Προσομοίωση και ανάλυση της απόδοσης μεθόδων ανάθεσης εργασιών σε υπολογιστικά πλέγματα
Authors: Ζήκος Στυλιανός 
Published: January 2014

Τα πλέγματα υπολογιστών ενοποιούν κατανεμημένους ετερογενείς πόρους που δεν υπόκεινται σε κεντρικό έλεγχο, σχηματίζοντας ισχυρά συστήματα που μπορούν να παρέχουν πολλών ειδών υπηρεσίες. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάθεση εργασιών σε πόρους υπολογιστικών πλεγμάτων, με την εκτέλεση προσομοιώσεων. Η ανάθεση γίνεται σε δύο επίπεδα. Σε πρώτη φάση ο χρονοδρομολογητής πλέγματος αναθέτει τις εργασίες στα κατανεμημένα ανεξάρτητα site, και σε δεύτερη φάση ο τοπικός χρονοδρομολογητής, που βρίσκεται σε κάθε site, αναθέτει συγκεκριμένους επεξεργαστές για την εξυπηρέτηση των εργασιών. Ο χρονοδρομολογητής πλέγματος έχει ως κύριο στόχο την εύρεση των κατάλληλων site για τις εργασίες και την αποτελεσματική διαμοίραση του φόρτου. Για να το επιτύχει αυτό, μπορεί να χρησιμοποιήσει δυναμική πληροφορία που δείχνει την κατάσταση των site. Στη διατριβή εξετάζονται πολιτικές που χρησιμοποιούν δυναμική πληροφορία για το φόρτο στα site. Προτείνονται και αξιολογούνται δύο διαφορετικές υβριδικές πολιτικές, οι οποίες συνδυάζουν τη χρήση δύο πολιτικών για να εκμεταλλευτούν τα πλεονεκτήματα της κάθε μιας. Η πρώτη υβριδική πολιτική, που εφαρμόζεται όταν ο χρονοδρομολογητής πλέγματος δεν γνωρίζει τις απαιτήσεις εξυπηρέτησης των εργασιών, επιλέγει έναν τύπο δρομολόγησης με βάση το χρόνο άφιξης τους. Η δεύτερη υβριδική πολιτική, η οποία εφαρμόζεται όταν ο χρονοδρομολογητής πλέγματος γνωρίζει τις απαιτήσεις εξυπηρέτησης των εργασιών, αποστέλλει τις εργασίες στα site με βάση το μέγεθός τους. Τα κίνητρα για την ανάπτυξη των υβριδικών πολιτικών είναι η μείωση της καθυστέρησης των εργασιών στον χρονοδρομολογητή πλέγματος και η επιλογή των πιο κατάλληλων site με την εκμετάλλευση της δυναμικής πληροφορίας για το φόρτο. Οι χρονοδρομολογητές πρέπει να είναι αποτελεσματικοί, κυρίως στην περίπτωση που δεν υπάρχει πληροφορία για τις απαιτήσεις εξυπηρέτησης. Ένα κεφάλαιο της διατριβής αφιερώνεται στη μελέτη της απόδοσης διάφορων πολιτικών σε επίπεδο πλέγματος και σε τοπικό επίπεδο, όταν οι απαιτήσεις εξυπηρέτησης των εργασιών παρουσιάζουν υψηλή μεταβλητότητα. Εξετάζονται διαφορετικοί βαθμοί μεταβλητότητας και γίνονται προσομοιώσεις για την εύρεση των πιο κατάλληλων συνδυασμών πολιτικών. Η συχνή αποστολή πληροφορίας για το φόρτο, από τα site στον χρονοδρομολογητή πλέγματος, έχει ως αποτέλεσμα την επιβάρυνση του δικτύου. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος προτείνονται και αξιολογούνται δύο νέες πολιτικές ανάθεσης εργασιών σε site, η χρήση των οποίων έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της συχνότητας με την οποία αποστέλλεται η πληροφορία για το φόρτο. Οι πολιτικές αξιολογούνται όχι μόνο ως προς την απόδοση της εξυπηρέτησης των εργασιών, αλλά και ως προς την εξισορρόπηση του φόρτου μεταξύ των ετερογενών site. Εκτός από την απόδοση, η κατανάλωση ενέργειας είναι άλλο ένα σημαντικό θέμα. Προτείνονται και αξιολογούνται τρεις τοπικές πολιτικές χρονοδρομολόγησης εργασιών σε συστοιχία που περιλαμβάνει επεξεργαστές με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Μία από τις πολιτικές έχει ως στόχο την εξοικονόμηση ενέργειας, ενώ οι άλλες δύο έχουν στόχο την υψηλή απόδοση. Με τη βοήθεια των προσομοιώσεων εντοπίζεται η καταλληλότερη πολιτική ανάλογα με τις συνθήκες στο σύστημα και την επιθυμητή προτεραιότητα (απόδοση ή εξοικονόμηση ενέργειας). Συνοψίζοντας, η εφαρμογή των προτεινόμενων μεθόδων έχει ως αποτέλεσμα τη βελτίωση της λειτουργίας του συστήματος, είτε μέσω της αναβαθμισμένης ποιότητας της υπηρεσίας που παρέχεται στις εργασίες των χρηστών (μικρότερες καθυστερήσεις), είτε μέσω της αποτελεσματικότερης διαχείρισης των ζητημάτων από την πλευρά του συστήματος (εξισορρόπηση του φόρτου, μείωση της επιβάρυνσης στο δίκτυο, εξοικονόμηση ενέργειας).