Планирование вычислений в распределенных системах

Август 21, 2022

Главная
Информатика
Планирование вычислений в распределенных системах

Содержание

2. Центры обработки данных (ЦОД)
3. Виртуализaция — предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее
4. Сore Layer - корневой уровень состоящий из маршрутизаторов, имеющих доступ в интернет. Agregation Layer - уровень
5. Топология сети обмена ЦОД fattree Вычислительные ресурсы Ресурсы хранения данных Сетевые ресурсы
6. Характеристики физических ресурсов Вычислительные узлы: , , , ; Хранилища данных: , ; Коммутационные элементы и
7. Типы виртуальных ресурсов Виртуальная машина (сервер). Виртуальная система хранения данных. Виртуальная не администрируемая сеть. Виртуальная администрируемая
8. Модели обслуживания SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга. PaaS (Platform-as-a-Service) – платформа как услуга. IaaS
9. Модель SaaS Преимущества: с точки зрения потребителя отсутствует необходимости установки ПО на рабочих местах пользователей —
10. Модель PaaS Премущества: У поставщика нет необходимости приобретать оборудование и программное обеспечение для разработки. Весь перечень
11. Модель IaaS Данная модель обладает наибольшей гибкостью. Потребителю предоставляется свобода в пользовании системы, поставщиком определяется только
12. Модели обслуживания IaaS PaaS SaaS приложения приложения приложения операционная система операционная система операционная система виртуализация виртуализация
13. Модели обслуживания SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга. PaaS (Platform-as-a-Service) – платформа как услуга. IaaS
14. Функционирование ЦОД Облачная платформа –совокупность программ, которые управляют ресурсами центра обработки данных Менеджер виртуальной инфраструктуры Планировщик
15. Жизненный цикл виртуального ресурса Создание запроса на выделение ресурсов ЦОД (пользователь). Построение отображения запросов на физические
16. Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement (SLA)) Гарантированные SLA – выполнение соглашений о качестве сервиса
17. Методы повышения эффективности использования ресурсов ЦОД . Аппаратные решения. Программные решения: Повышение качества работы планировщиков ресурсов.
18. Алгоритмы отображения запросов на физические ресурсы ЦОД Алгоритмы используются в планировщиках облачных платформ.
19. Планировщик ресурсов для облачных платформ Планировщик определяет, какие элементы запроса на получение ресурсов на каких физических
20. Модель физических ресурсов ЦОД Модель физических ресурсов: Р – множество вычислительных узлов: vh(p), qh(p) М –
21. Модель запроса W – множество виртуальных машин реализующих приложения: v(w), q(w) S – множество storage-элементов: u(s),
22. Размещение элементов запроса на физические ресурсы ЦОД Размещением запроса будем называть отображение которое удовлетворяет ограничениям:
23. Политики размещения Две виртуальных машины должны быть размещены на разных серверах . Это может потребоваться для
24. Граф остаточных ресурсов Hres Для графа Hres переопределены значения функций: vh(p), qh(p), rh(l), τh(k), uh(m)
25. Задача распределения ресурсов Дано: Множество поступивших запросов Z = {Gi} . Множество выполняемых запросов для которых
26. Эффективность эксплуатации ЦОД Загрузка физических ресурсов. Процент размещенных запросов на создание виртуальных сетей из исходно поступивших.
27. Производительность виртуальных машин. Коэффициенты вариации: Производительность CPU (утилита Ubench) — 24 %. Скорость оперативной памяти (утилита
28. Производительность виртуальных машин. Причины: Гетерогенная инфраструктура физических ресурсов ЦОД. Виртуальные машины могут размещаться на серверах с
29. Фрагментация ресурсов ЦОД 4 3 5 2 3 5 2 4 4 1 1 R1 R2
