77346

МЕТОДЫ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ПОТОКА ДАННЫХ. ПРОТОТИП СИСТЕМЫ

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Ему необходимо заботиться о распределении вычислительных задач синхронизации обмене данными и так далее. С другой стороны создаются среды для решения определённых классов задач в основном это касается задач для которых применим параллелизм по данным. Методика базируется на понятиях хранилища задач и правил. Задачей называется программа которая во время исполнения считывает данные с определёнными именами из хранилища и в результате своего исполнения формирует новые данные которые записываются в хранилище.

Русский

2015-02-02

21.5 KB

0 чел.

МЕТОДЫ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ПОТОКА ДАННЫХ. ПРОТОТИП СИСТЕМЫ.

М.О. Бахтерев, П.А. Васёв

ИММ УрО РАН, Екатеринбург 

Популярные средства параллельного программирования, такие как MPI и OpenMP, требуют от программиста подробного описания большого количества сущностей. Ему необходимо заботиться о распределении вычислительных задач, синхронизации, обмене  данными и так далее. Существуют различные подходы к упрощению процесса программирования и исполнения параллельных вычислений. С одной стороны, создаются универсальные средства автоматического распараллеливания программ (как для исполнения в системах с общей памятью, так и в многомашинных конфигурациях). С другой стороны, создаются среды для решения определённых классов задач (в основном это касается задач, для которых применим параллелизм «по данным»). Также разрабатываются универсальные инструменты, пытающиеся упростить технические аспекты процесса программирования параллельных и распределённых систем.

Иногда при создании подобных средств разработчики пытаются использовать нестандартные парадигмы вычислений. Одной из таких парадигм является поток данных – Dataflow [1]. В различных вариантах методики, основанные на парадигме потока данных, применяются для создания процессорных архитектур, суперкомпьютеров в целом, для программной организации вычислительных потоков в рамках одного процесса и взаимодействия процессов в распределённой вычислительной среде.

В настоящей работе описывается разработанная авторами методика и технические средства для программирования в параллельных распределённых средах. Методика основана на анализе различных, в том числе и собственных, моделей потока данных. Цель данной разработки – упростить процесс создания параллельных программ, и сделать это не в ущерб эффективности исполнения вычислительных кодов. Предлагаемая методика вычислений возникла в результате продолжительной теоретической работы над архитектурой операционной системы для распределённых вычислений [2].

Методика базируется на понятиях хранилища, задач и правил. Хранилище содержит в себе именованные данные, по отношению к которым доступны три операции – запись (создание), чтение и удаление. Хранимые данные являются самодостаточными - это не очереди, но некие единицы информации с уникальными именами. Задачей называется программа, которая во время исполнения считывает данные с определёнными именами из хранилища и в результате своего исполнения формирует новые данные, которые записываются в хранилище. Правилом называется такая конструкция, которая определяет условия и параметры запуска задач. Правило содержит в себе:

  1.  Список имён данных, которые необходимы для выполнения задачи.
  2.  Список соответствия глобальных имён данных (находящихся в хранилище) локальным именам (с которыми и будет работать задача).
  3.  Список задач (программ), которые необходимо запустить.
  4.  Действия, совершаемые в случае успешного выполнения задач (3).

Правило считается готовым к исполнению, когда в хранилище присутствуют все данные c именами из списка (1). После успешного исполнения правило удаляется из списка выполняемых правил.

Процесс программирования и проведения вычислений происходит следующим образом. Прежде всего, разрабатываются программные коды задач. При этом в рамках одного вычисления могут использоваться любые комбинации языков, а также целевых аппаратных сред. Например, часть задач можно реализовать на графических ускорителях. Затем, формируется файл инициализации, в котором описываются начальные правила системы. В дальнейшем эти правила могут дополняться – при выполнении задачах или  завершающих действий других правил. Кроме правил, в файле инициализации указываются начальные данные, которые помещаются в хранилище.

После подачи команды на запуск вычислительная среда ищет правила, готовые к исполнению, и запускает указанные в них задачи на подходящих свободных вычислительных ресурсах. В результате часть правил исполняется, формируя новые данные и освобождая ресурсы для других правил. Среда продолжает поиск и выполнение правил вплоть до исчерпания всех правил, приостановки работы с внешней стороны или выявления ошибки.

Предлагаемая методика позволяет достаточно просто и эффективно реализовать проведение вычислительного эксперимента на гибридных архитектурах, динамическое изменение количества вычислительных узлов во время самого вычисления, работу в глобально-распределённых условиях, автоматическое создание контрольных точек, приостановку и продолжение вычисления прозрачным для программиста образом, использование распределённые хранилищ данных, а также обеспечивает ряд других преимуществ.

