Αποτίμηση της απόδοσης πολιτικών χρονοδρομολόγησης παράλληλων εργασιών σε συστήματα πλέγματος με μοντέλα προσομοίωσης
Authors: Παπαζάχος Ζαφείριος 
Published: January 2014

Οι ανάγκες σε υπολογιστική ισχύ των σύγχρονων εφαρμογών έχουν αυξηθεί κατά πολύ σε σχέση με τα παρελθόν. Η κάλυψη των αναγκών με τους υπάρχοντες πόρους έγινε εφικτή συλλέγοντας τους διαθέσιμους πόρους και οργανώνοντας τους κατάλληλα. Ένα σύστημα πλέγματος αποτελείται από ένα σύνολο διαμοιραζόμενων πόρων που δεν υπόκεινται σε κεντρικό έλεγχο, χρησιμοποιεί γενικού σκοπού πρωτόκολλα και προσφέρει σημαντικές υπηρεσίες στους χρήστες. Για την αποτελεσματικότερη αξιοποίηση ενός συστήματος πλέγματος καθίσταται επιτακτική η ανάπτυξη αποδοτικών πολιτικών χρονοδρομολόγησης. Το αντικείμενο που πραγματεύεται η παρούσα διατριβή είναι η αποτίμηση της απόδοσης πολιτικών χρονοδρομολόγησης παράλληλων εργασιών σε συστήματα πλέγματος. Η απόδοση των πολιτικών μελετάται με τη χρήση μοντέλων προσομοίωσης. Οι ιδιαιτερότητες του φόρτου εργασίας είναι καθοριστικές για την απόδοση του συστήματος. Το σύστημα πρέπει να είναι εφοδιασμένο με τεχνικές και αλγορίθμους που θα του παρέχουν την κατάλληλη ευελιξία ώστε να αντιμετωπίσει όλες τις πιθανές καταστάσεις. Για το λόγο αυτό εξετάζουμε την απόδοση στην περίπτωση που στο φόρτο έχουμε δέσμες παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας και χρησιμοποιούμε τεχνικές μεταναστεύσεων για την εξισορρόπηση του φόρτου σε ετερογενές σύστημα πλέγματος. Σε ένα σύστημα πλέγματος που εξυπηρετεί παράλληλες εργασίες τύπου ομάδας παρουσιάζεται έντονα το φαινόμενο της κατάτμησης. Προτείνουμε μια τεχνική μεταναστεύσεων για την επίλυση αυτού του φαινομένου και για τη βελτίωση της απόδοσης την οποία εξετάζουμε κάτω από διάφορες συνθήκες φόρτου εργασίας. Μελετάμε τον τρόπο με τον οποίο μπορεί η τεχνική των μεταναστεύσεων να διαχειριστεί την άφιξη κρίσιμων εργασιών που εμφανίζονται σποραδικά και επίσης εξετάζουμε την επίδραση της μεταβλητότητας του χρόνου εκτέλεσης στη χρονοδρομολόγηση των παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας. Η εξισορρόπηση του φόρτου στο σύστημα είναι πολύ σημαντικός παράγοντας που συμβάλλει στη ομαλή λειτουργία και τη βελτίωση της απόδοσης. Εξετάζουμε ένα νέο δρομολογητή εργασιών σε επίπεδο πλέγματος που υποστηρίζει περιοδική ανάδραση με το σύστημα. Στόχος του αλγορίθμου περιοδικής ανάδρασης είναι η εξισορρόπηση του φόρτου μεταξύ των διαθέσιμων συστοιχιών. Ο αλγόριθμος που εξετάζουμε θεωρείται κατάλληλος για τη δρομολόγηση παράλληλων εργασιών. Στην παρούσα διατριβή αναλύουμε επίσης το μοντέλο φόρτου παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας με περιορισμούς προτεραιοτήτων. Εξετάζουμε την περίπτωση που μία παράλληλη εργασία μπορεί να δημιουργηθεί δυναμικά στο σύστημα βάσει εξαρτήσεων με το περιεχόμενο της λανθάνουσας μνήμης (cache) από προηγούμενες εκτελεσθείσες εργασίες. Μελετάμε την απόδοση διαφορετικών πολιτικών χρονοδρομολόγησης που αφορούν το νέο μοντέλο εργασιών κάτω από διάφορες συνθήκες φόρτου. Ένα ακόμη θέμα που μας απασχολεί είναι η χρονοδρομολόγηση παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας σε συστοιχίες πολυπύρηνων επεξεργαστών. Επιλέγουμε μία τεχνική μεταναστεύσεων κατάλληλη για αυτή την περίπτωση και τροποποιούμε κατάλληλα τις υπάρχουσες πολιτικές χρονοδρομολόγησης για την εξυπηρέτηση παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας σε πολυπύρηνες ομοιογενείς και ετερογενείς συστοιχίες. Επίσης, εξετάζουμε τα οφέλη και τη διαφορά στην απόδοση μεταξύ των αλγορίθμων για πολυπύρηνες συστοιχίες και των εναλλακτικών αλγορίθμων για μονοπύρηνες συστοιχίες. Τέλος, ασχοληθήκαμε και με την περίπτωση της ετερογένειας των πολυπύρηνων συστοιχιών και παρουσιάζουμε τον αντίκτυπο που έχει στην απόδοση των πολιτικών που εφαρμόζουμε. Συνοψίζοντας, η συνεισφορά της διατριβής έγκειται στην ανάπτυξη νέων πολιτικών χρονοδρομολόγησης παράλληλων εργασιών για καλύτερη αξιοποίηση των διαθέσιμων πόρων στην περίπτωση των συστημάτων πλέγματος. Προτείνονται και εξετάζονται διεξοδικά διάφορες τεχνικές όπως αλγόριθμοι με ανάδραση από το σύστημα, τεχνικές μεταναστεύσεων εργασιών καθώς και περίπλοκες περιπτώσεις μοντέλων εργασιών όπως δέσμες παράλληλων εργασιών τύπου ομάδας, εργασίες με περιορισμούς προτεραιότητας και κρίσιμες εργασίες. Επίσης, μελετήσαμε το θέμα της εξισορρόπησης φόρτου σε συστήματα πλέγματος και προτείνουμε νέους αλγορίθμους χρονοδρομολόγησης που κάνουν ομαλότερη τη μετάβαση σε συστήματα συστοιχιών πολυπύρηνων επεξεργαστών.