Эффективное распределение вычислительных ресурсов в геораспределенных гетерогенных динамичных вычислительных средах
Authors: Клименко А.Б. 
Published: November 2024

В настоящее время управление вычислительными ресурсами в геораспределенных гетерогенных динамичных вычислительных средах представляет собой нетривиальную научную задачу. В силу сложности таких систем распределение вычислительных ресурсов становится вычислительно сложной задачей, как правило, многокритериальной, с нелинейными ограничениями, целочисленной или смешанно-целочисленной. Решение подобных задач составляет дополнительные ресурсные издержки систем. Кроме того, свойство геораспределенности также привносит дополнительные ресурсные издержки, которые возникают при транзите данных между вычислительными подзадачами в случае, когда при этом задействованы транзитные участки сети и длина маршрута более одного участка. Целью настоящего исследования является реализация эффективного управления вычислительными ресурсами по критерию использования вычислительных ресурсов – как в процессе их распределения, так и при решении вычислительной задачи в вычислительной среде. Для достижения поставленной цели разработана новая постановка задачи распределения вычислительных ресурсов, которая учитывает свойства гетерогенности, динамики и геораспределенности вычислительной среды и отличается наличием управляемых параметров, определяющих затраты ресурсов как на передачу данных по сети, так и на решение задачи распределения вычислительных ресурсов. Разработан метод, позволяющий решить поставленную задачу, который включает этапы разработки репозитария метаэвристик и его использования. Результаты проведенного моделирования позволяют сделать вывод о перспективности разработанного метода – трудоемкость распределения вычислительных ресурсов снизилась в 28 раз при потерях качества полученного решения до 10 %.

Currently, the management of computing resources in geo-distributed heterogeneous dynamic computing environments is a non-trivial scientific problem. Due to the complexity of such systems, the distribution of computing resources becomes a computationally hard problem, usually multi-criteria, with nonlinear constraints, integer or mixed-integer. The solution of such problems produces some additional costs of system exploitation. In addition, the property of geo-distribution also introduces additional resource costs that arise during data transit between computing subtasks in the case when transit sections of the network are involved and the route length is more than one section. The purpose of this study is to implement effective management of computing resources based on the criterion of using computing resources – both in the process of their distribution and in solving a computational task in a computing environment. To achieve the goal of the study, a new formulation of the computational resource distribution problem has been developed, which takes into account the properties of heterogeneity, dynamics and geo-distribution of the computing environment and is distinguished by the presence of controlled parameters that determine the resource costs both for data transmission over the network and for solving the computational resource distribution problem. A method has been developed that allows solving the formulated problem, which includes the stages of developing a metaheuristic repository and its use. The results of the conducted modeling allow us to conclude that the developed method is promising – the computing resource usage for resources distribution has decreased by 28 times with a loss in the quality of the resulting solution of up to 10%.