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

47279. Структура тормозного управления автомобиля и требования, предъявляемые к нему 446.74 KB
  Каждая из этих систем включает в себя тормозные механизмы обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод необходимый для управления тормозными механизмами. К тормозной системе автомобиля предъявляются высокие требования. Стояночная тормозная система выполняет также функцию аварийной тормозной системы в случае выхода из строя рабочей тормозной системы. Каждая тормозная система состоит из тормозных механизмов которые обеспечивают затормаживание колес или вал трансмиссий и тормозного привода приводящего в...
47280. Разработка сети электроснабжения нового района города и коттеджного поселка 5.19 MB
  Построение вариантов схемы сети 380 В города и коттеджного поселка. Техникоэкономическое сравнение и выбор оптимального варианта схемы городской сети 380 В. Построение конкурентно способных вариантов схемы сети 10 кВ с учетом коттеджного поселка и выбор электрооборудования.
47282. Классификация и общая характеристика учреждений, предоставляющих социальные услуги 235 KB
  Предоставление социальных услуг без обеспечения проживания это предоставление услуг социального характера консультаций материальной помощи помощи беженцам и аналогичных услуг отдельным лицам и семьям на дому или в других местах. К учреждениям оказывающим социальные услуги без обеспечения проживания относятся комплексные центры социального обслуживания центры социального обслуживания семьи и детей центры социального обслуживания лиц без определенного места жительства и т. В центрах социального обслуживания населения и в отделах...
47283. Управление дебиторской задолженностью открытого акционерного общества «Коммунальные системы БАМа» 680.5 KB
  Сущность дебиторской задолженности Факторы влияющие на уровень дебиторской задолженности. Пути снижения дебиторской задолженности. Управление дебиторской задолженностью на примере ОАО Коммунальные Системы БАМа. Анализ дебиторской задолженности предприятия в целом.
47284. Цех подготовки фабрики газетной бумаги в г. Шклове 2.47 MB
  Определение крановых нагрузок В данном дипломном проекте выполнен расчет одной подкрановой балки расположенной по оси 1 расчётной рамы разрез 11 в пролете 14 которая идентична подкрановой балке по оси 4. Вариант 1 2 крана Используя правило Винклера устанавливаем два груза на балке и находим положение равнодействующей R относительно опоры А: мм Расстояние от критического груза до равнодействующей: С = 24 3 = 06 м По теореме Винклера устанавливаем колёса крана на балке таким образом чтобы расстояние от левой опоры до...
47287. Алгоритм пересчета балансов вершин выделенного пути и его особенности 76.6 KB
  После добавления нового элемента необходимо обновить коэффициенты сбалансированности родительских узлов Если любой родительский узел принял значение -2 или 2, то необходимо выполнить балансировку поддерева путем поворота