30. Миграция ВМ Основные критерии, по которым сравнивают различные схемы миграции: Промежуток времени, после которого сервер-источник освободится
31. Миграция ВМ Приостановленная виртуальная машина (suspended): состояние всех работающих приложений сохраняется, ВМ переходит в «приостановленное» состояние
32. Миграция ВМ Этапы «живой» миграции: Передача состояния процессора. Передача состояния оперативной памяти. Передача содержимого внешнего диска
33. Миграция ВМ Схема организации «живой» миграциии Pre-Copy. Оперативная память копируется с сервера-источника на сервер-получатель итерациями. ВМ
34. Миграция ВМ Схема организации «живой» миграции Post-Copy. Копируется состояние процессора на сервер-получатель. Далее ВМ в процессе
35. Миграция ВМ Scatter-Gather «живая» миграция. Основана на Post-Copy схеме. В схеме Scatter-Gather используются посредники. Сначала ВМ
36. АРХИТЕКТУРЫ ВС РВ
37. ИУС самолета F-22
39. Архитектура КБО МКС Бортовой вычислитель (ОС POSIX) Интерфейс экипажа Интерфейс ЦУП Бортовая сеть обмена данными: MIL-STD
40. Штатные режимы КБО МКС стандартный режим; режим микрогравитации для выполнения научных экспериментов; режим сближения и стыковки
41. Режим работы КБО Набор функциональных задач (программ), которые должны выполняться в режиме. Для каждой программы: (F,
42. Большой цикл Большой цикл режима работы – наименьшее общее кратное периодов задач режима. Задача1 – период
43. Цель разработки новых архитектур и технологий построения КБО Сокращения сроков и стоимости проектирования. Уменьшение аппаратных затрат
44. ИМА (подходы к достижению целей) Унификация аппаратных и программных компонентов комплекса. Перенос программ первичной обработки информации
45. Стандарты ИМА ARINC 651 – основные принципы построения систем на основе ИМА. ARINC 653 – спецификация
46. Операционная система VxWorks 653
47. t1 , p1 t5 ,p5 t3 , p3 t4 , p4 Статико-динамическое расписание (ARINC-653) t2 ,
48. Сети AFDX Avionics Full-Duplex Ethernet (AFDX) – стандарт построения бортовых сетей на основе протокола Ethernet Компоненты:
49. Виртуальные каналы Резервирование сети – на основе виртуальных каналов Одна оконечная система – отправитель и одна
50. Контроль трафика на коммутаторе Контроль прихода кадров на соответствие BAG и Jmax: Производится на входном порту
51. Контроль трафика на коммутаторе Кредит соответствует количеству байт, которые пропускает канал За время BAG кредит увеличивается
52. Стек протоколов
53. Задачи проектирования ИМА 1. Структурный синтез бортового вычислителя: число вычислительных модулей, число ядер, объем памяти вычислительного
54. Подсистема радиолокации (федеративная архитектура) 1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР. Слов данных: K .
55. Интегрированная модульная архитектура Подсистема радиолокации: 1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР. Бортовой вычислитель: 2.
56. Проблема увеличение потока данных в бортовой сети обмена 32 ≤ K ≤ 2048 1 ≤ M
57. Проблема использования универсальных процессоров Спецпроцессоры в разы эффективнее по критерию производительность/аппаратные затраты». Применение спецпроцессоров в бортовом
58. Пример спецпроцессоров Систолические процессоры Систолическая структура — это однородная вычислительная среда из процессорных элементов (ПЭ), совмещающая
59. Пример спецпроцессоров Систолические процессоры 1
60. Пример спецпроцессоров Систолические процессоры 1
61. Проблема использования языков высокого уровня
62. Какие программы не надо переносить в бортовой вычислитель? Разница между временем выполнения на бортовом вычислителе и
63. Развитие концепции ИМА Разработка аппаратно и программно масштабируемых спецпроцессоров работающих под ОС удовлетворяющей ARINC 653. Повышение
65. Скачать презентацию

