Đang tải... (xem toàn văn)
ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG SIÊU MÁY TÍNH BẰNG MÔ HÌNH MẠNG HÀNG ĐỢI Nghiên cứu mô hình mạng hàng đợi. Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng, bao gồm: mô hình phân tích (analytic modeling), mô hình mô phỏng (simulation modeling), đo hiệu năng (benchmarking). Tìm hiểu quá trình đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình mạng hàng đợi. Đánh giá kết quả theo yêu cầu của đề tài.
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG DOÃN THỊ HƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG SIÊU MÁY TÍNH BẰNG MÔ HÌNH MẠNG HÀNG ĐỢI Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số : 60.48.01.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2013 S Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Hồ Khánh Lâm Phản biện 1: …………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông -1- MỞ ĐẦU Đánh giá hiệu năng thông qua mô phỏng hệ thống là một phương pháp hiệu quả và đặc biệt hữu ích đối với các nhà thiết kế, xây dựng hệ thống. Nền tảng của phương pháp là: − Mô phỏng hệ thống: mô hình hoá cấu trúc (structure) và mô tả hành vi (behaviour) của hệ thống. − Phân tích, đánh giá hiệu năng trên mô hình mô phỏng hệ thống. Hiện nay, có ba phương pháp đánh giá hiệu năng thông qua mô phỏng hệ thống, đó là: phương pháp sử dụng Mạng hàng đợi (Queue Network - QN), phương pháp sử dụng Mạng Petri (Petri Net - PN) và phương pháp sử dụng chương trình máy tính được thiết kế đặc thù chỉ để mô phỏng cho một hệ thống. Trong đó, phương pháp cuối cùng tuy cho kết quả với độ tin cậy và chính xác cao nhưng phải trả giá về sự đòi hỏi và chiếm dụng tài nguyên rất lớn, vì vậy, phương pháp này thường ít được sử dụng trong đánh giá hiệu năng. Phương pháp sử dụng mạng hàng đợi, với nền tảng là lý thuyết xếp hàng và luật Little, do chi phí thấp, việc -2- mô phỏng đơn giản, trở nên rất hữu dụng đối với các hệ thống không phức tạp, đòi hỏi độ chính xác của kết quả phân tích không cao. Việc phân tích đánh giá hiệu năng của siêu máy tính là một việc tương đối phức tạp. Một trong những phương pháp đánh giá được sử dụng rộng rãi và có hiệu quả trên thực tế là phương pháp mô hình hóa và các mô hình được sử dụng hiện nay là mô hình mạng hàng đợi, mạng Petri, đồ thị và các mô hình lai ghép. Trong đó mô hình mạng hàng đợi là một mô hình đơn giản và tỏ ra có hiệu quả trong thực tế. Lý thuyết xếp hàng đã được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới đầu thế kỉ 20. Có nhiều ứng dụng được cài đặt sử dụng lý thuyết này, có các thư viện mở được xây dựng để giải quyết các bài toán trên mô hình mạng hàng đợi. Do sự phổ biến và có hiệu quả của lý thuyết xếp hàng trong việc đánh giá hiệu năng của siêu máy tính mà luận văn của em đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết xếp hàng từ đó xây dựng thư việc giải bài toán hàng đợi và áp dụng vào để đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình mạng hàng đợi. -3- Do đó, học viên chọn đề tài “Đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình mạng hàng đợi” cho luận văn tốt nghiệp thạc sĩ. 1. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Để hoàn thành mục đích ý tưởng đề ra cần nghiên cứu các nội dung như sau: - Nghiên cứu mô hình mạng hàng đợi. - Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng, bao gồm: mô hình phân tích (analytic modeling), mô hình mô phỏng (simulation modeling), đo hiệu năng (benchmarking). - Tìm hiểu quá trình đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình mạng hàng đợi. - Đánh giá kết quả theo yêu cầu của đề tài. