Сучасні вимоги досягли вже такого рівня, що звичайні однопоточні моделюючі середовища не можуть впоратися з вимогами моделювання.
Таким чином - необхідно впровадження нових методів моделювання і побудови моделюючих середовищ. Однією з систем, яка виконує більшість технологічних запитів, є - Розподілена паралельна моделююча середовище (РПМС).
Цілі і завдання
Основною метою даної магістерської роботи є розробка підсистеми обміну інформацією для розподіленого паралельного моделюючого середовища.
Основними етапами або пунктами будуть:
1. Що таке РПМС?
2. Актуальність даних досліджень
3. Аналіз РПМС і декомпозиція
4. Дослідження розробок по підсистемі обміну інформацією
5. Визначення функцій ПОІ (підсистеми обміну інформацією)
6. Інтеграція ПОІ з іншими підсистемами
7. Результати
Що таке РПМС?
РПМС - це комплекс апаратних, програмних та інформаційних засобів, який забезпечує підтримку всіх етапів розробки, налагодження та дослідження паралельних моделей динамічних систем реальної складності, формування та візуалізації результатів моделювання. Так само РПМС призначена для вирішення широкого класу задач моделювання ДС з зосередженими (ДСЗП) і розподіленими (ДСРП) параметрами [1].
Головними особливостями РПМС є гетерогенність ресурсів та територіальна розподіленість середовища. У РПМС виділяють апаратні і програмні ресурси [1, 2, 4]. До апаратних ресурсів відносяться обчислювальні системи SIMD-, MIMD-архітектур, персональні ЕОМ, які об'єднуються в параллельно-функціональні групи (кластери), робочі місця користувачів (ПЕОМ) та апаратура модельно орієнтованих периферійних систем. Доступ до апаратних ресурсів відбувається з робочих місць за допомогою засобів організації видаленого доступу. Програмні ресурси поділяють на системне програмне забезпечення (СПЗ) і моделююче програмне забезпечення (МПЗ). СПЗ РПМС складається з паралельних операційних систем SIMD-та MIMD-орієнтації, паралельних систем програмування, розподіленних операційних систем і системних засобів забезпечення роботи периферійного обладнання. МПЗ складається з трьох основних частин - для моделювання ДСЗП, ДСРП та забезпечення візуалізації.
Аналіз РПМС і декомпозиція
Концепцією РПМС передбачається підсистема діалогу, покликана забезпечити інтерактивний доступ користувачів і розробників моделей до ресурсів РПМС на всіх етапах побудови та дослідження моделей і прозорість ресурсів РПМС для користувачів незалежно від віддаленості. В основному в РПМС виділяють три основні структурні елементи:
1) Обчислювальні ресурси - ОР (SISD - ЕОМ високої продуктивності, сучасні SIMD-, MIMD-ЕОМ та кластерні обчислювальні системи);
2) Користувачі РПМС-групи розробників ДССП і ДСРП, які можуть бути значній територіальному видаленні від ОР;
3) Комунікаційне середовище - КС, яка забезпечує доступ до ВР РПМС для користувачів незалежно від їх місця розташування
Зазвичай РПМС поділяють на 10 основних підсистем:
1. Підсистема генерування рівнянь - здійснює комунікацію з підсистемою топологічного аналізу, перетворення результатів її роботи у векторно-матричний вигляд.
2. Підсистема діалогу - використовується для відображення та презентації РПМС. Вона здійснює діалог і навчання розробника та користувача.
3. Підсистема топологічного аналізу - виконує вербальний і графічний опис кодування для первинних топологій. Потім відбувається обробка даних.
4. Підсистема віртуальних паралельних симуляційних моделей - надає можливості для інтерактивного відображення ієрархії віртуальних паралельних симуляційних моделей в залежності від можливих варіантів розпаралелювання.
5. Підсистема паралельного вирішення рівнянь - саме тут виробляється рішення систем рівнянь за допомогою паралельних бібліотек, визначення збіжності, стабільності, точності, оптимізація варійованих параметрів, а також перетворення результатів рішення для наочного подання.
6. Система балансування навантаження - визначення і управління рівнем навантаження між віртуальними процесами і процесорами.
7. Підсистема обміну даними - включає список компонент і ресурсів РПМС. Виконує обмін даними по запиту від компонент, відображення потоків даних з ініціативи користувача. Можливість оптимізації паралельної програми за допомогою операцій обміну.
8. Підсистема візуалізації - виконується підготовка результатів симуляції для візуалізації, інтерактивне відображення графіків під час і після проведення симуляції.
9. Підсистема баз даних - взаємодіє з усіма підсистемами і зберігає всю можливу інформацію про середовище.
10. Підсистема IT-підтримки - віддалене WEB-базована програма для моделювання.
Найважливішою проблемою ефективного функціонування РПМС є організація обміну інформацією між усіма її компонентами і всередині них. Розглянемо стан розробок у цьому напрямку.
На даний момент можна зробити такі загальні висновки про стан розробок у галузі дослідження і створення РПМС. Виділимо основні, які будуть використані.
• РПМС структурно розділена на три типи елементів: обчислювальні ресурси (ВР), користувачі і з'єднує їх комунікаційне середовище.
• Доступ користувачів до ВР здійснюється однаково незалежно від територіального розташування, як самих користувачів, так і ОР;
• Допускається існування як РПМС універсального призначення, так і проблемно орієнтованих РПМС.
