Метод оптимізації паралельних обчислень в розподілених гетерогенних комп’ютерних системах на основі багаторівневого балансування навантаження
Дата
2020
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Структура i обсяг роботи: магістерська дисертація викладена на 128
cторiнкаx, складається зі вступу, 3 розділів, висновку, містить 20 рисунків, 4
таблиці, 13 формул, список використаних джерел із 33 найменувань на 5
cторiнкаx.
Актуальність роботи. Станом на сьогодні спостерігається поява все
більшої кількості комп’ютерних систем які мають гетерогенну структуру,
засновану на використанні центрального процесора та акселераторів з
відмінною від нього архітектурою. В той же час, для достатнього рівня
швидкодії складних програмних комплексів стає не достатньо застосування
лише паралельних систем, стандартною практикою для високонавантажених
обчислень стає їх розгортка в розподілених комп’ютерних системах, для яких
паралельні системи є лише складовими елементами. Для всіх розподілених
систем одним з ключових факторів, що визначають ефективність роботи
системи, є вміле балансування навантаження на всіх рівнях цієї системи.
Вирішенню цієї NP-повної задачі наразі присвячено цілий розділ комп’ютерних
наук, але вона досі лишається актуальною проблемою, оскільки абсолютно
ідеального рішення за прийнятний час в ній знайти наразі не можливо. А в
випадку, коли кінцеві вузли розподіленої системи являють собою гетерогенні
комп’ютерні системи, то задача ускладняється ще більше, оскільки необхідно
провести балансування обчислень між різнорідними елементами із зазвичай
значно відмінними між собою характеристиками продуктивності та
комунікабельності.
Наразі існує великий набір стандартних методів балансування
навантаження в розподілених системах, але більшість із них орієнтовані на
конкретний тип задач, лише невелика кількість не прив’язані до конкретних
задач. сучасні засоби організації паралельних обчислень в розподілених
комп’ютерних системах з акселераторами приймають низький рівень
абстракції, що веде до рядку складнощів та обмежень. Вбудовані в них методи
балансування навантаження орієнтовані на гомогенні і здебільшого
повнозв’язні системи.
Мета роботи: підвищення ефективності проведення паралельних
обчислень в гетерогенних розподілених комп’ютерних системах шляхом
оптимального розподілу та балансування навантаження на її складові елементи.
Завдання дослідження:
1. Виконати аналіз сучасних підходів до організації паралельних обчислень в
РГКС, а також основні методи оптимізації таких обчислень.
2. Виділити основні проблеми які виникають при організації РГКС та
паралельних обчислень в них, дослідити та систематизувати існуючі
пропозиції їх вирішення.
3. Запропонувати методи та підходи до вирішення виявлених проблем, які
дозволять підвищити ефективність паралельних обчислень в РГКС.
4. Провести експериментальні дослідження ефективності запропонованих
методів та підходів шляхом розробки та тестування пакету програм для
реальних РГКС.
5. Провести порівняльний аналіз створених програмних комплексів для
РГКС із вже існуючими реалізаціями альтернативних підходів за
показниками максимально досягнутих показників прискорення та
ефективності.
Об’єкт дослідження: паралельні та розподілені обчислення,
високопродуктивні обчислення.
Предмет дослідження: методи організації паралельних обчислень в
розподілених гетерогенних комп’ютерних системах, методи планування
обчислень та балансування навантаження в РГКС.
Методи дослідження: методи статистичного опрацювання даних, теорія
паралельних та розподілених обчислень, теорія планування, теорія оптимізації,
теорія компіляторів, теорія алгоритмів, теорія графів.
Публікації:
1. «Дослідження ефективності дрібнозернистого паралелізму в багатоядерних
комп'ютерних системах», «Вісник НТУУ «КПІ. Інформатика, управління
та обчислювальна техніка: зб. наук. праць», 2020, № 66, с. 56 – 61. Також
результати та розвиток цього дослідження були представлені на
міжнародних конференціях CSNT-2017, CSNT-2018, ICSFTI-2018 та
опубліковані у відповідних збірниках праць даних конференцій.
2. «Neural network acceleration method in the two-component CPU-GPU
computer systems», Збірник тез доповідей VI Міжнародної конференції
«High Performance Computing» (HPC-UA 2020) [на рев’ю]. Також матеріали
цього дослідження були представлені на міжнародних конференціях
CSNT-2019, ICSFTI-2019 та опубліковані у відповідних збірниках праць
даних конференцій.
3. «Застосування технології WCF для підвищення ефективності обчислень в
сучасних розподілених комп’ютерних системах», Збірник тез доповідей
XIII Міжнародної науково-технічної конференції «Комп’ютерні системи та
мережні технології» (CSNT-2020) [очікує публікації].
4. «Застосування технології WCF для підвищення ефективності паралельних
обчислень в хмарних розподілених комп’ютерних системах», Безпека.
Відмовостійкість. Інтелект: збірник праць міжнародної науково-практичної
конференції ICSFTI2020 [очікує публікації].
Опис
Ключові слова
паралельні обчислення, розподілені комп’ютерні системи, гетерогенні комп’ютерні системи, кластерні системи, акселератори, планування обчислень, балансування навантаження, відвантажені обчислення, відкладені обчислення, потоки, ядра, графічні процесори, parallel computing, distributed computer systems, heterogeneous computer systems, cluster systems, accelerators, calculations scheduling, load balancing, deferred evaluation, deferred evaluation, threads, cores, graphical processing units
Бібліографічний опис
Демчик, В. В. Метод оптимізації паралельних обчислень в розподілених гетерогенних комп’ютерних системах на основі багаторівневого балансування навантаження : магістерська дис. : 121 Інженерія програмного забезпечення / Демчик Валерій Валентинович. – Київ, 2020. – 128 с.