Введение к работе
і
. .'""і
p..-лг ;:
Актуальность темы, в настоящее время разработка перспективной высокопроизводительной, вычислительной техники, в частности супер-ЭВМ, характеризуется широким проникновением в аппаратное и программное обеспечение фундаментальных принципов параллельной обработки. Одним из направлений развития современных супер-ЭВМ является создание многопроцессорных вычислительных систем (МВС).
Конструирование МВС и их программного обеспечения является длительным процессом, требует разработки специальных аппаратно-программных среств поддержки параллельных вычислений, новых алгоритмов и технологий, решения задач, нетрадиционной организации вычислительного процесса, что приводит к значительному удорожанию МВС и, тем самым, ограничивает доступ пользователей к ним. В тоже время уже сейчас в промышленности и научных исследованиях появляются задачи, для решения которых необходимы серийно выпускаемые вычислительные системы, доступные массовому пользователю и показывающие высокую производительность при решении определенных классов задач. На разработку таких систем ориентирована концепция крупноблочного конструирования, позволяющая в сжатые сроки создавать МВС из серийно выпускаемых специализированных процессоров (СП), блоков коммутации, модулей общей памяти и др. Подбирая компоненты приемлемой стоимости, в нужном количестве и требуемой специализации, может быть создана проблемно-ориентированная МВС с хорошим отношением производительность/стоимость.
В настоящее время концептуальные работы по крупноблочному конструированию проблемно-ориентированных МВС развиваются как у нас в стране, так и за рубежом. Опыт создания подобных систем есть в Болгарии (ИЗОТ І703Е), в нашей стране (МВС на основе СП ЕС-2706 В ИКИ РАН, ЕСІ068.І7 в НИЦЭВТ, МВС СИБИРЬ В ВЦ СО РАН), США (МВС на основе процессоров фирм івм, fps, apollo, например, системы icaf и lepics) и др. Сказанное выше позволяет сделать вывод, что разработка методов и инструментальных средств параллельного программирования для таких МВС является весьма актуальной задачей.
Целью работы является: исследование и реализация операционной среды параллельного программирования (ОСПП), интегрирующей базовое математическое обеспечение процессорных элементов крупноблочной МВС в единую программную систему и позволяющей проводить крупномасштабные численные эксперименты с использованием всех ресурсов МВС.
Основными задачами, решаемыми в,диссертации, являются:
исследование общих принципов конструирования ОСПП, разработка модели параллельных вычислений и оптимизирующих алгоритмов распределения вычислительных ресурсов;
разработками реализация операционных сред МАРЕХ для МВС ЕС-1068.17 и ОБЬ для МВС СИБИРЬ; '
разработка технологических рекомендаций параллельного программирования прикладных задач в ОСПП.
Методы исследования. В работе использовались теоретические результаты и методы параллельного программирования, операционных систем, детерминированной теории расписаний, диспетчирования процессов, а также программное моделирование и натурный эксперимент.
Научная новизна работы определяется не традиционностью архитектуры рассматриваемых МВС. Впервые для МВС, собираемой из серийно выпускаемых процессоров, модулей коммутации, памяти и другого оборудования разработана операционная среда, интегрирующая математическое обеспечение отдельных вычислителей и предоставляющая базовые инструментальные средства крупноблочного параллельного программирования.
На основе анализа архитектуры МВС сформулированы требования к разрабатываемым операционным средам, предложены эвристические алгоритмы для оптимизации распределения и использования ресурсов. Данные требования и алгоритмы положены в основу реализации операционных сред МАРЕХ и ОБЬ, позволяющих разрабатывать и выполнять параллельные программы, динамически настраивающиеся на число доступных СП и топологию связи между ними, при необходимости использующие все ресурсы МВС
Разработаны технологические рекомендации по параллельному решению задач средствами операционной среды, приведены данные и сделан анализ численных экспериментов в областях обработки
изображения, молекулярной физики, краевых задач электрофизики.
Практическая ценность. Предложенные алгоритмы распределения ресурсов МВС, а такке развиваемый подход к интеграции математического обеспечения отдельных СП крупноблочной МВС в единую программную среду могут быть использованы при разработке операционных сред для МВС нового поколения, создаваемых на базе микропроцессоров и транспьютерных систем. ОСПП МАРЕХ и ОБЬ находятся в промышленной и сгштной эксплуатации в ряде организаций и применяются для конструирования параллельных программ и пакетов программ в геофизике, обработке сигналов, электрофизике, молекулярной физике и других областях. Опыт их использования показывает, что время решения прикладных задач в МБС с 8-ю СП ЕС-2705 может быть уменьшено в 25-100 раз по сравнению со счетом в EC-I066. На основе операционной среды МАРЕХ в ВЦ СО АН СССР разработана Фортран-система параллельного программирования ИНЯ.
Реализация результатов исследования. Разработанные ОСПП внедрены и используются для разработки параллельных программ в КЦИИТ (София), ЦГЭ Миннефтепрома (Москва).
Публикации и апробация. По теме диссертации опубликовано 9 работ. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Втором региональном семинаре "Распределенная обработка информации" (Новосибирск, 1937), на I Всесоюзной конференции "Супер-ЭВМ" (Минск,I98?), 8-м Всесоюзном семинаре "Параллельное программирование и высокопроизводительные структуры" (Алушта, 19881, 8-ой Сибирской школе по ППП "Программное обеспечение ЭВМ новых поколений" (Иркутск, 1989), Школе-семинаре "ЕС ЭВМ-89" (Киев,1989), Всесоюзной конференции "Высокопроизводительные МВС для комплексных центров математического моделирования" (Новосибирск,1989), Х-ом Всесоюзном семинаре "Параллельное программирование и высокопроизводительные системы: методы представления знаний в - информационных технологиях (Уфа,1990), Всесоюзной школе-семинаре "Многоуровневое структурное проектирование программных систем" (Планерское, 1991).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований. Общий объем работы - 134 страниц.
