Разработка и исследование средств параллельного мультипрограммирования и поддержки живучести для распределенных вычислительных систем

• Автор: Майданов, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 154 с. : ил.

1.1. Понятие о живучих вычислительных системах.

4 1.1.1. Функциональные структуры живучих ВС.

1.1.2. Средства поддержки живучести ВС.

1.2. Графовые модели живучих вычислительных систем.

1.3. Локализация неисправных элементарных машин в вычислительных системах.

1.4. Средства самодиагностики вычислительных систем

1.4.1. Диагностические модели ВС.

1.5. Методы дешифрации синдрома ВС.

1.5.1. Табличный метод.

ф 1.5.2. Аналитический метод.

1.6. Выводы
ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ ОРГАНИЗАЦИИ МУЛЬТИПРОГРАММНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ПОДДЕРЖКИ ЖИВУЧЕСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
2.1. Алгоритмы распределения параллельных задач по элементарным машинам вычислительной системы
2.2. Алгоритм заполнения свободных временных тактов элементарных машин вычислительной системы фрагментами задач.
2.2.1. Последовательная версия алгоритма.
2.2.2. Параллельная версия алгоритма
2.3. Алгоритм выбора числа элементарных машин вычислительной системы для решения пакета задач
2.2.1. Последовательная версия алгоритма.
2.2.2. Параллельная версия алгоритма.
2.4. Алгоритм распределения задач по элементарным машинам вычислительной системы с учетом операций диагностирования.
2.5. Алгоритм распределения задач по элементарным машинам вычислительной системы при коллективных взаимопроверках элементарных машин
2.6. Минимизация времени решения прикладных задач
2.6.1. Использование парных диагностических взаимопроверок
элементарных машин.
2.6.2. Использование коллективных диагностических
взаимопроверок элементарных машин
2.7. Динамическое распределение фрагментов задач по элементарным машинам вычислительной системы.
2.8. Алгоритм распределения задач по элементарным машинам вычислительной системы при произвольной трудоемкости фрагментов
2.8.1 Минимизация времени диагностирования.
2.8.2 Минимизация времени решения прикладных задач.
2.9 Выводы.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.
3.1. Формирование таблицы неисправностей вычислительной системы при их автоматической реконфигурации
3.1.1. Структура универсальной таблицы неисправностей
элементарных машин ВС
3.1.2. Оценка объема требуемой памяти
3.1.2. Сокращение таблицы неисправностей ВС за счет временной
избыточности.
3.1.3. Оценка необходимых вычислительных ресурсов для
хранения таблицы неисправностей
3.3. Аналитический метод дешифрации синдрома вычислительной системы.
3.3.1. Дешифрация синдрома ВС в реальном времени.
3.3.2. Оценка необходимых ресурсов ВС.
3.4. Алгоритмы ускоренной дешифрации синдрома вычислительной системы
3.4.1. Методы для несимметричных диагностических моделей
3.4.2. Методы для симметричных диагностических моделей
3.5. Определение состояния вычислительной системы при использовании коллективных проверок
3.6. Выводы.
ГЛАВА 4. ЖИВУЧИЕ КЛАСТЕРНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ
4.1. Классификация кластерных вычислительных систем. Принципы построения живучих кластерных вычислительных систем
4.2. Архитектура и программное обеспечение пространственнораспределенной мультикластерной вычислительной системы Центра параллельных вычислительных технологий СибГУТИ
4.3. Моделирование на кластерной вычислительной системе потоков параллельных задач.
4.4. Разработка диспетчера вычислительной системы, учитывающего операции контроля и диагностики
4.5. Разработка средств оценки состояния вычислительной системы
4.6. Организация удаленного доступа к кластерной вычислительной систему
4.7. Моделирование мультипрограммного функционирования распределенных кластерных вычислительных систем
4.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУТРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. ИСХОДНЫЕ ТЕКСТЫ ПРОГРАММ.
П. 1. Параллельная программа генерации графов информационных связей фрагментов задач для моделирования потоков задач,
поступающих на живучую вычислительную систему
П.2. Параллельная программа, построения диаграммы загрузки вычислительной системы с учетом диагностических операций путем заполнения свободных временных тактов элементарных машин
фрагментами задач
П.З. Параллельная программа построения диаграммы загрузки вычислительной системы с учетом диагностических операций подбором числа элементарных машин задействованых в решении пакета задач.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВС вычислительная система.
ВЦ вычислительный центр.
ИФП СО РАН Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук.
ОС операционная система.
ПК персональный компьютер.
ПО программное обеспечение.
СибГУТИ Сибирский Государственный университет телекоммуникаций и информатики.
СО АН СССР Сибирское отделение Академии наук Союза Советских Социалистических Республик.
ЭВМ электронновычислительная машина.
ЭМ элементарная машина.
ВВЕДЕНИЕ