Нерозглянутими залишаються наступні питання:
• Побудова математичної моделі РПМС в цілому і ПОІ зокрема;
• Організація доступу користувачів до РПМС в цілому, а не до окремих її ресурсів;
• Організація обміну інформацією між апаратними елементами РПМС і всередині самих елементів;
• Створення єдиного програмного забезпечення для роботи з РПМС;
• Організація обміну інформацією між різними рівнями програмного забезпечення;
Оскільки даний реферат розкриває лише основи розробки даної системи, то до нерозглянутим питань ми також додамо основні функції ПОІ:
• Зміст повно функціонального списку зареєстрованих користувачів РПМС і наявних РПМС ресурсів, які повинні обмінюватися інформацією за взаємною ініціативою.
• Ієрархічне представлення потоків даних у вибраних цільових ОР.
• Тест система для отримання реальних параметрів операцій обміну в мережах зв'язків цільових ОР
• Зіставлення результатів апріорного аналізу і реальних даних щодо впливу операцій обміну на значний ефект підходів до розпаралелювання.
Необхідно провести розробку математичної моделі РПМС в цілому і ПОІ зокрема, провести розробку структур апаратного та програмного забезпечення (ПЗ) РПМС, розробити ПЗ ПОІ РПМС, провести аналіз виникаючих у РПМС процесів передачі інформації, дослідити залежність процесів передачі інформації від характеру вирішуваних завдань, дослідити експериментально можливості підсистеми.
Анімація. Кадрів: 5. Циклів повторення: 6. Розмір: 34 Кб.
1. Графік обміну даними між процесорами
2. Графік залежності часу від кількості процессорів
Апаратна база ПОІ (АБ ПОІ) - це сукупність всіх обчислювальних ресурсів, що забезпечують передачу інформації.
Існує всього два типи елементів ПОІ РПМС:
Джерела інформації (вузли мережі), які включають в себе РМ та різні обчислювальні ресурси - ОР, і - комунікаційна система (КС)
Таким чином. АБ ПВІ включає в себе:
1. (КС), що забезпечує зв'язок користувача з ОР;
2. (КС), що забезпечує зв'язок між користувачами;
3. (КС), що забезпечує зв'язок між ОР;
4. (КС), що забезпечує зв'язок всередині обчислювального ресурсу між процесорами або процесорними елементами;
5. Джерела передачі інформації: окремі комп'ютери, ОР, елементи всередині ОР
Тобто існує всього два типи КС з апаратної точки зору:
• КС віддаленого доступу (Internet та / або локальна мережа) (КС1)
• (КС), що забезпечує зв'язок всередині ресурсу між процесорами або процесорними елементами (КС2)
і три типи джерел:
• окремі комп'ютери (РМ);
• обчислювальні ресурси (ОР);
• елементи всередині ОР.
Програмне забезпечення ПВІ включає в себе:
• Операційні системи ОР і користувачів (UNIX (Linux), Win2000/NT/95/98 і пр);
• Прикладне ПЗ для забезпечення зв'язку;
• Мови програмування (Visual C , C + + та ін) з вбудованими засобами паралельного програмування і спеціальними комунікаційними бібліотеки (MPI).
Результати
Підсистема обміну інформацією відіграє важливу роль у РПМС, так як вона керує процесом обміну інформацією, а також містить необхідні дані для вірного регулювання і налаштування РПМС. Таким чином, дослідження і розробка цієї підсистеми - це ще один крок постійного розвитку РПМС і систем моделювання в цілому.
Робота знаходиться в стадії розробки. З остаточними результатами можна буде ознайомитися на початку 2012 року.
Література
Святний В.А. Проблемы паралельного моделювання складних динамiчних систем.- Науковi працi ДонДТУ, серiя IКОТ, вип. 6, Донецьк, 1999, С. 6-14.
Аноприенко А.Я., Святный В.А. Высокопроизводительные информационно-моделирующие среды для исследования, разработки и сопровождения сложных динамических систем.- Наукові праці ДонДТУ. Серія “Проблеми моделювання та автоматизації проектування динамічних систем”. Випуск 29:-Донецьк, ДонДТУ, 2001. – С.346 – 367.
Feldmann L.P., Svjatnyj V.A., Lapko V.V., Gilles E.-D., Zeitz M., Reuter A., Rothermel K.: Parallele Simulationstechnik. Problems of Simulation and Computer Aided Design of Dynamic Systems. Collected Volume of Scientific Papers. Donetsk State Technical University. Donetsk, 1999, p. 9-19.
Anoprienko A.J., Svjatnyj V.A., Braunl T., Reuter A., Zeitz M.: Massiv parallele Simulationsumgebung fur dynamische Systeme mit konzentrierten und verteilten Parametern. 9. Simposium ASIM’94, Tagungsband, Vieweg, 1994, S. 183-188.
Святний В.А., Солонін О.М., Надєєв Д.В., Степанов І., Ротермель К., Цайтц М. Розподілене паралельне моделююче середовище.- Наукові праці ДонДТУ. Серія “Проблеми моделювання та автоматизації проектування динамічних систем”. Випуск 29:-Донецьк, ДонДТУ, 2001. – С.229 – 234.
Корнеев В.В.Параллельные вычислительные системы.М.–Нолидж.1999 312 с.
Чеботарев Н.Ю. К разработке подсистемы диалога MIMD – компоненты массивно параллельной моделирующей среды.- Наукові праці ДонДТУ. Серія “Інформатіка, кібернетика та обчислювальна техніка”. Випуск 6:-Донецьк, ДонДТУ, 1999. – С.62 – 66.
Святный В.А., Баженов Л.А. Принципы построения подсистемы диалога массивно параллельной моделирующей среды, Сборник трудов факультета вычислительной техники -Донецьк, ДонДТУ, 1996. – С.24 – 31.
