Лабораторна робота №5. Моделювання комп’ютерних систем за допомогою програми-емулятора.

Мета: Вивчення основних функцій програмної системи Paralab. Навчитися коректно виконувати експеримент, згідно с заданими вхідними даними.

Теоретичні відомості

Paralab – інтегроване середовище для проведення паралельних обчислювальних експериментів.

Програмна система Paralab призначена для вивчення та дослідження паралельних методів вирішення складних обчислювальних задач. Призначенням системи є проведення обчислювальних експериментів, з ціллю вивчення паралельних алгоритмів вирішення типовых задач, що потребують значних обчислювальних ресурсів.

Можливості системи.

· Моделювання обчислювальної системи. Можливість вибору топології (лінійка, кільце, решітка, гіперкуб, повний граф).

· Постановка задачі. Можливий вибір методу постановки (сортування Шелла, пузиркового сортування, швидке сортування).

· Виконування експеримент.

· Аналіз результатів обчислень.

 

Набір існуючих у системі засобів візуалізації дозволяє:

· Вивчити ефективність використання паралельних методів на різних паралельних системах;

· Зробити висновки о масштабованості алгоритмів;

· Обчислити можливе прискорення процесу паралельних обчислень.

 

Області застосування.

· навчальне застосування;

· наукове використання;

· прикладне застосування.

 

Проведення експериментів, можуть провадитися:

· На одному комп’ютері, де є бібліотека передачі повідомлень MPI (багатопотокове виконання експерименту).

· На реальній багатопотоковій кластерній обчислювальній системі.

· В режимі вилученого доступу до обчислювального кластера.

 

Хід роботи:

1. Вибрати топологію комп’ютерної системи, залежно від варіанта.

2. Залежно від варіанта, задати кількість процесорів.

3. Визначте продуктивність процесора.

4. Визначте характеристики комунікаційного середовища.

5. Визначте спосіб комунікації

6. З меню вибору, однієї з наявних у системі завдань, виберіть завдання сортування даних

7. З меню визначення обсягу вихідних даних, залежно від варіанта, виберіть розмір масиву.

8. З меню вибору методів рішення завдання, виберіть метод пузиркового сортування.

9. Виконайте експеримент.

10. Внесіть до протоколу часові характеристики і табличні данні підсумків експериментів.

11. Виберіть демонстрацію роботи процесора. Створіть таблицю результатів. Поясніть результат розв’язуваного завдання, та залежності прискорення від пропускної здібності, латентності, працездатності, кількості процесорів, та розміру масиву у графіках

Таблиця 5.1

Варіанти для виконання лабораторної роботи

 

№ вар.	Топологія	Число процесорів	Пропускна здатність мережі, Мбіт/с	Латентність, мкс	Розмір масиву
	Лінійка
	Кільце
	Решітка
	Гіперкуб
	Повний граф
	Гіперкуб
	Решітка
	Лінійка
	Повний граф
	Гіперкуб
	Повний граф
	Лінійка

 

Контрольні запитання:

1. Поясніть зазначення системи «Paralab».

2. Приведіть свій приклад області застосування системи «Paralab».

3. Яким чином проводяться експерименти, в системі «Paralab»?

4. Які топології можливо використовувати у експерименті?

5. Поясніть поняття терміну «латентність».

6. Поясніть результати вашого експерименту.

7. Як залежить прискорення від зміни кількості процесорів?

8. Яка наукова значність системи «Paralab»?

Лабораторна робота №6. Вивчення кластерних структур.

Мета: розуміти, що таке кластер, знати, які бувають типи кластерів і як вони застосовуються, розбиратися в кластерних технологіях і продуктах для їх реалізації.

Теоретичні відомості

Кластерна архітектура.

Кластер є два або більше комп'ютерів, часто званих вузлами, об'єднуваних за допомогою мережевих технологій на базі шинної архітектури або комутатора, предстаючих перед користувачами як єдиний інформаційно-обчислювальний ресурс. Вузлами кластера, можуть бути вибрані сервери, робочі станції і звичайні персональні комп'ютери.

Перевага кластеризації для підвищення працездатності виявляється, у разі збою якого-небудь вузла: при цьому інший вузол кластера може узяти на себе навантаження несправного вузла, і користувачі не відмітять переривання в доступі. Можливості масштабованості кластерів дозволяють багато разів збільшувати продуктивність додатків для більшого числа користувачів. технологій Fast і Gigabit Ethernet, Myrinet на базі шинної архітектури або комутатора. Такі суперкомп'ютерні системи є найдешевшими, оскільки збираються на базі стандартних комплектуючих елементів «Off the shelf», процесорів, комутаторів, дисків і зовнішніх пристроїв.

Кластеризація може бути здійснена на різних рівнях комп'ютерної системи, включаючи апаратне забезпечення, операційні системи, програми-утиліти, системи управління і додатку. Чим більше рівнів системи об'єднано кластерною технологією, тим вище надійність, масштабованість і керованість кластера.

Типи кластерів.

Умовне ділення на класи запропоноване Язеком Радаєвськім і Дугласом Едлайном:

Клас I. Клас машин будується цілком із стандартних деталей, комп'ютерних компонентів, перевагою, є низька ціна, просте обслуговування, доступність апаратних компонентів з різних джерел.

Клас II. Система має ексклюзивні або не широко поширені деталі. Цим можна досягти дуже хорошої продуктивності, але при вищій вартості.

Кластери можуть існувати в різних конфігураціях. Типами кластерів, що найбільш вживаються, є:

· Системи високої надійності.

· Системи для високопродуктивних обчислень.

· Багатопотокові системи.

Межі між цими типами кластерів до деякої міри розмиті, і часто існуючий кластер може мати такі властивості або функції, які виходять за рамки перерахованих типів. Більш того, при конфігурації великого кластера, використовуваного як система загального призначення, доводиться виділяти блоки, що виконують всі перераховані функції.

Кластери для високопродуктивних обчислень призначені для паралельних розрахунків. Ці кластери зазвичай зібрані з великого числа комп'ютерів. Розробка таких кластерів є складним процесом, що вимагає на кожному кроці акуратних узгоджень таких питань як інсталяція, експлуатація і одночасне управління великим числом комп'ютерів, технічні вимоги паралельного і високопродуктивного доступу до одного і тому ж системного файлу або файлів і міжпроцесорний зв'язок між вузлами і координація роботи в паралельному режимі. Ці проблеми найпростіше вирішуються при забезпеченні єдиного образу операційної системи для всього кластера. Проте реалізувати подібну схему вдається далеко не завжди і зазвичай вона зазвичай застосовується лише для не дуже великих систем.