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn thuộc loại nghiên cứu và ứng dụng, tôi chỉ giới hạn nghiên cứu các vấn đề sau: - Mô hình mạng hàng đợi. - Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng. -4- - Ứng dụng của mô hình mạng hàng đợi để dánh giá hiệu năng siêu máy tính. Phạm vi nghiên cứu - Mô hình mạng hàng đợi. - Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng. - Công cụ phần mềm JMT, kết quả mô phỏng hiệu năng của kiến trúc siêu máy tính bằng công cụ JMT. - Ứng dụng của mô hình mạng hàng đợi để đánh giá hiệu năng siêu máy tính. 3. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu các tài liệu, bài báo trong và ngoài nước có liên quan đến mô hình mạng hàng đợi và sử dụng các thuật toán để đánh giá hiệu năng siêu máy tính. 4. Bố cục luận văn Chương 1: Tổng quan về các kiến trúc máy tính Chương 2: Các phương pháp kiểm thử hiệu năng Chương 3: Mô hình mạng hàng đợi Chương 4: Đánh giá hiệu năng siêu máy tính. -5- Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC KIẾN TRÚC SIÊU MÁY TÍNH 1.1. Tổng quan về siêu máy tính 1.1.1. Sự phát triển của công nghệ siêu máy tính Hình 1.1. tỷ lệ phần trăm số lượng siêu máy tính của một số nước (Nguồn: Wikipedia) Hình 1.2. Siêu máy tính của các nước trên thế giới (Nguồn: top500.org) -6- 1.1.2. Phần cứng và kiến trúc siêu máy tính. 1.1.3. Sử dụng năng lượng và quản lý nhiệt 1.2. Kiến trúc của siêu máy tính cỡ nhỏ (PC Desktop) CPU+GPU. 1.2.1. Công nghệ xử lý đồ họa GPU (Graphics processing unit) Hình 1.3. Mô hình phần cứng GPU Hình 1.4. Cấu trúc GPU -7- Hình 1.5. Mô hình bộ nhớ. Hình 1.6. cho thấy số phần tử toán học GPU nhiều hơn hẳn CPU, điều này mang đến cho GPU một khả năng xử lý song song cực kỳ hiệu quả. Hình 1.6. So sánh kiến trúc CPU và GPU Sau đây là đồ thị so sánh khả năng xử lý floating- point giữa GPU và CPU được mô tả qua Hình 1.7. -8- Hình 1.7. So sánh floating-point của GPU và CPU 1.2.2. Sự kết hợp CPU với GPU tạo thành siêu máy tính cỡ nhỏ. Hình 1.8. Mô hình tổ chức theo cluster CPU+GPU của siêu máy tính [...]... cứu mô hình mạng hàng đợi để đánh giá hiệu năng siêu máy tính dựa trên công cụ mô phòng JMT -18- Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG SIÊU MÁY TÍNH 4.1 Công cụ phần mềm JMT 4.1.1 Sơ lược lịch sử của JMT 4.1.2 Cách cài đặt JMT 4.1.3 Bắt đầu với bộ JMT Cửa sổ của Hình 4.1 sẽ xuất hiện Hình 4.1: Bộ màn hình bắt đầu JMT -19- 4.2 Đánh giá ảnh hưởng của mạng liên kết các nút xử lý CPU + GPU 4.3 Ứng dụng của mạng hàng. .. nghệ siêu máy tính và kiến trúc của nó Giới thiệu về phần mềm và các công cụ phần mềm của siêu máy tính Tìm hiểu về kiến trúc của siêu máy tính cỡ nhỏ (PC Desktop) CPU+GPU Ngoài ra, trong chương một còn trình bày về hiệu năng của siêu máy tính trong đó giới thiệu năng lực và khả năng tính toán của một siêu máy tính và các ứng dụng của siêu máy tính -11- CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM THỬ HIỆU NĂNG... việc 3.4 Các số đo hiệu năng của mạng hàng đợi 3.4.1 Các mạng một lớp công việc 3.4.2 Các mạng nhiều lớp công việc 3.5 Kết luận chương Trong chương giới thiệu về mạng hàng đợi mở, cách phân loại mô hình mạng hàng đợi, mạng hàng đợi đóng, mở, kết hợp Các xác định các mạng hàng đợi, mạng một lớp công việc hay nhiều lớp công việc Cuối cùng các số đo hiệu năng của mạng hàng đợi Trên cơ sở các nội dung nghiên... nâng cao hiệu năng của hệ thống