) [1,2]в среду Microsoft Visual Studio 2005 (MS VS2005).Основа внедряемой системы – это язык граф-схемного потоковогопараллельногопрограммирования(ЯГСППП),предложенныйпроф.В.П.
Кутеповым как «мягкое» развитие структурных (блочносхемных) форм описания последовательных программ. ЯГСППП ориентирован на крупноблочное (модульное) потоковое программирование задач, он также может эффективно применяться для программногомоделирования распределенных систем, систем массового обслуживания и др., информационные связи между компонентами которыхструктурированы и управляются потоками данных, передаваемых поэтим связям.Необходимо отметить следующие принципиального характераособенности ЯГСППП:− модульный принцип построения параллельной программы,напричемсвозможностьюпрограммированиямодулейпоследовательных языках программирования;− наглядное граф-схемное описание структуры параллельнойпрограммы в виде двух компонентов: граф-схемы и интерпретации,однозначно сопоставляющей каждому модулю подпрограмму насоответствующем языке программирования;− интерпретация связей между модулями как связей по данным (ане по управлению);− экспликация параллелизма как информационной независимостиразличных модулей граф-схемы.Язык позволяет эффективно и единообразно представлять в программах три вида параллелизма:− параллелизм информационно-независимых фрагментов;− потоковый параллелизм, обязанный своим происхождениемконвейерному принципу обработки данных;− параллелизм множества данных, реализуемый в ЯГСППП черезмеханизм тегирования, когда одна и та же программа или ее фрагментприменяются к различным данным;Среда параллельного программирования, основанная на ЯГСППП,является сложной распределенной системой и содержит три основныхэлемента:− подсистему проектирования ГСППП, в функции которой входит131взаимодействие с пользователем на этапе разработки ГСПП;− интерпретатор или систему выполнения ГСППП, обеспечивающих поддержку операционной семантики ЯГСППП;− подсистему планирования параллельных распределенных вычислений и управления загруженностью кластера;В 2005 году на кафедре прикладной математики МЭИ(ТУ) былреализован прототип системы ГСППП для кластеров.Как нам представляется, переформулирование ЯГСППП в терминах и конструкциях языков объектно-ориентированного программирования (ООП) и реализация этой новой версии в среде .NET позволитсущественно расширить возможности этой среды при проектированиипараллельных распределенных программ.Инструментальная среда параллельного программированиянового поколенияРассмотрим особенности MS VS2005, которые повлияли на выборее в качестве целевой системы для реализации новой версии ЯГСППП.Отметим изменения, которые необходимо ввести в ЯГСППП и общуюархитектуру описанной выше среды ГСППП для того, чтобы упроститьэтот переход и сделать его естественным.Основным направлением совершенствования Visual Studio остается создание средств для реализации преимуществ платформы Microsoft.NET Framework.Кратко опишем архитектуру этой платформы и те преимущества,которые она предоставляет для реализации среды ГСППП..NET Framework является надстройкой над ОС Windows и включает в себя:− постоянно расширяющийся набор языков программирования(.NET–совместимых ЯП), соответствующих спецификации CommonLanguage Specification (CLS), определяющей минимальные требования,предъявляемые к языку платформы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
