Góp phần nghiên cứu phương pháp chiết xuất Berberin từ cây vàng đắng Coscinium usitatum Pierre

PhÇn 1 Tæng Quan VÒ Tinh To¸n Song Song

MỤC LỤC

Mục Lục

Lời nói đầu

Phần 1 Tổng quan về tính toán song song

Giới thiệu về tính toán song song……………………… 5

Định nghĩa tính toán song song…………………………………. 5

Nhu cầu về tính toán song song…………………………………. 5

Sự phát triển của lập trình song song ngày nay……………….. 6

Phân loại kiến trúc máy tính song song………………………… 7

Các giải thuật song song……………………………………….. 10

Mô hình lập trình…………………………………………. 11

Kiến trúc siêu máy tính của Beowulf………………………….. 12

Thư viện lập trình………………………………………………. 13

Thư viện truyền thông MPI…………………………….. 13

Cấu trúc chương trình………………………………………….. 13

Một số kiểu dữ liệu được dùng………………………………… 14

Các hàm cơ bản…………………………………………………. 14

Phần 2 Hệ quản lý tài nguyên và phân tải

Mục đích và nhiệm vụ của hệ quản lý tài nguyên và phân tải

………………………………………………… 19

Hệ thồng quản lý tài nguyên và phân tải …………. 21

Một số khái niêm cơ bản …………………………………… 21

Một số dặc trưng cơ bản …………………………………… 22

Các phân hệ trong PBS ……………………………………… 23

3.1 Phân hệ quản lý công việc PBS_Server …………………... 23

3.2 Phân hệ lập lịch PBS_Sheduler …………………………… 24

Tiêu Công Thắng-Lớp HTTT 1

PhÇn 1 Tæng Quan VÒ Tinh To¸n Song Song

3.3 Phân hệ quản lý tài nguyên và thực thi công việc PBS_Mom

26

Hoạt động của hệ thống ………………………………………… 29

4.1 Giao tiếp giữa PBS_Server và PBS_Sheduler …………… 30

4.2 Giao tiếp giữa PBS_Sheduler và PBS_Mom ……………. 31

4.3 Giao tiếp giữa PBS_Server và PBS_Mom ……………. 31

Sự đóng gói dữ liệu và truyền thông ……………………… 32

5.1 Các đặc tả của chuẩn ASN.1 về định dạng dữ liệu …..… 33

5.2 Phương pháp mã hoá DIS ………………………………. 38

Một số kết quả đã đạt được và định hướng phát triển

40

1. Một số kết quả trung tâm đã đạt được ………………………………... 41

2. Định hướng phát triển …………………………………………………... 41

Phần 3 Tìm hiểu về chương trình debugger

Debugger Interface………………………………………. 43

Khái niêm Parallel Debugger………………………………….. 43

Cách thức hoạt động của chương trình debugger……………. 44

Giao diện………………………………………………………… 45

Debugger Output……………………………………………….. 45

Hiệu ứng của sự song song trong quá trình debugger

Tên của các tiến trình và các luồng……………………………. 46

Tập các tiến trình và các luồng………………………………… 47

Tập tên…………………………………………………………... 48

High Performance Debugger Version 1……………… 48

Giới thiệu về nhóm HPDF……………………………………… 48

High Performance Debugger Version 1……………………….. 49

2.1 Giao diên………………………………………………….. 49

2.2 Khởi tạo…………………………………………………… 50

2.3 ActionPoints………………………………………………. 51

2.4 Đặc tả lệnh………………………………………………... 51

Tiêu Công Thắng-Lớp HTTT 2

PhÇn 1 Tæng Quan VÒ Tinh To¸n Song Song

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ tính toán song song phân cụm là một trong những công nghệ hàng

đầu đuợc sử dụng trong môi trường tính toán phân tán hiệu năng cao. Đặc biệt, trong

thời đại bùng nổ của khoa học kỹ thuật với nhiều công nghệ tiên tiến liên tục ra đời,

công nghệ tính toán song song phân cụm ngày càng chứng tỏ ưu thế so với các công

nghệ tính toán cổ điển. Các bài toán khoa học kỹ thuật ngày nay, có quy mô ngày một

lớn, đòi hỏi phải có sức mạnh tính toán cực lơn mới có thể đáp ứng được. Điều đó có

thấy rõ khi điểm qua danh sách các siêu máy tính hàng đầu thế giới. Trong số 500 siêu

máy tính thì phần lớn được xây dựng dựa trên công nghệ phân cụm .

Trong đợt thực tập này em đã có điều kiện làm quen với môi trường tính toán

song song phân cụm. Và báo cáo này chính là kết quả tổng hợp những kiến thức em đã

thu nhận được sau đợt thực tập này. Yêu cầu của đợt thực tập là tìm hiểu về tính toán

song phân cụm từ đó xây dựng chương trình debugger cho hệ thông tính toán song

song phân cụm. Báo cáo được chia làm ba phần

• Phần 1 Tông quan về tính toán song song. Đây là kết quả của tuân làm

việc đầu tiên trên trung tâm. Phần này trình bày những khái niệm cơ bản về

hệ thống tính toán song song phân cụm, đồng thời cũng giới thiệu về cách

thức lập trình song song và các thư viện hỗ trợ

• Phần 2 Hệ quản lý tài nguyên và phân tải. Nội dung của phần này trình

bày về hệ thống quản lý tài nguyên và phân tải công việc PBS được dử

dụng trong hệ thông tính toán song song phân cụm

• Phần 3 Tìm hiểu về chương trình debugger. Trên cở sở những kiến thức đã

thu được từ các phần trước, phần này em tiến hành tìm hiểu cách thức xây

dựng một chương trình debugger cho hệ thống, đây cũng chính là mục đích

chính của nhóm HPCK45.

