WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Таким образом, системное ПО выделяет задачам страницы в ООЗУ и откачивает страницы из ООЗУ на диск. ЦУУП осуществляет подкачку страниц с диска в ООЗУ. Чтобы обеспечить корректную совместную работу системного ПО и ЦУУП, необходимо предусмотреть таблицу свободных страниц ООЗУ, хранящую физические адреса всех свободных страниц ООЗУ. Системное ПО должно забирать адреса из этой таблицы при выделении задачам новых страниц в ООЗУ и помещать адреса в эту таблицу при откачке страниц из ООЗУ на диск. ЦУУП должно забирать адреса из этой таблицы при подкачке страниц с диска в ООЗУ. Аналогично, необходимо предусмотреть таблицу свободных страниц на диске, хранящую свободные адреса страниц на диске. Системное ПО должно забирать адреса из этой таблицы при откачке страниц из ООЗУ на диск, а ЦУУП должно помещать адреса в эту таблицу при подкачке страниц с диска в ООЗУ. Разумеется, все три таблицы – страничного преобразования, свободных страниц в ООЗУ и свободных страниц на диске – должны изменяться согласованно, под контролем ЦУУП.

В третьей главе диссертационной работы определена структура программного комплекса системного сопровождения вычислений для ВСАРР, рассмотрена реализация компонентов программного комплекса.

Чтобы обеспечить гибкость и расширяемость программного комплекса, при его разработке использовался компонентный подход. Необходимо было четко разделить функциональные обязанности между компонентами и минимизировать межкомпонентные взаимодействия. На основе анализа требований к программному комплексу, были выделены следующие основные компоненты.

Клиент – компонента, выполняющаяся на персональном компьютере пользователя, предоставляющая программный интерфейс доступа к ВСАРР.

Посредством этого интерфейса любые программы, выполняющиеся на персональном компьютере пользователя, могут взаимодействовать с основной частью программного комплекса, которая выполняется на хост-машине ВСАРР.

Взаимодействие с программным комплексом значительно упрощается, поскольку клиент берет на себя такие функции, как организация удаленного доступа к ВСАРР, буферизация обмена данными с ВСАРР и так далее.

Административная подсистема – компонента, которая выполняет идентификацию и аутентификацию пользователей, осуществляющих доступ к ВСАРР. Для этого используются встроенные механизмы операционной системы хост-машины ВСАРР. Когда пользователь пытается подключиться к ВСАРР, административная подсистема определяет, какими правами доступа обладает данный пользователь, и сообщает эту информацию остальным компонентам программного комплекса.

Подсистема регистрации потоковых программ – компонента, поддерживающая совместное использование файлов различного типа (в первую очередь, совместное использование прикладных потоковых программ). Эта компонента позволяет пользователям помещать на хост-машину различные файлы, делая их доступными для считывания другими пользователями.

Например, пользователь может зарегистрировать свою потоковую программу под определенным уникальным именем, используя которое, другие пользователи смогут запускать эту программу.

База данных – компонента, осуществляющая хранение различной информации – списка пользователей ВСАРР, списка зарегистрированных потоковых программ, различных административных настроек и так далее.

Процесс-представитель – компонента, которая осуществляет поддержку выполнения потоковых программ и поддерживает обмен данными между потоковыми программами, выполняющимися на потоковой вычислительной машине, и программами, выполняющимися на персональном компьютере пользователя. Процесс-представитель поддерживает окружение потоковой программы – создает начальное окружение и соответствующим образом модифицирует окружение, когда потоковая программа выполняет определенные системные вызовы. Например, процесс-представитель хранит список дескрипторов открытых потоковой программой файлов. Когда потоковая программа выполняет системный вызов доступа к файлу с определенным дескриптором, процесс-представитель непосредственно выполняет запрошенную операцию. Также, процесс-представитель поддерживает преобразование данных из вида, специфичного для потоковой программы (токены определенного формата) в универсальный формат (массивы, списки) и обратно (правила преобразования описываются программистом в самой потоковой программе). Благодаря этому, потоковая программа и программа, выполняющаяся на персональном компьютере пользователя, могут обмениваться данными в удобном для себя формате.

Расширение процесса-представителя – компонента, подключаемая к процессу-представителю с целью расширения его возможностей. Может поддерживать нестандартные форматы обмена данными, нестандартные системные вызовы и так далее.