Слайд 2

Центры обработки данных (ЦОД)

Слайд 3

Виртуализaция — предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное

от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе. Bhanu P. Tholeti. Hypervisors, virtualization, and the cloud: Learn about hypervisors, system virtualization, and how it works in a cloud environment. c Copyright IBM Corporation 2011 — 8c. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ibm.com/developerworks/cloud/library/clhypervisorcompare/ (дата обращения: 10.04.2016)

Слайд 4

Сore Layer - корневой уровень состоящий из маршрутизаторов, имеющих доступ в

интернет.
Agregation Layer - уровень агрегации (коммутаторы)
Access Layer - уровень доступа (прикладной уровень), состоящий из серверов

Слайд 5

Топология сети обмена ЦОД fattree
Вычислительные ресурсы
Ресурсы хранения данных
Сетевые ресурсы

Слайд 6

Характеристики физических ресурсов
Вычислительные узлы:
<число ядер>,
<частота>,
<объем оперативной памяти>,
<объем

дисковой памяти>;
Хранилища данных:
<объем памяти>,
<тип хранилища данных>;
Коммутационные элементы и каналы передачи данных:
<пропускная способность>,
<задержка>.

Слайд 7

Типы виртуальных ресурсов
Виртуальная машина (сервер).
Виртуальная система хранения данных.
Виртуальная не администрируемая сеть.
Виртуальная

администрируемая сеть.

Слайд 8

Модели обслуживания
SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.
PaaS (Platform-as-a-Service) –

платформа как услуга.
IaaS (Infrastructure-as-a-Service) – инфраструктура как услуга.

Слайд 9

Модель SaaS
Преимущества:
с точки зрения потребителя отсутствует необходимости установки ПО

на рабочих местах пользователей — доступ к ПО осуществляется через обычный браузер;
с точки зрения поставщика сравнительно низкие затраты ресурсов на обслуживание конкретного клиента.
Основной недостаток - сравнительно малый класс решаемых задач.

Слайд 10

Модель PaaS
Премущества:
У поставщика нет необходимости приобретать оборудование и программное обеспечение

для разработки.
Весь перечень операций по разработке, тестированию и разворачиванию приложений можно выполнить в одной интегрированной среде.
Возможность создавать исходный код и предоставлять его в общий доступ внутри команды разработки.
Недотатки:
Пользователь может пользоваться только библиотеками и инструментами, предоставляемыми системой.
При разработке облачной системы данного типа необходимо тщательно продумывать политику безопасности.

Слайд 11

Модель IaaS
Данная модель обладает наибольшей гибкостью.
Потребителю предоставляется свобода в пользовании

системы, поставщиком определяется только выделение физических ресурсов ЦОД.
Возможность создания администрируемых виртуальных корпоративных сетей?

Слайд 12

Модели обслуживания
IaaS PaaS SaaS
приложения
приложения
приложения
операционная
система
операционная
система
операционная
система
виртуализация
виртуализация
виртуализация
cервера/хранилища
дан-x/сет. ресурсы
cервера/хранилища
дан-x/сет. ресурсы
cервера/хранилища
дан-x/сет.

ресурсы

Слайд 13

Модели обслуживания
SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.
PaaS (Platform-as-a-Service) –

платформа как услуга.
IaaS (Infrastructure-as-a-Service) – инфраструктура как услуга.

Слайд 14

Функционирование ЦОД
Облачная платформа –совокупность программ, которые управляют ресурсами
центра обработки данных
Менеджер

виртуальной инфраструктуры

Планировщик ресурсов

менеджер

Вычислительные
ресурсы

Системы хранения
данных

Сетевые
ресурсы

Слайд 15

Жизненный цикл виртуального ресурса
Создание запроса на выделение ресурсов ЦОД (пользователь).
Построение отображения

запросов на физические ресурсы (планировщик).
Реализация отображения (средства облачной платформы).
Использование ресурса (управление работой и мониторинг виртуального ресурса - средства облачной платформы).
Снятие виртуального ресурса, добавление/удаление виртуальных элементов (пользователь, планировщик, средства облачной платформы).

Слайд 16

Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement (SLA))
Гарантированные SLA – выполнение

соглашений о качестве сервиса в любой момент времени.
Негарантированные SLA – максимальное значение критерия качества сервиса, которое может быть предоставлено.

Слайд 17

Методы повышения эффективности использования ресурсов ЦОД .
Аппаратные решения.
Программные решения:
Повышение качества

работы планировщиков ресурсов.

Слайд 18

Алгоритмы отображения запросов на физические ресурсы ЦОД
Алгоритмы используются в планировщиках облачных

платформ.

Слайд 19

Планировщик ресурсов для облачных платформ
Планировщик определяет, какие элементы запроса на получение

ресурсов на каких физических ресурсах ЦОД должны быть размещены.

Слайд 20

Модель физических ресурсов ЦОД
Модель физических ресурсов:
Р – множество вычислительных узлов: vh(p),

qh(p)
М – множество систем хранения данных: uh(m), type(m)
К – множество коммутационных элементов сети обмена:
L – множество физических каналов передачи
данных: rh(l)

Слайд 21

Модель запроса

W – множество виртуальных машин реализующих приложения: v(w), q(w)
S

– множество storage-элементов: u(s), type(s)
E – множество виртуальных каналов: r(e)

Слайд 22

Размещение элементов запроса на физические ресурсы ЦОД
Размещением запроса будем называть отображение
которое

удовлетворяет ограничениям:

Слайд 23

Политики размещения
Две виртуальных машины должны быть размещены на разных серверах

.
Это может потребоваться для обеспечения надежности работы приложения.
Две виртуальных машины должны быть размещены на одном сервере.
Это может быть важно для обеспечения требуемой производительности параллельного приложения.

