Ульяновский Государственный Университет

2000

Записка по курсовой работе

“Менеджер управления распределенными вычислениями в локальной сети”

Выполнил: студент группы ПМ-52

Никифоров Ю.В.

Преподаватель: Дулов Е.В.

2000

1. Модель среды параллельного программирования

В качестве физической архитектуры параллельного компьютера используется локальная сеть LAN Ethernet. Таким образом, параллельный компьютер состоит из некоторого количества процессоров P, соединенных между собой линией передачи данных.

В модели параллельного программирования используются две абстракции: задача(task) и канал(channel).

Данная модель характеризуется следующими свойствами:
1. Параллельное вычисление состоит из одного или более одновременно исполняющихся задач (процессов), число которых может изменяться в течение времени выполнения программы.
2. Задача - это последовательная программа с локальными данными. Задача имеет входные и выходные порты, которые служат интерфейсом к среде процесса.
3. В дополнение к обычным операциям задача может выполнять следующие действия: послать сообщение через выходной порт, получить сообщение из входного порта, создать новый процесс и завершить процесс.
4. Посылающаяся операция асинхронная - она завершается сразу, не ожидая того, когда данные будут получены. Получающаяся операция синхронная: она блокирует процесс до момента поступления сообщения.
5. Пары из входного и выходного портов соединяются очередями сообщений, называемыми каналами. Каналы можно создавать и удалять. Ссылки на каналы

(порты) можно включать в сообщения, так что связность может измениться динамически.
6. Процессы можно распределять по физическим процессорам произвольным способами, причем используемое отображение (распределение) не воздействует на семантику программы. В частности, множество процессов можно отобразить на одиночный процессор.

2. Временные характеристики параллельной программы

Время выполнения программы – время, прошедшее с момента запуска первого процессора до момента завершения выполнения последнего (получения результата).

T = f (N, P, U, …)

где N - размерность задачи, P - количество процессоров, U - количество задач параллельного алгоритма.

Во время выполнения каждый процессор может находиться в трёх состояниях: вычисление (computation), обмен данными (communication) и ожидание (idle). Соответственно, определяется время нахождения процессора в каждом из них:
Следовательно, время выполнения T может быть определено следующим образом:

или

Время вычисления алгоритма Tcomp может быть равным времени выполнения соответствующего не распараллеленного (последовательного) алгоритма и зависит от размерности N задачи. Если параллельный алгоритм вносит дополнительные вычисления, тогда время вычисления зависит также и от количества задач U и процессоров P.

Время обмена данными алгоритма Tcomm это время, затраченное на прием и передачу данных между задачами. Существуют два вида обмена данными: между процессорами и внутри процессора. Первый тип обмена осуществляется между задачами находящимися на разных процессорах, т.е. по каналу связи. Второй тип обмена происходит, если взаимодействующие задачи находятся на одном процессоре, поэтому в данном случае обмен осуществляется гораздо быстрее, чем в первом, и по экспериментальным данным этим временем можно пренебречь.

Время передачи пакета данных между процессорами можно представить в виде следующего выражения:

где ts – время инициализации передачи, tw – время передачи единицы (слова) данных. Таким образом, в идеале имеем линейную зависимость времени передачи от длины данных.
Но в сети типа Ethernet для обмена данными для всех процессоров используется единственный канал связи. Если два процессора хотят передать данные в одно и то же время, реально будет передавать только один из них, а второй будет ожидать окончания передачи первого. Т.е. имеет место разделение канала связи во времени. Если S – количество конкурирующих процессоров нуждающихся в передаче данных, то предыдущая формула изменится следующим образом:

Таким образом, реальная пропускная способность канала равна S-1.

Время ожидания (простоя) алгоритма Tidle. Процессор может простаивать в одном из двух случаев:
. при отсутствии загруженных на него задач;
. при отсутствии входных данных задачи.