На основе предложенной методики авторами в рамках проекта RIDE разрабатывается прототип среды параллельного программирования. Первые версии показывают реализуемость предлагаемых идей и лаконичность программных конструкций для описания правил. Можно надеяться, что в результате развития этой среды удастся достичь главной цели – сделать процесс создания распределённых вычислительных программ более простым и эффективным.

Список литературы.

  1.  Dennis J., Data Flow Supercomputers // Computer, Vol.13, No.11, pp.48-56, 1980.
  2.  Бахтерев М.О., Описание параллельных вычислений при помощи замыканий // Тезисы 10-го Международного семинара "Супервычисления и Математическое моделирование", РФЯЦ-ВНИИЭФ, Саров, с. 31-32, 2008.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64327. МЕХАНІЗМИ ДЕРЖАВНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПРИВАТНОГО СЕКТОРА В ГАЛУЗІ ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ 195 KB
  Охорона здоров’я є однією з найважливіших сфер життєдіяльності суспільства. Основою розвитку системи охорони здоров’я України є загальноприйняті стратегічні пріоритети з баченням кінцевих результатів, а саме: опанування ринкових відносин у галузі та трансформація потенціалу охорони здоров’я...
64328. ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ І РЕЖИМІВ РОБОТИ УСТАНОВКИ ДЛЯ КАЛІБРУВАННЯ НАСІННЯ ПЛОДОВИХ КІСТОЧКОВИХ КУЛЬТУР 2.79 MB
  У звязку з цим розробка установки для калібрування насіння плодових кісточкових культур є актуальною. Обґрунтувати конструктивно технологічну схему установки для калібрування насіння плодових кісточкових культур...
64329. СТВОРЕННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ ДЛЯ СЕЛЕКЦІЇ КОНЮШИНИ ЛУЧНОЇ В УМОВАХ ПЕРЕДКАРПАТТЯ 405 KB
  Розширення площ посівів конюшини лучної в цій зоні повинно стати важливим завданням сільськогосподарського виробництва. Підвищення ефективності конюшиносіяння можливе насамперед за рахунок поліпшення селекційної роботи та чіткої організації насінництва конюшини...
64330. Оцінка клініко–технологічної якості та клінічної ефективності нового мікрогібридного фотополімерного матеріалу для реставрації зубів 226 KB
  Перспективними напрямками досліджень у тому числі і з проблем стоматологічного матеріалознавства та клінічної терапевтичної стоматології є застосування кількісних методів оцінки клініко технологічної ефективності матеріалу якості фіксації пломби...
64331. МАРКЕТИНГОВА ДІЯЛЬНІСТЬ ТОРГОВЕЛЬНИХ ПІДПРИЄМСТВ НА РИНКУ БУДІВЕЛЬНОЇ ПРОДУКЦІЇ 239.5 KB
  Розвиток стратегічного аспекту маркетингу на ринку споживчих товарів має важливе значення оскільки ринок вступив в ту стадію свого розвитку коли відсутність чітко розроблених стратегій призводить до зниження ефективності маркетингової діяльності і втрати конкурентних переваг підприємства.
64332. АЕРОДИНАМІЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ НАПРЯМНИХ РЕШІТОК ОСЬОВИХ ТУРБІН 1.84 MB
  Для досягнення зазначеної мети поставлені наступні задачі: розробити параметричні моделі решітки осьової турбіни які повинні мати високу гнучкість можливість контролю витрати робочого тіла при мінімальній кількості варійованих параметрів...
64333. ПІДВИЩЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ СТАЛЕЙ І ТВЕРДИХ СПЛАВІВ НАНЕСЕННЯМ БАГАТОШАРОВИХ КАРБІДНИХ ТА КАРБООКСИДНИХ ДИФУЗІЙНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ТИТАНУ, ВАНАДІЮ І ХРОМУ 1.45 MB
  У сучасній промисловості при вирішенні проблеми підвищення експлуатаційних властивостей деталей машин штампів та інструменту великого значення набувають розроблення та впровадження нових технологічних процесів з нанесення захисних...
64334. УПРАВЛІННЯ ФІНАНСОВИМИ РЕСУРСАМИ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВ 244 KB
  Поточна ситуація на життєво важливих для українських аграріїв ринках продукції, кредитів та інвестицій дає підстави стверджувати, що як би добре не було організованим фінансове управління в розрізі суб’єктів на мікрорівні...
64335. Кінетика та механізми мікрохвильового спікання матеріалів з різним типом поглинання енергії НВЧ 7.15 MB
  Серед цих переваг можливість створення унікальних мікроструктур та властивостей які неможливо отримати з застосуванням традиційних методів спікання велика продуктивність методу значне збереження енергії завдяки суттєвому...