Слайд 24

Граф остаточных ресурсов Hres
Для графа Hres переопределены значения функций: vh(p),

qh(p), rh(l), τh(k), uh(m)

Слайд 25

Задача распределения ресурсов
Дано:
Множество поступивших запросов Z = {Gi} .
Множество выполняемых запросов

для которых допустима миграция M = {Gi} и их отображение AM:M→H .
Граф остаточных ресурсов ЦОД: Hres.
Требуется:
определить максимальное число запросов из Z, которые можно разместить не нарушая SLA (множество L∈Z), и построить отображения:
AL: L∈Z→ Hres U HM
A*M: M→ Hres U HM

Слайд 26

Эффективность эксплуатации ЦОД
Загрузка физических ресурсов.
Процент размещенных запросов на создание виртуальных

сетей из исходно поступивших.
Производительность виртуальных машин.

Слайд 27

Производительность виртуальных машин.
Коэффициенты вариации:
Производительность CPU (утилита Ubench) — 24 %.
Скорость оперативной

памяти (утилита Ubench) — 10 %.
Последовательное чтение с диска (Кбайт/с) — 17%.
Последовательная запись на диск (Кбайт/с) — 19 %.
Случайные чт./зап. на диск (с) — от 9 % до 20 %.

Слайд 28

Производительность виртуальных машин.
Причины:
Гетерогенная инфраструктура физических ресурсов ЦОД. Виртуальные машины могут размещаться

на серверах с разным типом процессора.
Переиспользование ресурсов. Суммарное количество ресурсов, необходимых для работы виртуальных машин, может быть больше, чем доступно на сервере. Ресурсы сервера в этом случае становятся разделяемыми между виртуальными машинами. Они не могут постоянно использовать некоторый набор ресурсов, так как их переключает гипервизор.
NUMA архитектура. Ядра выделенные виртуальной машине могут принадлежать различным или одному NUMA блоку.

Слайд 29

Фрагментация ресурсов ЦОД
4
3
5
2
3
5
2
4
4
1
1
R1
R2
R3
5
n=2 (R1,R2)
R1: 5, 5
R2: 3, 3, 4
R3: 4, 4,

n=3 (R1,R2, R3)
R1: 5, 5
R2: 3, 3, 4
R3: 4, 1, 5

Слайд 30

Миграция ВМ
Основные критерии, по которым сравнивают различные схемы миграции:
Промежуток времени,

после которого сервер-источник освободится (eviction time).
Общее время миграции (total migration time).
Промежуток времени, в течение которого в процессе миграции виртуальная машина недоступна (downtime).
Общее количество переданных данных в процессе миграции виртуальной машины.
Уменьшение производительности мигрирующей ВМ.

Слайд 31

Миграция ВМ
Приостановленная виртуальная машина (suspended):
состояние всех работающих приложений сохраняется, ВМ

переходит в «приостановленное» состояние (аналогично спящему режиму персонального компьютера),
далее происходит перемещение ВМ с сервера-источника на сервер-приемник,
ВМ вновь запускается с восстановлением состояний всех ранее работающих приложений.

Слайд 32

Миграция ВМ
Этапы «живой» миграции:
Передача состояния процессора.
Передача состояния оперативной памяти.
Передача содержимого внешнего

диска (опциональная часть миграции).

Слайд 33

Миграция ВМ
Схема организации «живой» миграциии Pre-Copy.
Оперативная память копируется с сервера-источника на

сервер-получатель итерациями. ВМ в процессе миграции остается на сервере-источнике.
На первой итерации копируется вся память, на последующих итерациях копируются только те страницы, над которыми были произведены изменения.
ВМ приостанавливается и полностью переносится на сервер-получатель вместе с состоянием процессора и оставшимися модифицированными страницами памяти если:
количество итерации превысило заданный порог или,
количество модифицированных страниц на очередной итерации стало меньше заданного порога.

Слайд 34

Миграция ВМ
Схема организации «живой» миграции Post-Copy.
Копируется состояние процессора на сервер-получатель. Далее

ВМ в процессе миграции уже выполняется на сервере-получателе.
Во время миграции сервер-источник посылает страницы памяти на сервер-получатель — в надежде, что большинство страниц будет передано на сервер-получатель до того, как ВМ начнет к ним обращаться.

