Программное и аппаратное обеспечение распределенных и суперкомпьютерных систем. Рубрика в журнале - Программные системы: теория и приложения
О проблеме организации кластеров мультиклиентских баз данных
Статья научная
Переход к парадигме SaaS несет как множество преимуществ конечным пользователям, так и множество проблем разработчикам программного обеспечения. Одной из таких проблем является организация хранилища данных, которое могло бы удовлетворить нужды клиентов компаниипровайдера услуг, обеспечив при этом достаточно простой прикладной интерфейс для разработчиков, а также предоставить широкие возможности для администрирования и масштабирования. В данной работе проводится краткий анализ существующих проблем в области организации облачных систем хранения данных, основанных на реляционной модели, а также предлагается концепция кластера РСУБД, предназначенного для обслуживания приложений с мультиклиентской архитектурой.
Бесплатно
О процессах управления в системах взаимодействующих спинов
Статья научная
Модель управляемой квантовой системы взаимодействующих спинов на основе уравнения Шредингера, содержащего линейное неограниченное управление, преобразуется по известной из теории вырожденных задач схеме к производной системе, эквивалентной исходной, но регулярной и симметричной, что открывает новые возможности исследования для различных частных случаев. Рассматривается характерный случай, когда управляющее воздействие распространяется на все спины равномерно. В этом случае производная система становится обычным уравнением Шредингера с импульсным управлением лишь на границах временного отрезка. Предлагается эффективный алгоритм оптимизации управления.
Бесплатно
Обзор методов планирования заданий в Desktop Grid
Ред. заметка
В статье представлен научный обзор современного состояния исследований в области планирования заданий в вычислительных системах типа Desktop Grid. Проведен обзор научных публикаций за период с 1999 по 2017 гг. и выполнен анализ критериев и методов оптимизации, предложенных в научных работах для повышения эффективности планирования заданий в Desktop Grid.
Бесплатно
Облачная система подстройки параметров алгоритмов
Статья научная
В статье описана система, предназначенная для поиска лучших (в том или ином смысле) настроек алгоритма. Система работает и с дискретными, и с непрерывными параметрами, а также использует параллелизм, предоставляемый публичными облаками. В работе представлено общее описание системы, метод оценки производительности алгоритма в облаке и численные результаты использования системы на нескольких наборах тестовых задач.
Бесплатно
Обоснование методов ускорения гнёзд циклов итерационного типа
Статья научная
Рассматривается ускорение итерационных алгоритмов, которые встречаются при решении задач математической физики, математического моделирования, обработки изображений и других. В программной реализации таких алгоритмов лежат гнёзда циклов (участки программы, состоящие из вложенных циклов). Такие гнёзда циклов ускоряются при помощи комбинации оптимизирующих преобразований, включающих тайлинг, метод гиперплоскостей и распараллеливание на общую память. Обосновывается эквивалентность комбинации используемых преобразований программ. Предлагается и обосновывается метод изменения порядка обхода тайла. Метод даёт ускорение за счёт увеличения количества чтений данных из регистров, вместо чтений из более медленной памяти. С учётом этого метода получена формула вычисления оптимальных размеров тайлов. Представленной в статье цепочкой преобразований достигается ускорение в 1.4 раза большее, чем в известном алгоритме оптимизации, реализованном в системе PLUTO. Приводятся численные эксперименты, которые в некоторых случаях на процессоре с 8 ядрами демонстрируют ускорение относительно исходных последовательных программ более чем на порядок. Результаты статьи могут использоваться для ручной и автоматизированной оптимизации программ.