Qua đợt thực tập em đã bước đầu làm quen với môi trường lập trình song song

cả về lý thuyết lãn thực hành. Ngoài ra đợt thực tập này cũng cung cấp thêm cho em

rất nhiều kinh nghiệm về làm việc theo nhóm cũng như những kinh nghiệm về cách

làm việc trong thực tế sau này

Tiêu Công Thắng-Lớp HTTT 3

PhÇn 1 Tæng Quan VÒ Tinh To¸n Song Song

Phần 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN SONG SONG

I. Giới thiệu về tính toán song song

1. Định nghĩa tính toán song song

Một chương trình truyền thống được viết cho một máy tính tuần tự, chương

trình nay khi chạy sẽ gồm một chuỗi các lệnh được viết liên tiếp được thực hiện tuần

tự do máy tính chỉ có một bộ xử lý trung tâm nên tại một thời điểm chỉ có một lệnh

được thực hiện.

Khác với lập trình tuần tự, theo dạng đơn giản nhất, tính toán song song là việc

sử dụng nhiều tài nguyên tính toán để giải quyết một bài toán.Các tài nguyên tính

toán có thể bao gồm một máy tính với nhiều bộ vi xử lý, một tập các máy tính kết

nối mạng hay là một sự kết hợp của hai dạng trên. Đặc điểm của bài toán có thể giải

quyết được bằng hệ thống tính toán song song là có thể phân ra làm nhiều bài toán

con có khả năng chay song song cùng một lúc, chính vì vậy nhờ việc thực hiện song

song hoá sẽ làm cho bài toán được giải quyết nhanh hơn

2. Nhu cầu về tính toán song song

Ngày nay nhu cầu về lập trìmh song song ngày càng trở nên cần thiết

trong các vấn đề về kỹ thuật

Nếu các bạn đã từng lập trình trong với thư viện lập trình của Matlab thì

chúng ta có thể thấy matlab hỗ trở rất tốt cho các thao tác làm việc với ma

trận ,do đó chúng ta sẽ không gặp bất kỳ một khó khăn nao khi làm việc với các

ma trận có kích thước nhỏ. Nhưng vấn đề sẽ nảy sinh khi chúng ta càn làm việc

với các ma trận có kích thước lớn hay rất lớn, lúc đó các thao tác với ma trận

của matlab có thể sẽ không còn tác dụng nữa do hạn chế về bộ nhớ hoặc làm

việc với tốc độ rất chậm do khối lượng phép tính quá lớn.

Mọi việc cũng tương tự khi chúng ta tiến hành lập trình tuần tự theo

phương pháp truyền thống.

Ngoài ra trong thực tế chúng ta còn bắt gặp các bài toán về mô phỏng thế

giới thực khi đấy lượng dữ liệu vào và số lượng các phép tính là rất lớn và giải

Tiêu Công Thắng-Lớp HTTT 4

PhÇn 1 Tæng Quan VÒ Tinh To¸n Song Song

pháp sử dụng mô hình lập trình tuần tự truyền thống là hầu như không thể chấp

nhận được. Trong khi đó các bài toán này nếu mô phỏng được trên máy tính sẽ

tiết kiệm được rất nhiều tiền của cho việc thử nghiệm đôi khi còn rất nguy hiểm

nếu tiến hành trong thực tế..

Vậy có giải pháp nào cho các vấn đề đã được nêu ở trên. Chúng ta có hai

giải pháp cho vấn đề trên. Cách thứ nhất là chúng ta có thể sử dụng các siêu

máy tính với rất nhiều bộ nhớ để giải quyết các thực hiện các bài toán trên, cách

này tỏ ra đơn giản nhưng rất khó thực hiện trong điều kiện của đại đa số các

nược trên thế giới vì giá thành của các siêu máy tính là rất cao. Cách thứ hai là

chúng ta sẽ lợi dụng việc sự phát triển mạnh mẽ của mạng hiện nay để giải

quyết các bài toán trên bằng cách kết nối các máy tính lại với nhau và cùng thực

hiên bài toán đặt ra đây chính là ý tưởng chính của tính toán song song .

Vậy chúng ta có thể thấy rõ tính toán song song vừa giúp chúng ta giải

quyết được các bài toán có số lượng phép tính lớn đồng thời cũng giải quyết

được vấn để về giá thành của hệ thống phần cứng bởi vì khi sử dụng việc kết

nối các máy tính chúng ta có thể sử dụng được tài nguyên của nhiều máy tính

cùng một lúc và với việc các máy tính được nối mạng ngày càng rộng dãi thì

việc thực hiện kết nối là tương đối dễ dàng. Ngoài ra việc lập trình song song

còn giúp chúng ta khai thác được tối đa các tài nguyên của mang máy tính trên

toàn thế giới .

3. Sự phát triển của lập trình song song ngày nay

Do lợi ích của việc sử dụng ứng dụng tính toán song song nên các nhà

khoa học trên thế giới đã bắt tay vào nghiên cứu các vấn đề về lập trình song

song từ những năm 60 của thế kỷ trước và cho đến nay đã đạt được những kết

quả nhất định .

Ngày nay chúng ta đã có thể sử dụng tính toán song song vào bài toán xử

lý và nhận dạng vân tay. Ơ bài toán này các dữ liệu về vân tay sẽ được lưu trữ

trên các máy tính khác nhau, khi có yêu cấu nhân dạng một mẫu vân tay nào đó

thì mẫu vân tay ấy phải được gửi đi đến tất cả các máy trạm và tại các máy trạm

sẽ tiến hành tìm kiếm mẫu vân tay phù hợp với mẫu vân tay ban đầu đưa vào và

Tiêu Công Thắng-Lớp HTTT 5