WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Затронуты вопросы эффективности параллельных программ. Дано определение понятию эффективной параллельной программы и перечислены свойства такой программы. Также рассмотрена задача адаптации программ к архитектуре параллельных компьютеров. Уделено внимание проблемам отладки и мониторинга Рис 1. Геометрическое разбиение счетной области.

параллельных программ.

В главе большое внимание уделено вопросам распределения нагрузки между процессорами. Рассмотрены следующие варианты параллельных систем:

9 • независимые вычисления одинаковой трудности на гомогенных процессорах;

• независимые вычисления одинаковой трудности на гетерогенных процессорах;

Данные Данные • независимые вычисления различной трудности на гомогенных процессорах;

• независимые вычисления различной трудности на гетерогенных процессорах;

Узел N1 Узел N• зависимые вычисления одинаковой трудности на гомогенных процессорах;

1 Очередность • зависимые вычисления одинаковой трудности на гетерогенных процессорах; передачи данных Данные • зависимые вычисления различной трудности на гомогенных процессорах;

• зависимые вычисления различной трудности на гетерогенных процессорах.

3 В главе затронут вопрос разработки архитектуры визуализатора на модульной основе. Также во второй главе рассмотрен ряд механизмов визуализации в Визуализирующий узел реальном времени на параллельных вычислительных комплексах, произведен их Данные Данные сравнительный анализ и сравнение, выделены достоинства и недостатки, а так же четыре основных подхода к их реализации:

Узел N3 Узел N1. Визуализация на выделенном узле (рисунок 2). Данные целиком передаются на визуализирующий узел, где и происходит их обработка.

Рис. 3. Последовательная визуализация на выделенном узле 3. Визуализация на счетных узлах (рисунок 4). При третьем подходе каждый счётный узел осуществляет визуализацию своей собственной части данных, а Данные Данные затем части изображения передаются на визуализирующий узел, где они объединяются в единое изображение.

Узел N1 Узел NДанные Данные Все данные Узел N1 Узел NФрагмент изображения Визуализирующий узел Данные Данные Узел N3 Узел N4 Визуализирующий узел Данные Данные Рис. 2. Визуализация на выделенном узле.

2. Последовательная визуализация на выделенном узле (рисунок 3). Второй подход Узел N3 Узел Nявляется разновидностью первого. В этом случае данные с узлов передаются на Рис. 4. Визуализация на счётных узлах визуализирующий узел не все сразу, а добавляются в очередь. Визуализирующий 4. Визуализация с предварительной обработкой данных на счётных узлах (рисунок узел осуществляет визуализацию по частям и далее формирует общее 5). Часть проблем, связанных с большими объемами данных при визуализации, изображение можно решить за счет подхода, заключающегося в рассылке на вычислительные узлы, где размещены данные, некоторых общих правил их обработки, например, 11 правил выборки из распределенного массива. Тогда объем пересылаемой 2-х мерной счетной области в случае 4-х процессоров будет выглядеть, как показано информации резко уменьшается. на рисунке 6.

Данные Данные Frozen Выборка Узел N1 Узел NДомен 1 Домен 2 Домен 3 Домен Данные Рис 6. Простое разбиение счетной области.

Но такое разбиение далеко от оптимального варианта. Большую часть расчетной Визуализирующий узел области занимает несчитаемая область (frozen), так как ударная волна расположена в Данные Данные левой части. В результате 3-ий и 4-ый процессор практически полностью Узел N3 Узел N4 простаивают. Исходя из статистики загруженности процессоров, мы можем переразбить счетную область с целью сравнять нагрузку на счетных узлах (рисунок 7).

Рис. 5. Визуализация с предобработкой на счётных узлах.

При рассмотрении и анализе предлагаемых методов говорится о ряде критериев, по которым производится оценка их сильных и слабых сторон. К таким критериям относятся: Frozen • максимально возможный объем визуализируемых данных;

• затраты связанные с передачей информации на сервер визуализации;

Домен • производительность;

• затраты времени при вынужденных ожиданиях;

Рис. 7. Оптимальное разбиение с точки зрения производительности.

• сложность и надежность алгоритма визуализации;

Кроме того, следует учитывать наличие свободной памяти, доступной • объем дополнительно затраченной памяти для осуществления визуализации и т.д.

каждому процессору. С учетом этого оптимальное распределение может выглядеть, В третьей главе рассмотрены принципиальные проблемы, связанные с как показано на рисунке 8.

реализацией параллельной версии пакетов программ численного моделирования и предложены пути их решения, описаны механизмы распределения данных на вычислительных узлах, процесс их обработки, сбора, синхронизации.