Бесплатно
Ред. заметка
В параллельных балансировщиках задач, работающих по стратегии work-stealing, каждый процессор имеет свой дек (deque) задач. Один конец дека используется только владельцем для добавления и извлечения задач, а другой — для перехвата другими процессорами. Целью работы является построение и анализ математических моделей процесса работы с двумя циклическими деками, расположенными в общей памяти. Параметрами этих моделей являются вероятности операций на каждом шаге дискретного времени (возможно как последовательное, так и параллельное выполнение операций). Модели строятся в виде случайных блужданий по целочисленной решетке на плоскости. На основе вышеупомянутых моделей решены задачи оптимального разделения памяти при некоторых стратегиях перехвата элементов. В качестве критерия оптимальности рассматривается максимальное среднее время до переполнения памяти. Проведены статистические исследования по оценке вероятностей операций работы с деками для нескольких типов задач, выполняемых в реализованном балансировщике. Для полученных вероятностей операций работы с деками проведены численные эксперименты по анализу разработанных моделей
Бесплатно
Организация взаимодействия активных объектов однородных цифровых структур
Статья научная
В статье расширены возможности взаимодействия активных устройств (объектов) однородных цифровых систем. Система состоит из объектов, которые расположены в пределах не более нескольких десятков метров и организуют свое взаимодействие только собственными средствами. Объекты могут быть стационарными и мобильными с произвольным и изменяемым во времени взаимным расположением объектов. Однородность системы означает отсутствие внешнего управления и равные возможности объектов в организации их взаимодействия. Связи между объектами беспроводные с использованием оптических или радиосигналов. Сигналы любого объекта-источника непосредственно поступают ко всем объектам-приемникам. Объект получает право передачи сигналов детерминировано в соответствии со значением его приоритета, задаваемым динамически или статически. Предложенные структура и способы взаимодействия позволяют объектам кроме обычного для распределенных систем обмена сообщениями выполнять распределенные групповые (ассоциативные) операции. В них объекты одновременно устраняют группу конфликтов доступа к общему каналу обмена данными, определяют состояние всех объектов системы и синхронно выполняют совместные действия объектов, реагируя на непредвиденно изменяющиеся внешние условия. Группа одновременно участвующих в групповой операции объектов выбирается с указанием набора критериев, которым должны обладать объекты. Однородность системы существенно упрощает ее техническую реализацию, но включение в систему неоднородности при усложнении системы ускоряет выполнение групповых операций. Поэтому однородную систему предлагается использовать в основном для связи между активными периферийными устройствами и связи этих устройств с более сложными компьютерами кластера.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен обзор существующих систем организации отказоустойчивых вычислений; рассмотрены функциональные характеристики разработанной высокопроизводительной системы на основе вычислительного ядра, специального интерфейса и прикладных модулей. В основе предлагаемой системы организации вычислений лежит распределенная NoSQL СУБД Apache Cassandra, обеспечивающая механизмы отказоустойчивого хранения и автоматической репликации данных в гетерогенной вычислительной среде. Система, оснащенная специальным графическим интерфейсом, позволяет разрабатывать решения для различных прикладных областей. Подключаемые модули могут выполнять в том числе и функции визуализации потоков данных.
Бесплатно
Ред. заметка
В работе исследовался т.н. крупноблочный подход к реализации параллельной работы метода ветвей и границ (МВГ). Исходная задача частично-целочисленного программирования разбивается на несколько подзадач посредством фиксации значений у части целочисленных переменных. Подзадачи решаются параллельно пулом МВГ-решателей. Если в ходе решения подзадач появляется допустимое решение, с наилучшим на данный момент значением целевой функции, то это число рассылается другим решателям. Такой обмен рекордными значениями критерия позволяет взаимно ускорить решение подзадач за счет сокращения перебора вершин дерева ветвлений алгоритма МВГ. Запуск подзадач и обмен данными обеспечивается средствами платформы Everest. В результате тестирования разработанной распределенный системы на случайным образом сгенерированных задачах линейного программирования с частично-булевыми переменными было обнаружено заметное ускорение
Бесплатно
Параллельное сложение вещественных чисел в системах счисления с перекрытием
Статья научная
В данной работе исследуется интервальное представление действительных чисел в системах счисления с перекрытием. Для задачи сложения группы чисел предложена классификация решений, описан класс решений, обладающих поразрядным параллелизмом, и предложено два параллельных алгоритма. Найдены ограничения на параметры системы, при которых достигается заданная точность.