Применение табличного метода дешифрации синдрома ВС обеспечивает сокращение необходимого объема памяти за счет хранения таблиц потенциальных синдромов в виде одной универсальной таблицы неисправностей для множества диагностических графов, используемых в процессе реконфигурации. Разработанный пакет параллельных программ организует не только мультипрограммное функционирование распределенных ВС, но и позволяет осуществить их контроль и диагностику. Путем моделирования на распределенных кластерных ВС установлена эффективность разработанных средств и показано, что они составляют основу при построении живучих ВС. Мультикластерная ВС и созданное программное обеспечение используются для исследований в области распределенной обработки информации и в учебном процессе СибГУТИ. Реализации и внедрение. Результаты диссертации применены в распределенной мультикластерной вычислительной системе Центра параллельных вычислительных технологий СибГУТИ см. Диссертационная работа поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований РФФИ 0, 8, 9. Основные положения диссертационной работы использовались автором при разработке и чтении учебных курсов на Кафедре вычислительных систем СибГУТИ по дисциплинам Отказоустойчивые вычислительные системы, Операционные системы и Организация ЭВМ и систем. Применение научных результатов диссертации подтверждено соответствующими актами. Апробация работы. Международной научнотехнической конференции Информатика и проблемы телекоммуникаций , гг. Международной научнотехнической конференции Интеллектуальные и многопроцессорные системы г. Международной научнотехнической конференции Информационные системы и технологии г. Первой Всероссийской научной конференции Методы и средства обработки информации г. Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Наука. Техника. Инновации г. Школесеминаре Распределнные кластерные вычисления г. Красноярск. Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, включая 2. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, и. Содержание работы. В первой главе дан краткий обзор способов организации живучих ВС. Рассмотрены функциональные структуры живучих ВС, средства их самодиагностики, ВС с централизованной и децентрализованной дешифрацией синдромов и др. Вторая глава посвящена планированию работы живучих вычислительных систем и организации взаимопроверок элементарных машин. В третьей главе предлагаются методы определения технического состояния вычислительных систем по результатам взаимных тестов элементарных машин. В четвертой главе описана архитектура и программное обеспечение пространственнораспределнной мультикластерной вычислительной системы, эксплуатируемой Центром параллельных вычислительных технологий Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики ЦПВТ СибГУТИ. В заключении приведены основные результаты диссертационной работы. В приложении представлены исходные тексты разработанных библиотек программ. ГЛАВА I. В этой главе рассмотрены методы обеспечения живучести вычислительных систем. В общем случае живучесть достигается за счет аппаратновременной избыточности, в той или иной форме присутствующей в системе, и определенными режимами функционирования. Важную роль играет структура вычислительной системы. В главе представлен ряд широко используемых структур, позволяющих обеспечить живучую работу вычислительной системы. Произведен обзор формальных моделей, используемых для описания процесса решения прикладной задачи и диагностических процессов, протекающих в системе диагностический граф и диагностические модели. Описаны известные методы определения технического состояния вычислительной системы и способы проведения взаимных тестов между элементарными машинами. ВС, имитирующих решение сложных задач коллективом вычислителей. Для ЭВМ характерны последовательное выполнение операций, фиксированная структура, неоднородность связей и функциональных элементов. Развитие вычислительной техники по пути создания ЭВМ может осуществляться в ограниченных пределах , обусловленных, в частности, конечностью скорости распространения сигналов скорости света.