Супервизор – ключевая компонента программного комплекса, непосредственно отвечающая за прохождение задач на потоковой вычислительной машине. Основными функциями супервизора являются:

• Взаимодействие с потоковой вычислительной машиной – прием и выдача данных и различной управляющей информации.

• Управление задачами, выполняющимися на потоковой вычислительной машине – в том числе, планирование задач.

• Управление памятью потоковой вычислительной машины – в том числе, совместная с ЦУУП организация виртуальной памяти.

В целом, функционирование программного комплекса выглядит следующим образом. Пользователь выполняет свою работу при помощи определенной программы, запущенной на его персональном компьютере. В определенный момент времени, эта программа обращается к клиенту с запросом на запуск потоковой программы. На основании этого запроса, клиент формирует заявку на выполнение потоковой программы и передает ее процессу-представителю. Процесс-представитель создает начальное окружение потоковой программы, генерирует образ потоковой программы и передает его супервизору. Супервизор загружает полученный образ в потоковую вычислительную машину. В процессе своего выполнения, потоковая программа может пересылать токены на хост-машину. Супервизор передает эти токены процессу-представителю, который определяет тип полученного токена. Токены системных вызовов собираются в специальном буфере и затем обрабатываются.

Токены-данные преобразуются в универсальный формат представления данных и отсылаются клиенту.

ПользоАдминистраватель тивная подсистема Подсистема Программа регистрации пользо- База данных потоковых вателя программ Процесс- Потоковая Клиент Супервизор представитель программа Персональный Потоковая компьютер вычислительная Расширение пользователя машина процессапредставителя Хост-машина Рисунок 3. Структура программного комплекса При разработке структуры программного комплекса предполагалось, что основным способом программного доступа к ВСАРР будет доступ через интерфейс клиента, который, как позднее было уточнено, является COMинтерфейсом. Такой интерфейс вполне удовлетворяет требованиям универсальности и надстраиваемости, так как эти требования изначально заложены в COM-технологию. Вместе с тем, COM-интерфейсы не всегда отвечают требованию удобства использования, поскольку не все языки и среды программирования имеют развитую поддержку технологии COM. Поэтому для определенных языков целесообразно было разработать обертки над интерфейсом клиента. Например, такая обертка была разработана для языка Фортран. Эта обертка предоставляет возможность просто и компактно записать процедуру взаимодействия с ВСАРР с использованием языка Фортран.

В четвертой главе диссертационной работы приведены результаты исследования выполнения различных программ на инструментальном испытательном комплексе ВСАРР с использованием программного комплекса системного сопровождения вычислений для ВСАРР.

Для отработки различных научно-технических решений и проверки работоспособности архитектуры ВСАРР в отделе «Проблем построения информационно-вычислительных систем высокого параллелизма» Института проблем информатики Российской академии наук был создан инструментальный испытательный комплекс ВСАРР. Он включает в себя программную имитационную модель ВСАРР, программную блочнорегистровую модель ВСАРР, выполненный на ПЛИС фирмы Altera макет ВСАРР.

С целью проверки работоспособности разработанного программного комплекса на инструментальном испытательном комплексе ВСАРР были пропущены различные классы задач. При этом основной интерес представляло исследование работы программного комплекса в многозадачном режиме. Для проведения исследований использовались задачи, характеризующиеся различными требованиями к доступному объему ассоциативной памяти.

Исследование результатов экспериментов показало, что многозадачный режим работы ВСАРР в ряде случаев позволяет повысить загрузку вычислительной системы. Это объясняется тем, что если каждая из задач по отдельности не загружает вычислительную систему полностью, то параллельное выполнение нескольких задач позволяет добиться полной загрузки.

В работе приводятся результаты параллельного выполнения трех задач – обращение матрицы, пузырьковая сортировка и поиск простых чисел – на конфигурации с 64 ИУ и 64 МАП с различными размерностями задач.

Таблица 1. Загрузка системы в многозадачном режиме работы Номер эксперимента Размерность задач Время работы, тактов Загрузка ИУ 1 10, 200, 1000 13196 2 20, 300, 2000 35088 3 30, 400, 3000 71384 4 40, 500, 4000 121968 5 50, 600, 5000 190370 В данной серии экспериментов использование многозадачного режима обеспечивает заметный прирост производительности по сравнению с монозадачным режимом. Ниже приводится соответствующий график загрузки исполнительных устройств.