Слайд 35

Миграция ВМ
Scatter-Gather «живая» миграция.
Основана на Post-Copy схеме.
В схеме Scatter-Gather

используются посредники. Сначала ВМ переносится с сервера-источника на эти посредники, потом сервер-получатель скачивает с посредников данную ВМ.

Слайд 36

АРХИТЕКТУРЫ ВС РВ

Слайд 37

ИУС самолета F-22

Слайд 38

Слайд 39

Архитектура КБО МКС
Бортовой вычислитель
(ОС POSIX)
Интерфейс экипажа
Интерфейс ЦУП
Бортовая сеть обмена данными:
MIL-STD

1553B

Выч. подсистемы электропитания

Выч. подсистемы термоконтроля

Выч. подсистемы радиолокации

…

Контроллеры

ЦАП/АЦП

1 уровень

Локальный канал

Каналы «точка-точка»

0 уровень

2 уровень

Слайд 40

Штатные режимы КБО МКС
стандартный режим;
режим микрогравитации для выполнения научных экспериментов;

режим сближения и стыковки с транспортными кораблями;
режим для выхода экипажа в открытый космос;
режим выживания с отключением наименее важных экспериментов и систем;
режим аварийного покидания экипажем МКС.

Слайд 41

Режим работы КБО
Набор функциональных задач (программ), которые должны выполняться в режиме.
Для

каждой программы: (F, φ1, φ2, t).

1/F

2/F

3/F

…

φ2

φ1

Слайд 42

Большой цикл
Большой цикл режима работы – наименьшее общее кратное периодов задач

режима.
Задача1 – период 5 тактов.
Задача2 – период 3 такта.
Большой цикл – 15 тактов.

Задача1

Задача2

Слайд 43

Цель разработки новых архитектур и технологий построения КБО
Сокращения сроков и стоимости

проектирования.
Уменьшение аппаратных затрат на вычислительные и сетевые ресурсы.
Повышение надежности.

Слайд 44

ИМА (подходы к достижению целей)

Унификация аппаратных и программных компонентов комплекса.
Перенос

программ первичной обработки информации из вычислителей систем на единый бортовой вычислитель.

Слайд 45

Стандарты ИМА
ARINC 651 – основные принципы построения систем на основе ИМА.
ARINC

653 – спецификация операционных систем
FC-AE-ASM-RT – спецификация сети информационного обмена на основе базовых топологий FC: точка-точка, коммутируемая сеть, кольцо с арбитражем.
ARINC 664 (AFDX) – спецификация сети информационного обмена на основе Ethernet.

Слайд 46

Операционная система VxWorks 653

Слайд 47

t1 , p1
t5 ,p5
t3 , p3
t4 , p4
Статико-динамическое расписание (ARINC-653)
t2

, p2

Множество процессов:

s*1

f*1

s*2

S*3

f*2

f*3

Расписание:

Δ12

Δ23

Δ1

Δ2

Δ3

Δij ≤ Δ1, Δi ≤ Δ2

p1=p2=1

p3=p4=2

p5=3

Слайд 48

Сети AFDX
Avionics Full-Duplex Ethernet (AFDX) – стандарт построения бортовых сетей на

основе протокола Ethernet
Компоненты:
Абоненты (бортовые подсистемы, отправители и получатели данных)
Оконечные системы – интерфейс между абонентами и сетью
Коммутаторы и физические соединения

Слайд 49

Виртуальные каналы
Резервирование сети – на основе виртуальных каналов
Одна оконечная система –

отправитель и одна или более оконечная система – получатель
Маршрут следования кадров виртуального канала прописан статически в коммутаторах

Слайд 50

Контроль трафика на коммутаторе
Контроль прихода кадров на соответствие BAG и

Jmax:
Производится на входном порту коммутатора
Используется алгоритм, основанный на вычислении кредита
АС – кредит, растет с течением времени до значения ACmax
При приходе кадра AC уменьшается на размер кадра, если кредита не хватает – кадр сбрасывается

Слайд 51

Контроль трафика на коммутаторе
Кредит соответствует количеству байт, которые пропускает канал
За

время BAG кредит увеличивается на Lmax
ACmax – соответствует количеству байт, которое позволяет пропустить 2 кадра за (BAG – Jmax)
Случай с неравномерной передачей кадров:

Слайд 52

Стек протоколов

Слайд 53

Задачи проектирования ИМА
1. Структурный синтез бортового вычислителя:
число вычислительных модулей,
число ядер,
объем памяти

вычислительного модуля.
2. Структурный синтез бортовой сети обмена:
число коммутаторов,
топология сети,
характеристики коммутаторов.
3. Построение согласованных расписаний прикладных задач и обменов данными:
распределение разделов по ядрам,
расписания окон на ядрах,
построение виртуальных каналов и маршрутов для них, определение значений характеристик каналов.