Frozen Предложен механизм динамической балансировки, обеспечивающий по возможности равномерную загрузку счетных узлов. Алгоритм балансировки основан на изменении объема обрабатываемых данных на процессорах. Критерием Домен 1 Домен 2 Домен 3 Домен перераспределения служит статистика, накапливаемая на каждом узле в процессе Рис. 8. Оптимальное разбиение с учетом доступного объема памяти.

численного моделирования.

Балансировка загрузки процессоров позволяет существенно повысить Рассмотрим в качестве примера задачу численного моделирования движения производительность программы на МВС (многопроцессорная вычислительная тела в газе. Ранее был предложен способ распараллеливания таких алгоритмов система), особенно в случае неоднородных кластерных систем. Кроме того, этот моделирования, основанный на вертикальном разбиении счетных областей. Разбиение подход позволяет учесть и предотвратить потери производительности в случае Домен Домен Домен 13 снижения производительности отдельных узлов из-за параллельного запуска задач высоту отдельных участков поверхности Земли или отдельные детали образования другого пользователя. вихря на угле (рисунок 10, 11).

В главе рассмотрена разработка выбранной схемы визуализации на параллельных вычислительных комплексах, описана система рассылки сообщений на счетные узлы кластера о запросе на выборку данных. Рассмотрен механизм выборки на счетных узлах, и последовательность сбора с них полученных результатов на визуализирующий узел, приведен ряд схем, наглядно описывающих происходящие Рис. 10. Распределение высот на поверхности Земли.

процессы на счетных узлах. Например, выбор ячеек при прореживании данных на различных узлах (рисунок 9).

1-ый счетный узел 2-ый счетный узел N-ый счетный узел 0,0 1,0 2,0,0,2 2,...

Рис. 11. Образование вихря на угле.

В этом случае требуется другой механизм сбора информации, при котором задействован только ряд вычислительных узлов. Данные выбираются непрореженными, но только в заданных геометрических областях (рисунок 12).

k,n 1-ый счетный 2-ый счетный 3-ий счетный Для первого узел узел узел Для презентации с прореживанием домена номер 0,0 1,0 2,в 5 раз, выбор во втором домене ячейки для начала 0,начинается с 4-ой ячейки.

выборки (с любым 0,шагом) всегда Для презентации с равен 1.

прореживанием в 2 раза выбор во втором домене начинается с 0-ой ячейки.

Счетная область (домен) - Ячейка, участвующая в выборке с - Ячейка, не участвующая в выборке k,n шагом - Граничная ячейка (не участвующая в - Ячейка, участвующая в выборке с выборке) шагом Непрореженная выборка Непрореженная выборка треугольной формы прямоугольной формы Рис. 9. Выборка прореженных данных со счетных узлов (двумерный случай).

Счетная область (домен) - Ячейка, не участвующая в выборке Описан ряд возникающих проблем и путей их решения связанных с - Граничная ячейка (не участвующая в выборке) последующей визуализацией пропорционально уменьшенных тел вместе с - Ячейки участвующие в выборке прореженными данными, приводятся сведения о процессе получения двумерных и одномерных срезов.

Рис. 12. Выборка непрореженной области данных (двумерный случай).

Рассмотрена проблема выборочного сбора данных с узлов с целью Кроме того, в главе рассматривается структура подсистемы визуализации с детального изучения отдельных фрагментов картины моделируемого процесса или точки зрения преобразований и реорганизацией данных (рисунок 13), описаны ее внешних данных для визуализации. Например, интересно подробно рассмотреть 15 функциональные возможности и преимущества в сравнении с другими подобными программный инструментарий для обеспечения связи между ветвями параллельного системами. Визуализатор основан на модульной архитектуре, позволяющей дополнять приложения. Кратко описан протокол TCP/IP, используемый как транспорт для установленный пакет новыми возможностями при помощи подключения внешних пересылки данных между вычислительными узлами. В качестве средства создания модулей (plug-in). Используя специфичные внешние модули, можно использовать модульной и расширяемой системы визуализации рассмотрена модель компонентных один и тот же пакет для работы с самыми разнообразными данными и в самых объектов (COM).

различных предметных областях. Внешние модули для визуализатора могут создаваться как разработчиками пакета, так и его пользователями. Применение В четвертой главе описываются результаты использования предложенных в подобной архитектуры позволило достичь значительной гибкости при комплексной работе решений при создании законченных программных комплексов. Делается визуализации абстрактных данных.

вывод, что параллельные алгоритмы численного моделирования и схема визуализации Data in any с предобработкой на счётных узлах были успешно реализованы в пакете format GasDynamicsTool. Пакет рассчитан для работы на многопроцессорных неоднородных вычислительных комплексах, и позволяет осуществлять динамическую визуализацию DataSource (plugin) данных с объёмом, значительно превышающим размер оперативной памяти визуализирующего узла. Пакет обладает хорошими показателями масштабируемости Basicdata streams (рисунок 14).