Поиск простых чисел Обращение матрицы Пузырьковая сортировка Параллельное выполнение трех задач 1 2 3 4 Номер эксперимента Рисунок 4. Сравнение загрузки системы в монозадачном и многозадачном режиме работы В конце главы приводится формула расчета коэффициента эффективности разработанного программного комплекса. Данный коэффициент получен из отношения чистого времени выполнения задачи к величине накладных расходов, добавляемых программным комплексом к чистому времени выполнения задачи:

Tузл Tсоп Tком min(, ) ЦУУП ХОСТ Kэфф = max,,, где p NИУ i NМАП c Vпр + Vдн + Vупр Tузл – суммарное время выполнения программ узлов (сек);

p – коэффициент многонитевой обработки пар в ИУ;

NИУ – количество ИУ;

Tсоп – суммарное время сопоставления токенов (сек);

i – коэффициент интенсивности откачки-подкачки;

NМАП – количество МАП;

Tком – суммарное время коммутации токенов и пар (сек);

c – коэффициент топологии коммутационной среды токенов и пар;

ЦУУП – скорость обработки информации ЦУУП (байт/сек);

– скорость обработки информации хост-машиной (байт/сек);

ХОСТ Vпр – объем загрузочного модуля программы (байт);

– коэффициент обработки загрузочного модуля программным комплексом;

Загрузка ИУ Vдн – объем начальных данных и результатов вычислений (байт);

– коэффициент обработки начальных данных и результатов вычислений программным комплексом;

Vупр – суммарный объем управляющей информации, передаваемой между хост-машиной и ЦУУП (байт).

Проведенные исследования показали, что разработанный программный комплекс является работоспособным, и подтвердили правильность положений, сформулированных во второй главе диссертационной работы. В ряде экспериментов использование программного комплекса позволило получить прирост производительности ВСАРР в среднем до 20%.

В заключении обобщены основные результаты проведенных исследований и разработок, сформулированы выводы по всей работе.

Основные результаты диссертационной работы 1) Проведено исследование ранее разработанных потоковых архитектур и моделей вычислений, определены их основные недостатки.

2) Предложены принципы функционирования программного комплекса системного сопровождения вычислений для ВСАРР, в том числе, принципы планирования задач в многозадачном режиме работы ВСАРР и принципы организации программной поддержки виртуальной памяти ВСАРР, учитывающие аппаратные механизмы функционирования многозадачного режима работы и виртуальной памяти ВСАРР.

3) Предложена структура программного комплекса системного сопровождения вычислений для ВСАРР, позволяющая организовать многозадачный многопользовательский режим работы ВСАРР.

4) Созданы программные интерфейсы доступа к ВСАРР, позволяющие обеспечить удаленный доступ к ВСАРР и упростить интеграцию ВСАРР в традиционную вычислительную среду.

5) Реализован программный комплекс системного сопровождения вычислений для ВСАРР, создана интегрированная среда разработки для ВСАРР.

6) Проведено исследование выполнения различных программ на инструментальном испытательном комплексе ВСАРР с использованием программного комплекса системного сопровождения вычислений для ВСАРР, подтверждена работоспособность программного комплекса и получены оценки его эффективности.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Ширай А.Е, Петрищев Д.В. Проблемы построения системного программного обеспечения вычислительных систем с автоматическим распределением ресурсов // Сборник «Системы и средства информатики» 2004. Специальный выпуск: «Методы и средства разработки информационно-вычислительных систем и сетей». Москва: Изд-во ИПИ РАН, 2004. – стр. 213-220 (автору диссертации принадлежит описание структуры системного программного обеспечения вычислительных систем с автоматическим распределением ресурсов).

2. Петрищев Д.В., Ширай А.Е. Программные аспекты интеграции вычислительной системы с нетрадиционной архитектурой в традиционную вычислительную среду // Журнал «Искусственный интеллект» 3’2004. Донецк: Изд-во ИПИИ, 2004. – стр. 229-(автору диссертации принадлежит описание функций системного программного обеспечения вычислительной системы с нетрадиционной архитектурой).

3. Петрищев Д.В. Реализация сервера вычислений на базе вычислительной системы с автоматическим распределением ресурсов // Материалы Международной научной конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы – 2004». Т.1. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. – стр. 111-114.

4. Петрищев Д.В. Системная поддержка выполнения потоковых программ на сервере приложений на базе системы с автоматическим распределением ресурсов // Материалы Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные и многопроцессорные системы – 2005». Т.1.

Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. – стр. 328-331.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»