Введение к работе
Актуальность работы. В настоящий момент наблюдается несоответствие темпов роста ычислительной мощности ЭВМ с одной стороны, и распространенности вычислительных етей и их пропускной способности - с другой. Исследователи указывают на постепенное амедление скорости роста тактовых частот ЦП, и при этом резкое ускорение темпов роста ропускной способности и снижения стоимости эксплуатации коммуникационных сетей. Это вляется предпосылкой к развитию программно-алгоритмических комплексов организации аспределенных вычислений (РВ), ориентированных на отдельных независимых сследователей и организации, на базе доступных корпоративных и домашних сетей ЭВМ. ети ЭВМ, на которые ориентирована данная диссертационная работа, обладают рядом собенностей, отличающих их от глобальных научных и специализированных ычислительных сетей и кластеров. Перечислим ключевые отличия: корпоративные и домашние вычислительные сети (далее корпоративные сети) состоят из сравнительно небольшого числа ЭВМ (чаще всего нескольких десятков, редко до нескольких сотен), объединенных в локальные сети. Отдельные локальные сети могут быть удаленны друг от друга территориально и связанны через internet-среду, компьютеры, входящие в такие сети, могут существенно отличаться своими аппаратными характеристиками, физической доступностью, видом и надежностью сетевого подключения и режимом использования. Важно отметить, что компьютеры являются неотчуждаемыми, т.е. они не передаются для решения вычислительных задач полностью, и на них могут выполняться задачи пользователей, имеющие более высокий приоритет; наиболее распространенной операционной системой (ОС) в корпоративных сетях является Microsoft Windows.
Организация распределенных вычислений в данном случае имеет ряд важных собенностей: необходимо учитывать характер использования ЭВМ, входящих в такие сети; можно использовать только свободное процессорное время, не мешая работе пользователя; обеспечение надежности процесса вычислений на отдельных ЭВМ приобретает большое значение, так как в такой сети ЭВМ может быть перезагружена, отключена или занята ресурсоемкой задачей пользователя в любой момент времени. Принципы организации распределенных вычислений для таких сетей в данный момент не роработаны достаточно глубоко.
Объект исследований. Объектом исследований являются корпоративные сети ЭВМ, рименяемые для организации распределенных вычислений.
Предмет исследования. Предметом исследования в данной работе являются ффективные алгоритмы назначения заданий при организации распределенных вычислений в орпоративных сетях ЭВМ.
Цель работы. Целью диссертационной работы является создание программно-горитмического комплекса организации распределенных вычислений в корпоративных сетях Вм. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: изучить особенности функционирования ЭВМ в целевых сетях; проанализировать особенности организации распределенных вычислений в таких сетях;
синтезировать специализированные алгоритмы организации распределенных вычислений;
разработать и реализояать r яипе прогряммного продукта имитационную модель процесса проведения распределенных вычислении;
спроектировать и реализовать исследовательский прототип программно-алгоритмического комплекса организации распределенных вычислений, основанный на разработанных алгоритмах;
оценить эффективность синтезированных алгоритмов с помощью программной реализации
имитационной модели;
провести оценку качества работы разработанного программно-алгоритмического комплек
в реальных сетях ЭВМ на практических задачах.
Методы и средства исследований. При решении указанных задач использовали методы теории вероятности, анализа временных рядов, кластерного анализа, объекта
г*тяі*іггіяг\г\тіатіг\гг\ ттптяииипппяиио
Достоверность научных положений и полученных результатов обеспечиваете применяемыми математическими методами и подтверждается практической реализацис разработанных алгоритмов и методов в виде программно-алгоритмического комплекс организации распределенных вычислений и также применением его для решения практическо задачи молекулярной динамики.
Научная новизна заключается в том, что получены новые научные результаты:
разработан алгоритм построения долгосрочного прогноза загрузки ЭВМ задачам пользователя, основанный на выявлении типовых паттернов использования ЭВ пользователем и определении закономерности чередования выявленных паттернов;
разработан метод оценки времени решения подзадач на ЭВМ и прогнозирован вероятности наступления сбоя, основанный на построенном прогнозе загрузки;
разработан алгоритм составления плана назначения подзадач на ЭВМ, учитывающи результаты прогноза загрузки ЭВМ задачами пользователя и метода оценки времен решения подзадач на ЭВМ.
Практическая значимость заключается в применении разработанных теоретически положений и алгоритмов при создании программно-алгоритмического комплекса организацн распределенных вычислений в корпоративных сетях. Создано программное обеспечение по ОС Microsoft Windows в среде Microsoft Visual Studio с использованием язы программирования C++. На данное программное обеспечение получены свидетельства о официальной регистрации программ. Данные программы могут быть использованы в любы корпоративных сетях размероностью до 100 ЭВМ. Разработанное программное обеспечени применено для решения задачи молекулярной динамики.
Положения, выносимые на защиту:
алгоритм построения долгосрочного прогноза загрузки ЭВМ задачами пользователя;
метод оценки времени решения подзадач на ЭВМ и вероятности возникновения сбо основанный на построенном прогнозе загрузки;
алгоритм составления плана назначения подзадач на ЭВМ.
Апробадия работы. Результаты работы были представлены на III Международно научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании производстве», Орел, 24-25 апреля 2008 и на конференции Математические методы технологии ММТТ-22, по материалам которых опубликованы тезисы докладов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные раба размещенные в журналах, рецензирусмыл БАК, пилучени два енидегелылва и рсіиеіраци программ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, 4 главь заключение и список литературы из 76 источников.