Бесплатно
Параллельный алгоритм подбора одноблочной MD5-коллизии
Статья научная
В работе описан параллельный алгоритм поиска коллизий хэшфункции MD5 и его имплементация с результатами прогона на вычислительном кластере. Параллельная программа поиска коллизии реализована на языке Си++ с использованием библиотеки MPI. Исходный код программы базируется на последовательной версии пограммы поика коллизий от нидерландского ученого Марка Стивенса. Автор уверен что алгоритм распараллеливания может быть применен для разработки эффективных параллельных программ поиска коллизий хэш-функций, алгоритм работы которых основан на разностном методе Вань. В ходе данного исследования с использованием высокопроизводительного кластера открыта новая пара одноблочных сообщений, MD5-дайджесты которых совпадают (образуют коллизию).
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования было создание параллельной программной реализации численного метода реконструкции моделей поверхности прочности первичного разрушения исследуемых композиционных материалов. Использовался квадратичный критерий прочности Малмейстера–Ву. В основе использовались методы асимптотического осреднения (Бахвалов Н. С., Победря Б. Е.) и конечных элементов. Программная реализация была создана в рамках графоориентированной технологии, реализованной в Распределенной вычислительной системе GCD для архитектуры Intel MIC. Были проведены вычислительные эксперименты для серии моделей композиционных материалов, задаваемых их схемами армирования («ячейками периодичности»), по определению сечений поверхности прочности первичного разрушения. Рассматривались 3D-армированный, 1D-армированный и композит специального типа (армированное клеевое соединение). Результаты расчетов представлены
Бесплатно
Статья научная
Проанализированы предпосылки и обоснована актуальность создания открытой интернет-платформы, объединяющей технологии больших данных, высокопроизводительных вычислений и многосторонних интернет-платформ. Задуманная как экосистема для разработки и использования прикладного программного обеспечения (в том числе в области проектирования и научных исследований), платформа призвана сократить затраты и повысить качество разработки программного обеспечения для решения аналитических задач, возникающих на промышленных предприятиях, в научно-исследовательских организациях, у государственных органов и частных лиц. Представлен работающий прототип названной платформы, функционирующий с использованием суперкомпьютерных технологий и системы виртуализации рабочих столов.
Бесплатно
Приемопередатчик интерфейса~4-20 mA
Статья научная
Рассматриваются принципы работы и особенности реализации устройства, выполняющего как функции приемника интерфейса 4–20 mA, так и функции передатчика интерфейса 4-20 mA, с питанием от токовой петли этого интерфейса. Данное устройство применяется при создании сенсорных сетей, для измерения параметров состояния сложных технических объектов и дистанционной передачи полученных данных. Ключевые слова и фразы: сенсорные сети, токовая петля, интерфейс 4-20 mA
Бесплатно
Применение параллельных вычислений при решении задач защиты информации
Статья научная
В настоящей работе рассматриваются вопросы применения распределенных многопроцессорных вычислений для сокращения времени анализа современных криптографических систем защиты информации. Приводятся экспериментальные данные, полученные на основе реализации параллельных алгоритмов анализа симметричных и ассиметричных алгоритмов шифрования.
