Методи та засоби ефективної обробки паралельних задач в комп’ютерних кластерних системах
| dc.contributor.author | Стіренко, Сергій Григорович | |
| dc.contributor.degreedepartment | обчислювальної техніки | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | інформатики та обчислювальної техніки | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.date.accessioned | 2015-11-13T12:39:51Z | |
| dc.date.available | 2015-11-13T12:39:51Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.description.abstracten | Thesis for a doctor’s degree in engineering sciences, speciality: 05.13.05 – Computer system and components. National technical university of Ukraine "Kiev polytechnic institute", Kiev, 2015. Dissertation is devoted to the theory of parallel computing cluster systems by developing new efficient methods and tools accelerate computational processes with regular and irregular parallelism, more efficient use of computing resources and memory. The concept of extension of the standard model of processing tasks in computing cluster systems containing hardware and software interaction, control and automatic balancing parallel tasks in a dynamic mode that allows to use the potentiality of improving the efficiency of the computational process. New methods of data exchange in parallel systems with local memory, in comparison with known methods can improve the performance of systems by reducing the time required to synchronize data exchange processes. Methods and tools for automatic dynamic parallelizing computations level subtasks, software modules and applications was proposed for cluster systems with local memory to reduce the total execution time of computation and increase the degree of loading equipment. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2015. Диссертационная работа посвящена развитию теории мультипроцессорных компьютерных систем кластерного типа путем разработки новых эффективных методов и средств ускорения вычислений с регулярным и нерегулярным параллелизмом, повышения степени загруженности оборудования и обеспечения гибкой адаптации в динамическом режиме под различную размерность и вычислительную сложность исходной задачи. В работе показано, что отсутствие балансировки на уровне подзадач приводит к неравномерной загрузке вычислительных ядер при решении определенного количества задач, и как следствие, неэффективного использования ресурсов параллельной системы. Предложена концепция расширения стандартной модели обработки задач в кластерных компьютерных системах, которые содержат аппаратно-программные средства взаимодействия, контроля и автоматического балансирования параллельных задач в динамическом режиме, тем самым позволяя использовать потенциальные возможности повышения эффективности вычислительного процесса. Разработаны новые методы организации обмена данными в параллельных системах с локальной памятью, что в сравнении с известными методами позволяет повысить производительность за счет уменьшения затрат времени на синхронизацию процессов обмена информацией. Разработан новый метод балансировки нагрузки на уровне подзадач кластерной компьютерной системы, который позволяет по сравнению с известными методами сократить как общее время выполнения задачи, так и время выполнения отдельных потоков за счет использования механизма выравнивания объема вычислений между несколькими процессорами. Предложенный метод балансировки нагрузки целесообразно реализовывать как дополнительный уровень абстракции над стандартным интерфейсом передачи сообщений, не меняя существующего, что позволяет использовать существующие оптимизированные реализации, а также дает пользователю возможность описывать передачу данных с помощью известных средств. Разработана реализация предложенных выше подходов, которая ориентирована на проведение различного рода измерений и исследований. Предложен метод отложенной передачи данных между узлами вычислительной системы с локальной памятью, который позволяет оценить время передачи, а также определить сам момент передачи, в котором будет выполнено первое обращение к этим данным. Реализация этого метода приводит к уменьшению времени ожидания данных при выполнении переупорядочения обращений в системе или возможной отмены части вычислений во время работы программы. Разработаны подходы к определению времени начала передачи данных, основными из которых являются два, которые определяют нижнее и верхнее ограничение на целесообразность определения времени начала передачи данных. Ограничение снизу является гарантией сохранения корректности вычислений, поскольку данные будут подготовлены перед их пересылкой, а выход за ограничения сверху приводит к необходимости дополнительного ожидания после запроса на использование данных, что вносит задержку в общее время вычисления, снижая при этом коэффициент эффективности. В рамках каждого подхода предложено несколько способов определения неизвестных величин. Для реализации передачи данных по запросам предложено передавать короткие дескриптивные структуры данных, которые содержат информацию о реальном нахождении данных, их структуру и объем. При этом, в случае перемещения процесса вычисления на другой узел необходимо переместить только этот дескриптор, а непосредственно данные могут быть перемещены позже. С целью повышения реакции системы на процесс перебалансировки предложены методы автоматического динамического распараллеливания вычислений на уровне подзадач с формированием графа, элементами которого являются фрагменты разной зернистости, что дает возможность повысить коэффициент эффективности. Разработанные методы позволяют упростить процесс подготовки параллельных программ, а также уменьшить общее время их выполнения. Имитационные и математические методы, модели и средства доведены до практической реализации в виде программного продукта и промышленных образцов. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке новых и модификации существующих параллельных компьютерных систем кластерного типа. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп’ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2015. Дисертація присвячена розвитку теорії паралельних обчислювальних систем кластерного типу шляхом розробки нових ефективних методів і засобів прискорення обчислювальних процесів з регулярним і нерегулярним паралелізмом, підвищенню ефективності використання обчислювальних ресурсів та оперативної пам’яті. Запропоновано концепцію розширення стандартної моделі обробки задач в кластерних комп’ютерних системах, яка містить апаратно-програмні засоби взаємодії, контролю і автоматичного балансування паралельних задач в динамічному режим, що дозволяє використати потенційні можливості підвищення ефективності обчислювального процесу. Розроблено нові методи організації обміну даними в паралельних системах з локальною пам’яттю, що у порівнянні з відомими методами дозволяють підвищити продуктивність систем за рахунок зменшення витрат часу на синхронізацію процесів обміну інформацією. Запропоновано методи та засоби автоматичного динамічного розпаралелювання обчислень на рівні підзадач, програмних модулів і програм в кластерних системах з локальною пам’яттю з метою скорочення загального часу виконання обчислень та підвищити ступень завантаження апаратури. | uk |
| dc.format.page | 43 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/13831 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 004.382.2, 004.75 | uk |
| dc.title | Методи та засоби ефективної обробки паралельних задач в комп’ютерних кластерних системах | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | doctor | uk |
| thesis.degree.name | доктор технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.13.05 - комп’ютерні системи та компоненти | uk |