CoordinateTransformation (plugin) Basic datastreams Basic datastreams (transformed) FunctionalTransformation (plugin) Basic data Basic data Additional data streams streams streams (transform ed) Visualization (plugin) DIBs Output (plugin) Pictureorframe Рис. 14. Ускорение расчета при увеличении числа процессоров.

in anyformat В главе приведены характеристики разработанного пакета, с точки зрения его Рис. 13. Последовательность преобразований над собранными данными для масштабируемости и производительности. Перечислены поддерживаемые аппаратные визуализации.

платформы и операционные системы (таблица 1).

В главе описан этап разработки с точки зрения программирования, выбора инструментов для реализации конечного программного продукта. Приводятся инструменты проектирования в рамках объектно-ориентированной технологии и кроссплатформенной реализации, рассматривается использование MPI - стандарта на 17 тормоз орудия Д-30. Данное исследование представляет собой решение реальной Таблица 1. Поддерживаемые программные и аппаратные платформы.

проблемы деформирования блока стабилизаторов после прохождения снаряда через Communication Communication CPU Operating Systems Compilers дульный тормоз, возникшей при отработке противотанковой системы «Китолов».

Hardware Software Intel Pentium (x86 Linux (Red Hat family) 7.3, 8, 9; Debian В заключении приведены основные теоретические и практические Visual C++ 6 Ethernet MPICH 1.2.x 3.0; other modern результаты, полученные в диссертации.

distributives).

Windows NT, MPICH-GM Visual C++.NET Myrinet 2000, XP 1.2.5..12 > ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработан и протестирован высокоэффективный параллельный код для Solaris 8 GCC 2.95 SCI LAM 6.x визуализации сверхбольших массивов данных в режиме on-the-fly. Разработаны и GCC 2.96 LAM 7.реализованы в виде конечных программных продуктов алгоритмы обработки и SCALI SSP 2.x, визуализации сверхбольших объемов данных для параллельных вычислительных PGI C++ 3.x комплексов. Реализован механизм динамической балансировки нагрузки на Intel C++ 5 (Win) MP-MPICH 1.2.вычислительные узлы в пакете численного моделирования.

Intel C++ 6 (Win) 2. Предложены основные принципы управления визуализацией данных, опираясь на которые, исследователь получает адекватную картину изучаемого явления.

Intel C++ 7.Реализация этих принципов с использованием современных технологий Intel C++ 8.трехмерной графики, полупрозрачных цветовых шкал и картографии цветов, AMD Opteron SuSE Linux GCC 3.2, 3.3 Myrinet 2000 MPICH 1.2.x обеспечивает качественный скачок в компьютерном моделировании.

(AMD-64) Enterprise Server 3. Реализована архитектура взаимодействия разработанной системы обработки PGI C++ 5 Ethernet MPICH-GM 8.1.2.5..12 > информации с параллельными солверами прикладных пакетов численного моделирования физических процессов. Достигнута хорошая масштабируемость, LAM 6.x эффективность по быстродействию и работе с ресурсами памяти. Обеспечена LAM 7.совместимость с наиболее распространенными аппаратными платформами, Sun UltraSPARC Solaris 2.6 Sun Workshop Ethernet MPICH 1.2.x операционными системами и графическими форматами. В частности, применение 32-bit C++ разработанной системы визуализации в пакете GasDynamicsTool позволило GCC 2.95 LAM 6.x использовать этот пакет для расчета областей размером 109 ячеек в режиме динамической работы с проектами.

Intel Itanium 2 Linux Red Hat 7.3 Intel C++ 7 Ethernet MPICH-GM (IA-64) 1.2.5..12 > Intel C++ 8 Myrinet PowerPC G5 Linux GCC MacOS X Приводится расчет прохождения оперенного снаряда через дульный тормоз, полученный благодаря использованию предложенных в диссертации идей и методик.

Целью данного исследования являлась оценка величины газодинамического воздействия продуктов сгорания метательного заряда, действующего на блок стабилизаторов изделия «Китолов-2М» в момент прохождения его через дульный 19 9. Зибаров А.В., Пирумов В.С., Карпов А.Н.. Свидетельство об официальной ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ регистрации программ для ЭВМ №2005610481 от 21 февраля 2005. СОПР "HOMOS".

1. Зибаров А.В., Бабаев Д.Б., Карпов А.Н., Комаров И.Ю., Константинов П.В., 10. Dmitry A.Orlov, Alexey V. Zibarov, Аndrey N. Karpov, Ilya Yu. Komarov, Vladimir Миронов А.А.. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ V. Elesin, Evgeny A. Rygkov, Andrey A. Parfilov, Anna V. Antonova. CFD Problems №2003610902 от 14 апреля 2003. Adaptive Grid Expert (AGE).

Pages:     ||
|



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.