thực tế nhằm đáp ứng yêu cầu của người sử dụng 2.3 Kết luận chương Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng, bao gồm: mô hình phân tích (analytic modeling), mô hình mô phỏng (simulation modeling), đo hiệu năng (benchmarking) Giới thiệu các mô hình mạng hàng đợi (Trong đó có mô hình mạng hàng đợi mở, đóng, hỗn hợp), các loại mô hình này sẽ được giới thiệu ở chương... trình kiểm thử hiệu năng của các hệ thống đa xử lý như: chip đa lõi, các hệ thống toán song song, các siêu máy tính hiệu quả, có một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng, bao gồm: mô hình phân tích (analytic modeling), mô hình mô phỏng (simulation modeling), đo hiệu năng (benchmarking) Tất cả các kỹ thuật phân tích: Mô hình phân tích và mô hình mô phỏng đều yêu cầu phải xây dựng mô hình Mô hình là biểu... Resume): Khi một khách hàng mới đến một hệ thống đang bận, thì khách hàng đang trong phục vụ được loại ra khỏi phương tiện phục vụ và được đẩy vào hàng đợi LIFO và phục vụ bắt đầu cho khách hàng mới 3.2 Phân loại mô hình mạng hàng đợi 3.2.1 Mạng hàng đợi mở ́ ́ ́ ́ ́ ́ Hình 3.1: Mạng mở các hàng đợi 01 0,4 µ1 0,6 03 µ2 0,2 µ4 µ3 0,8 Hình 3.2: Mạng mở các hàng đợi 1,0 -16- 3.2.2 Mạng hàng đợi đóng µ1 µ2 0,4... cụ phần mềm của siêu máy tính 1.3.1 Hệ điều hành và quản lý hệ thống Hình 1.9 Tỷ lệ sử dụng các hệ điều hành cho các siêu máy tính (Nguồn: Wikipedia) 1.3.2 Các công cụ phần mềm 1.3.3 Tính toán phân tán 1.4 Hiệu năng của siêu máy tính 1.4.1 Năng lực và khả năng tính toán 1.4.2 Các số đo hiệu năng 1.5 Các ứng dụng của các siêu máy tính -10- 1.6 Kết luận chương Trong chương này đã giới thiệu đ ược sự phát... đo đạc hiệu năng (gồm cả benchmarks) của hệ thống đa xử lý không sử dụng các mô hình mà thay vào đó, sử dụng quan sát trực tiếp hệ thống, hoặc hệ thống tương tự 2.1 Mô hình phân tích 2.1.1 Các tính toán giới hạn (bounding calculations) 2.1.2 Các mô hình mạng hàng đợi -12- 2.1.3 Petri nets 2.2 Mô hình mô phỏng Các mô hình mô phỏng hệ đa xử lý thực là các chương trình máy tính chuyên dụng Sự mô phỏng... 1,0 Hình 3.3: Mạng đóng các hàng đợi 3.2.3 Mạng hàng đợi kết hợp µ4 Nguồn µ1 µ2 µ3 Hình 3.4: Mạng kết hợp 3.2.4 Mạng có các ràng buộc số lượng khách hàng 1 i Buffer size = B µ Hình 3.5: Mạng với ràng buộc: n1 n2 nm B m 3.3 Các xác định của mạng hàng đợi Chúng ta xét các mạng đơn lớp và đa lớp -17- 3.3.1.Các mạng một lớp công việc 3.3.2 Các mạng nhiều lớp công việc 3.4 Các số đo hiệu năng. .. bằng công cụ mạng hạng đợi Áp dụng mô hình mạng hàng đợi để đánh giá hiệu năng siêu máy tính Ở đây, sử dụng mạng hàng đợi đóng dạng tích nhiều lớp công việc MCPFQN với các thông số hiệu năng: thông lượng của hệ thống, thời gian đáp ứng trung bình, thời gian chờ đợi, mức độ sử dụng, -24xác suất biên của hàng đợi để mô hình hệ thống siêu máy tính có số lượng cluster là N CL đấu nối theo: 2D-mesh, 2D-torus, . năng (benchmarking). Giới thi u các mô hình mạng hàng đợi (Trong đó có mô hình mạng hàng đợi mở, đóng, hỗn hợp), các loại mô hình này sẽ được giới thi u ở chương 3. Ngoài ra trong chương này còn giới thi u một. tính -10- 1.6. Kết luận chương Trong chương này đã giới thi u đ ược sự phát triển của công nghệ siêu máy tính và kiến trúc của nó. Giới thi u về phần mềm và các công cụ phần mềm của siêu máy tính phương pháp sử dụng Mạng Petri (Petri Net - PN) và phương pháp sử dụng chương trình máy tính được thi t kế đặc thù chỉ để mô phỏng cho một hệ thống. Trong đó, phương pháp cuối cùng tuy cho kết quả với