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

30012. Определение возможности использования нетрадиционного сырья, полученного из пивной дробины в производстве пряников 590.53 KB
  При их изготовлении применяют пряности и другие вещества не только улучшающие вкус и аромат но и ускоряющие усвоение этих изделий [3]. Также под пищевыми волокнами растительные диетические волокна балластные вещества подразумевается группа компонентов пищи которые не расщепляются ферментами желудочнокишечного тракта человека. Изучение физиологических свойств пищевых волокон показало что они обладают способностью связывать воду с растворенными в ней низкомолекулярными веществами нормализовать микрофлору кишечника связывать и...
30014. Технология производства пряников с использованием пивной дробины 607.85 KB
  3 Использование пивной дробины в различных отраслях производства 2ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯЧАСТЬ. В связи с этим целью нашей работы является изучение возможности использования нетрадиционного сырья полученного из пивной дробины в производстве пряников. Твердая фаза дробины содержит оболочку и нерастворимую часть зерна жидкая безазотистые экстрактивные вещества жиры и белки входящие в состав зерновых продуктов. Химический состав пивной дробины зависит от качества солода количества и качества несоложеного сырья а также сорта...
30015. Межевание и постановка на кадастровый учет земельных участков, образованных путем перераспределения 64.87 KB
  Актуальность исследуемой темы является на сегодняшний день. Ведь только после межевания и постановки земельного участка на кадастровый учет, у органов государственной власти появляется полная и точная информация о нём. Это позволяет пополнять государственный бюджет за счет налогообложения. А для собственников межевание и постановка на кадастровый учет их земельных участков является гарантией их прав, в связи с их государственной регистрацией.
30016. Доплаты и надбавки к заработной плате, их роль в стимулировании труда 108.36 KB
  Оплата труда и премирование.Виды оплаты труда с использованием премиальной системы.Доплаты и надбавки к заработной плате их роль в стимулировании труда29 3. Поощрительные системы оплаты труда прежде всего следует различать по назначению определяющему взаимосвязи поощрительной оплаты с основным заработком а также желание сотрудника выполнять свои обязанности выше установленных норм.
30017. Особенности приготовления блюд русской кухни 1022.86 KB
  Русская кухня давно пользуется широкой известностью во всем мире. Это проявляется как в прямом проникновении в международную ресторанную кухню исконно русских пищевых продуктов
30018. Учет труда и расчетов с персоналом по оплате труда 177.69 KB
  Методика учета расчетов с персоналом по оплате труда 14 1. Структура оплаты труда работников предприятия 19 2.2 Оценка состояния учета расчетов с персоналом по оплате труда 29 2.
30019. Технические условия на изготовление сварочной конструкции 490.35 KB
  Закономерности сварки плавлением излагаются в тесной связи со спецификой отдельных ее видов. Наибольшее внимание уделено дуговой сварке занимающей ведущее положение по сравнению с другими видами сварки. Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию таких отраслей техники как ракетостроение атомная энергетика радиоэлектроника и др.