ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Полезная модель относится к области вычислительной техники и может быть использована в составе высокопроизводительных вычислительных систем.
Вычислительная система для научно-технических расчетов традиционно включает в себя центральный компьютер высокой производительности, обеспечивающий выполнение вычислений, и компьютеры пользователей, соединенные с центральным комплексом каналами связи и обеспечивающими ввод вычислительных заданий и прием результатов расчетов. Как правило, центральный компьютер представляет собой многопроцессорный параллельный вычислительный комплекс (кластер), а компьютер пользователя - обычный персональный компьютер. Вычислительное задание в такой вычислительной системе включает в себя исполняемый образ программы, разработанной пользователем (как правило, вне центрального компьютера), а также файлы данных. Ввод задания осуществляется путем составления специального файла описания задания [1, 2] либо через web-интерфейс [3].
Наиболее близкой к предлагаемой является вычислительная система [2]. Центральный компьютер представляет собой кластер, составленный из обычных серверов или персональных компьютеров, и включающий в себя вычислительный блок, блоки памяти данных и заданий, блоки передачи и приема данных, а компьютер пользователя - обычный персональный компьютер, включающий в себя блок графического либо текстового ввода данных и заданий, блоки памяти, блок формирования вычислительных заданий, включающий средства разработки прикладной программы и средства формирования файла описания задания, блок памяти данных и заданий, блоки передачи и приема данных, блоки памяти результатов, блок отображения результатов. Вычислительное задание, передаваемое с компьютера пользователя на центральный компьютер (управляющий узел кластера), включает в себя исполняемый образ прикладной программы и файл описания задания, описывающий режим ее выполнения, в том числе размещение файлов данных, приоритет, допустимые объемы вычислительных ресурсов.
Недостатками существующего решения являются крайне высокая сложность разработки эффективных прикладных программ для параллельных вычислительных комплексов, а также высокая вероятность проявления программных ошибок при выполнении расчетов и, соответственно, низкая эффективности использования дорогостоящего машинного времени центрального компьютера.
Для устранения вышеуказанных недостатков была поставлена задача создания вычислительной системы для научно-технических расчетов, обеспечивающей повышенную эффективность ее использования.
Технический результат достигается за счет исключения некорректных вычислительных заданий и, соответственно, повышения эффективности использования высокопроизводительных вычислительных систем.
Указанная задача решается тем, что в вычислительную систему для научно-технических расчетов, состоящую из центрального компьютера и компьютеров пользователей, соединенных каналами связи, причем центральный компьютер содержит блок памяти вычислительных заданий, блок памяти исходных данных, блок памяти результатов, вычислительный блок, блок передачи данных, блок приема данных, а компьютер пользователя содержит блок ввода, блок памяти вычислительных заданий, блок памяти исходных данных, блок формирования вычислительных заданий, блок передачи данных, блок приема данных, блоки памяти результатов, блок отображения результатов, на центральном компьютере дополнительно введен блок вычислительных функций, подключенный к выходу блока памяти вычислительных заданий и к дополнительному входу вычислительного блока, а на компьютере пользователя дополнительно введен блок памяти шаблонов вычислительных функций.
Далее работа системы поясняется с помощью чертежа:
Система включает в себя компьютер пользователя 1, центральный компьютер 2 и двунаправленный канал связи 3, соединяющий выход блока передачи данных 4 компьютера пользователя 1 с входом блока приема данных 5 центрального компьютера 2, а выход блока передачи данных 6 центрального компьютера 2 с входом блока приема данных 7 компьютера пользователя 1.
Компьютер пользователя 1 содержит блок формирования вычислительных заданий 8, входы которого присоединены к выходам блока ввода 9 и блока памяти шаблонов вычислительных функций 10, а выход присоединен к входу блока памяти вычислительных заданий 11. Компьютер пользователя 1 также содержит блок памяти исходных данных 12, вход которого подключен к выходу блока ввода 9. Выходы блока памяти вычислительных заданий 11 и блока памяти исходных данных 12 присоединены к входам блока передачи данных 4. Компьютер пользователя 1 также содержит блок памяти результатов 13, вход которого присоединен к выходу блока приема данных 7, а выход к входу блока отображения результатов 14.
Центральный компьютер 2 содержит вычислительный блок 15, входу которого присоединены к выходам блока памяти исходных данных 16 и блока памяти вычислительных заданий 17, входы которых присоединены к выходам блока приема данных 5, а также к выходу блока вычислительных функций 18, вход которого присоединен к другому выходу блока памяти вычислительных заданий 17. Выход вычислительного блока 15 присоединен к входу блока памяти результатов 19, выход которого присоединен к входу блока передачи данных 6.
Вычислительная система работает следующим образом:
Вычислительное задание в виде перечня связей между вычислительными функциями и свойств этих функций формируется на компьютере пользователя 1 блоком формирования вычислительных заданий 8 на основе информации, полученной из блока ввода 9 и в соответствии с шаблонами, получаемыми из блока памяти шаблонов вычислительных функций 10, и сохраняется в блоке памяти вычислительных заданий 11. Данные, поступающие из блока ввода 9, накапливаются в блоке памяти исходных данных 12. Сформированное вычислительное задание вместе с данными через блок передачи данных 4 по каналу связи 3 передается в центральный компьютер 2 через блок приема данных 5 в блок памяти исходных данных 16 и блок памяти вычислительных заданий 17 соответственно. На центральном компьютере 2 обработка данных выполняется, в основном, блоком вычислительных функций 18 в соответствии с вычислительным заданием, получаемым из блока памяти вычислительных заданий 17. При этом вычислительным блоком 15 выполняются, в основном, функции синхронизации вычислительных процессов и исходных данных из блока памяти исходных данных 16. Полученные результаты накапливаются в блоке памяти результатов 19 и через блок передачи данных 16 по каналу связи 3 передаются на компьютер пользователя 1 через блок приема данных 7 в блок памяти результатов 13 и далее в блок отображения результатов 14.
Все блоки предлагаемой системы могут быть выполнены любым известным аппаратно-программным способом.
Предлагаемая система по сравнению с системой-прототипом имеет следующие преимущества:
- исключения некорректных вычислительных заданий за счет формирования вычислительных заданий на базе шаблонов вычислительных функций как перечня связей между вычислительными функциями и свойств этих функций, причем структура и свойства шаблонов вычислительных функций идентичны структуре и свойствам вычислительных функций на центральном компьютере;
- повышение эффективности использования высокопроизводительных вычислительных систем за счет исключения потерь машинного времени.
Литература
1. Лацис А. Как построить и использовать суперкомпьютер. - М., Бестселлер, 2003 г.
2. Руководство рецензента Windows Compute Cluster Server 2003, Microsoft Corp., опубликовано: май 2006 г., http://www.microsoft.com/rus/hpc
3. Аветисян А.И., Самоваров О.И., Грушин Д.А. Архитектура и системное программное обеспечение вычислительных кластерных систем./ В сб.: Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах. Материалы пятого Международного научно-практического семинара. - Нижний Новгород, Издательство Нижегородского госуниверситета, 2005 г.