Бесплатно
Ред. заметка
Современные подходы к построению систем видеонаблюдения начинают все больше ориентироваться на автоматизацию. Статья описывает подход к построению автоматизированной системы видеонаблюдения на основе сенсоров, построенных с использованием микрокомпьютеров, и высокопроизводительного кластерного вычислителя, с помощью системы распределенной блочно-параллельной обработки данных. Описываемый подход основывается на возможности использования универсальных компонентов за счет применения микрокомпьютеров и оперативного расширения возможностей комплекса за счет применения программной системы обработки данных с модульным подходом. В отличие от других автоматизированных систем обеспечивается возможность доработки алгоритмов обработки и передачи данных. Блочно-параллельный подход организации алгоритмов обработки позволяет организовать масштабирование комплекса. В заключение представлены результаты экспериментальных исследований, а также основные выводы, положительные и отрицательные стороны подхода и разработанного комплекса
Бесплатно
Статья научная
Цель разработки - создание технологии сопряжения измерительных систем и суперкомпьютера для проведения экспериментов с обратной связью. Технология используется для экспериментального исследования формирования циклонического вихря над локализованным источником тепла при наличии связи между интенсивностью нагрева и скоростью течения. Характеристики течения, полученные в результате обработки на суперкомпьютере изображений методом цифровой трассерной визуализации (Particle Image Velocimetry PIV), служат входными параметрами для системы нагрева лабораторной установки в ходе проведения измерений. Основная сложность при реализации данного подхода связана с решением целого ряда научно-технических задач, которые рассматриваются в данной статье.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены проблемы и принципы формирования в ресурсах глобальных сетей универсально и бесшовно программируемой среды распределённых вычислений. Проанализированы недостатки современных компьютерных сред, разнородность которых является причиной комбинаторной сложности проблем расширения систем распределённых вычислений и обеспечения их кибербезопасности. Для перехода к универсальному бесшовно программируемому и кибербезопасному алгоритмическому пространству распределённых вычислений использована математически замкнутая форма представления данных и программ, воплощаемая в едином адресном пространстве оперативной памяти, которое распространяемо на любую совокупность компьютеров, связанных сетями. Сформулированы требования к новой элементной базе — сетевому компьютеру с немикропроцессорной архитектурой со встроенными на аппаратном уровне функциями ядра операционных систем, обеспечивающих бесшовную программируемость компьютеров, связанных сетями, их кибербезопасность и сетевую маршрутизацию.
Бесплатно
Статья научная
За прошедшее десятилетие активная господдержка ускорила развитие суперкомпьютерной отрасли в России. Сегодня в стране работают несколько суперкомпьютеров большой производительности, на которых решается все большее число научно-технических задач. Набирает силу суперкомпьютерное образование в ВУЗах. В то же время можно констатировать «однобокое» развития отрасли в отношении представленных в стране суперкомпьютерных архитектур и недостаточное развитие работ в области развития массового параллелизма при решении прикладных задач. В статье кратко рассмотрены основные тенденции того, как развивалась архитектура и коммутационные сети лучших суперкомпьютеров мира, начиная с 1990х гг. Выделено главное направление, которое побеждает в условиях жесткой конкуренции возрастающего спроса на вычисления, использующие все большее число процессоров (вычислительных ядер) в одной задаче. Сформулированы предложения того, что нужно предпринять, чтобы суперкомпьютерная отрасль в России не отстала бы от мирового уровня, а встала бы на это же главное направление. Критический настрой статьи ни в коей мере не нацелен на преуменьшение достигнутых успехов в развитии суперкомпьютерной отрасли нашей страны. Задача авторов состоит в попытке акцентирования внимания суперкомпьютерного сообщества России на вызовах, которые чувствует сегодня российский ученый, использующий высокопроизводительные вычисления, при проведении исследований, которые могли бы стать конкурентными в международном контексте.
Бесплатно
Программирование графических процессоров (GPU) на языке MC#
Статья научная
В статье рассматриваются базовые принципы и средства программирования графических процессоров (graphical processor units – GPU) на языке MC#, являющимся расширением языка C#. Приводится пример программы на языке MC#, предназначенной для исполнения на GPU, и разбираются средства задания конфигурации GPU, средства работы с разделяемой памятью и использование CUDA-средств в MC#-программах. В заключение, перечисляются нерешенные вопросы и пути дальнейшего развития системы программирования MC# для GPU.
Бесплатно
