Организация вычислений в параллельных и распределенных вычислительных системах

Общая схема функционирования вычислительной системы. Эффективность обработки информации во многом зависит от организации вычислений, т.е. от того, как и каким образом осуществляются управление вычислениями и распределяются работы и ресурсы в параллельных и распределенных вычислительных системах (далее - системы). Обработка информации в системе осуществляется вычислителями (ПВМ), работающими под управлением интегрированной операционной системы, котораяуправляет всеми аппаратно-программными средствами системы при решении задач обработки информации.

При решении сложных задач можно выделить два характерных типа взаимодействий вычислителей в системе.

1) Трансляционный обмен информацией характерен для отдельной организации, учреждения, ведомства. При решении единой общей задачи вычислители выполняют свои задания независимо друг от друга. Периодически между ними происходит обмен информацией по трансляционной форме обмена: "от одного – всем". По этой схеме одна и та же информация размножается и рассылается в виде сообщения каждому вычислителю (пользователю).

2) Конвейерная схема обмена предполагает передачу информации по цепочке, в которой каждый вычислитель принимает информацию от своего соседа и передает ее другому соседу. При такой схеме вычислители могут одновременно передавать информацию друг другу.

Процесс функционирования системы может быть представлен в виде обобщенной функциональной схемы рис. 8.1.

В начальной стадии вычислений осуществляется соответствующая настройка системы на решение поставленной задачи, которая сводится к предварительному распределению заданий между вычислителями и определению структуры связей между ними.

Для управления работой вычислителей необходимо обеспечить синхронность (согласованность) их функционирования и возможность принятия согласованного решения о дальнейшем пути решения задачи.

Работа системы сводится к последовательному выполнению стадий (фаз) вычислительного процесса в соответствии с функциональной схемой рис. 8.1.

Режимы функционирования вычислительной системы. В процессе своего функционирования система имеет два состояния:
а) состояние развития (Off-line-часть системы), в котором выполняются системный анализ состояния системы, проектирование (планирование) вычислительного процесса и активизация его выполнения (раздел 9);

б) состояние выполнения (On-line-часть системы), которое начинается со старта системы (с включения или с командной строки) и заканчивается выполнением текущего задания.

Соединителем между ними служит файл-исполнитель, осуществляющий проход из Off-line-части в On-line-часть системы.

Все активные процессы (задания, работы), которые будут выполняться в течение процесса выполнения, должны быть заранее зафиксированы и присутствовать в процессе развития. Новые задания, которые не были зафиксированы в процессе развития, не могут участвовать в процессе выполнения.

Off-line-часть системы осуществляет подготовку информации для On-line-части ине имеет жестких ограничений на время выполнения процесса развития. Она решает следующие задачи:
- анализ исходного кода, системных требований и других данных о состоянии системы;
- проверку характеристик On-line-части на возможность выполнения заданий;
- активизацию протокола поддержки каналов связи с файлом-исполнителем для активизации On-line-части.

Off-line-часть системы может функционировать как предпроцессор или компилятор для On-line-части. В этом случае она собирает данные об объектах планирования и преобразует их в удобный вид для On-line-части. Затем она присоединяет к этим данным выбранный ею алгоритм планирования и передает их файлу-исполнителю.

On-line-часть системы может функционировать как алгоритм загрузки, использующий ранее составленный план, или как адаптивный динамический планировщик, принимающий решения самостоятельно в динамическом режиме (раздел 10). On-line-часть осуществляет наблюдение за работой системы и реализует решения Off-line-части по выполнению того или иного алгоритма планирования (раздел 10).

Процесс выполнения заданий ввычислительной системе. В табл. 8.1 представлена схема прохождения задания через систему с момента его ввода до полного завершения (вывода). На схеме указаны моменты изменения форм представления задания в системе и интервалы времени преобразования задания из одного состояния в другое.

Табл. 8.1. Схема прохождения задания через вычислительную систему

Длительность пребывания каждого задания в системе состоит из суммарного времени ожидания и обслуживания. Задание, поступившее в систему, начинает обслуживаться немедленно, если в этот момент ресурс для ее обслуживания свободен. Если же ресурс занят обслуживанием предыдущих заданий, то в зависимости от дисциплины обслуживания (раздел 8.5), принятой в системе, поступившее задание может ожидать своей очереди или прервать выполнение другого задания. В случае прерывания поступившего задания оно возвращается в очередь и ожидает продолжения прерванного обслуживания.

Эффективность организации вычислений определяется временем обработки заданий в системе, а также возможностью задержки или потери задания до обработки. В зависимости от типа управления и способа диспетчеризации задержка заданий в системе может учитываться по среднему времени задержки или по допустимому времени ожидания.