Солонін Олександр Миколайович. Оптимальна організація процесів моделювання в паралельному моделюючому середовищі : Дис... канд. наук: 01.05.02 - 2007.
Анотація до роботи:
Солонін О.М. Оптимальна організація процесів моделювання в паралельному моделюючому середовищі. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання й обчислювальні методи. - Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2007.
На підставі теоретичних і експериментальних досліджень у роботі запропоновано нові способи організації процесів обміну інформацією в паралельному моделюючому середовищі, вирішено задачу мінімізації часу виконання віртуальних MPI-програм, що реалізують моделі СДС, що дозволяє підвищити ефективність всіх етапів розробки й використання паралельних моделей складних динамічних систем, розширити сферу застосування паралельних обчислювальних ресурсів.
Запропоновано класифікацію видів обмінів інформацією в паралельному моделюючому середовищі й схема функціонування середовища, що базується на об'єднанні організації процесів обміну з етапами побудови паралельних моделей динамічних систем і визначенні параметрів ефективності обміну за даними тестування паралельних ресурсів моделювання.
Розроблено уніфікований підхід до представлення топологій ДС – технологічних схем, структур систем автоматизації й мережних об'єктів, що відрізняється можливістю представлення такого виду об’єктів топологією будь-якого з них.
Розроблено методику тестування й система тестів MPI-бібліотеки для одержання вихідних даних до розрахунку критерію оптимальності програм, що реалізують паралельні моделі, виведено формули оцінки критерію.
Реалізовано дослідний зразок паралельного моделюючого середовища з теледоступом до його ресурсів. Розроблено засоби тестування комунікаційних бібліотек обчислювальних ресурсів ПМС.
Розроблений метод оптимізації паралельних моделей і система тестів оформлені у вигляді програмних продуктів, які можуть використовуватися в різних предметних областях. Реалізація алгоритмів і методів показана на прикладі побудови паралельних моделей шахтної вентиляційної мережі, що застосовуються в роботах з модельної підтримки проектування систем керування провітрюванням шахт.
Основні результати роботи використовувалися у процесі виконання науково-дослідних робіт на кафедрі електронні обчислювальні машини ДонНТУ, а також впроваджені в навчальний процес ДонНТУ.
У роботі дано рішення актуальної наукової задачі, що полягає в оптимальній організації обміну інформацією в паралельному моделюючому середовищі для складних динамічних систем із зосередженими й розподіленими параметрами.
Наукова новизна й практична корисність результатів полягають у наступному:
Розроблено й експериментально досліджено зразок паралельного моделюючого середовища (ПМС). Визначено види обмінів інформацією, що мають місце на всіх етапах розробки, налагодження й дослідження паралельних моделей динамічних систем у ПМС. Запропоновано методику інтеграції процесів обміну й етапів побудови моделюючих MPI-програм. Розроблено методику тестування засобів обміну інформацією в ПМС.
Встановлено, що структура й характер потоків інформації в середовищі залежить від топологій динамічних систем, які моделюються. Розроблено уніфікований підхід до подання топологій ДС – технологічних схем, структур автоматизації й мережних об'єктів, що відрізняється можливістю подання такого виду об’єктів топологією будь якого з них.
З метою побудови оптимальних за ефективністю обміну програм, що реалізують паралельні моделі динамічних систем, запропоновано об’єднувати у віртуальній MPI-програмі процеси за обчислювальними алгоритмами, які вони реалізують. Визначено особливості подання паралельних моделей складних динамічних систем. Запропоновано порядок проектування віртуальних MPI-програм. На прикладі вирішувача рівнянь мережного динамічного об'єкта продемонстровано процес побудови паралельної моделі.
Вирішено задачу мінімізації часу виконання віртуальних MPI-програм, що реалізують моделі ДС. Запропоновано метод рівномірного масштабування оптимізованих програм на доступну кількість процесорів обчислювального ресурсу ПМС. Дано методику вибору обчислювального ресурсу паралельного моделюючого середовища для виконання отриманої MPI - програми.
Експериментальне дослідження системи тестів комунікаційної бібліотеки ЦПОС на прикладі MIMD-ЕОМ Cray T3E обчислювального центру Штутгартського університету показало, що при організації обмінів інформацією в паралельних моделях бажано застосовувати одиночні обміни даними між процесами, як більш швидкі в порівнянні з колективними обмінами.
Результати, отримані в ході тестів, використані для отримання формул розрахунку залежності часу виконання паралельних програм від кількості застосовуваних процесорів. Розрахункова оптимальна кількість процесорів з точністю 4% - 18% збігається з результатами експериментів. Застосування оптимізації віртуальних моделей дозволяє скоротити час роботи програми на суперЕОМ Cray T3E в 3 - 4 рази, а кількість застосовуваних процесорів - в 4 - 5 разів.
Публікації автора:
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.
Солонин А.Н. Подсистема обмена информацией распределенной параллельной моделирующей среды.- Наукові праці ДонДТУ. Серія “Проблеми моделювання та автоматизації проектування динамічних систем”. Випуск 52:-Донецьк, ДонДТУ, 2002. – С.35 – 40.
Солонин А.Н. Обзор и сравнительный анализ коммуникационных сред в кластерных параллельных вычислительных системах.- Наукові праці ДонДТУ. Серія “Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка”. Випуск 39:-Донецьк, ДонДТУ, 2002. – С.128 – 135.
Солонин А.Н. Отображение коммутирующих сетей на процессорное поле MIMD-структур параллельной моделирующей среды. – Наукові праці ДонДТУ. Серія “Проблеми моделювання та автоматизації проектування динамічних систем”. Випуск 29:-Донецьк, ДонДТУ, 2002. – С.272 – 277.
Svjatnyj V., Nadeev D., Solonin A.. Rothermel K., Zeitz M. Subsysteme einer verteilten parallelen Simulationsumgebung fьr dynamische Systeme. ASIM-Symposium Simulationstechnik in Rostok 2002, 64-70.
Святний В.А., Смагін О.М., Солонін О.М. Методи розпаралелювання вирішувача рівнянь MIMD-моделі мережних динамічних об’єктів. Наукові праці ДонДТУ. Серія “Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка”. Випуск 70: –Донецьк, ДонДТУ, 2003. –С.20 – 30
Солонин А.Н. Отображение виртуальних MIMD-моделей на множество процессоров вычислительной системы. Международная конференция ИТУЭС – 2005. Киев, 2005. – С. 40 – 42.
Особистий внесок здобувача. У статтях, написаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в наступному:
[1, 5] - запропоновано виділити в складі паралельного моделюючого середовища підсистему обміну інформацією;
[6] - запропоновано оптимізацію обмінів інформацією паралельного моделюючого середовища, визначені функції обміну, розроблено метод розподілу віртуальних процесів між процесорами MIMD - системи.