Слайд 54

Подсистема радиолокации (федеративная архитектура)
1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР.
Слов

данных: K . Период опроса: 1/a∙B .
2. БПФ.
K опер. БПФ на L точек. Период выполнения: L/a∙B.
3.Получение оценки взаимно-спектральной матрицы.
L ∙n опер. внеш. прозв. век. размера K. Период выполнения: n∙L/a∙B.
4. Нахождение собственных значений и векторов или обращение взаимно-спектральных матриц.
L матриц размера KxK. Период выполнения: n∙L/a∙B.
5. Нахождение угловых координат.
Результат: 3∙M переменных . Период выдачи: n∙L/a∙B.

Слайд 55

Интегрированная модульная архитектура
Подсистема радиолокации:
1. Оцифровка и нормализация
данных снимаемых с ФАР.
Бортовой

вычислитель:
2. БПФ.
3.Получение оценки взаимно-спектральной матрицы.
4. Нахождение собственных значений и векторов
или обращение взаимно-спектральных матриц.
5. Нахождение угловых координат.

K слов в период = 1/a∙B

Слайд 56

Проблема увеличение потока данных в бортовой сети обмена
32 ≤ K ≤

2048 1 ≤ M ≤ 100 n > 100 32 ≤ L ≤ 2048
Поток данных в бортовой сети обмена увеличивается :
в 103 – 105 раз
Проблема переходного процесса в бортовой сети обмена при переключении режима работы КБО

Слайд 57

Проблема использования универсальных процессоров
Спецпроцессоры в разы эффективнее по критерию производительность/аппаратные затраты».
Применение

спецпроцессоров в бортовом вычислителе:
проблема настройки на размер обрабатываемы массивов данных
Компромисс между спецпроцессорами и универсальными процессорами:
процессоры цифровой обработки сигналов (DSP)

Слайд 58

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
Систолическая структура — это однородная вычислительная среда из процессорных

элементов (ПЭ), совмещающая в себе свойства конвейерной и матричной обработки и обладающая следующими особенностями:
вычислительный процесс в систолических структурах представляет собой непрерывную и регулярную передачу данных от одного ПЭ к другому без запоминания промежуточных результатов вычисления;
каждый элемент входных данных выбирается из памяти однократно и используется столько раз, сколько необходимо по алгоритму, ввод данных осуществляется в крайние ПЭ матрицы;
образующие систолическую структуру ПЭ однотипны и каждый из них может быть менее универсальным, чем процессоры обычных многопроцессорных систем;
потоки данных и управляющих сигналов обладают регулярностью, что позволяет объединять ПЭ локальными связями минимальной длины;
алгоритмы функционирования позволяют совместить параллелизм с конвейерной обработкой данных;
производительность матрицы можно улучшить за счет добавления в нее определенного числа ПЭ, причем коэффициент повышения производительности при этом линеен.

Слайд 59

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
1

Слайд 60

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
1

Слайд 61

Проблема использования языков высокого уровня

Слайд 62

Какие программы не надо переносить в бортовой вычислитель?
Разница между временем выполнения

на бортовом вычислителе и периодом выполнения программы мала.
Подсистема используется во всех режимах работы КБО.
Для выполнения программы в реальном времени ресурсы бортового вычислителя выделяются ей монопольно.
Увеличение аппаратных ресурсов, используемых программой, в 8-30 раз.
Перенос программы на бортовой вычислитель приводит к увеличению потока данных в бортовой сети обмена.
Аппаратные затраты на увеличение пропускной способности бортовой сети могут быть больше экономии затрат на вычислительные ресурсы.

Слайд 63

Развитие концепции ИМА
Разработка аппаратно и программно масштабируемых спецпроцессоров работающих под ОС

удовлетворяющей ARINC 653.
Повышение качества компиляторов DSP.
Разработка бортовых сетей обмена, которые позволяют удалять и добавлять виртуальные каналы без изменения характеристик работающих каналов.

Планирование вычислений в распределенных системах

Содержание

Центры обработки данных (ЦОД)

Виртуализaция — предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное

Сore Layer - корневой уровень состоящий из маршрутизаторов, имеющих доступ в

Топология сети обмена ЦОД fattree Вычислительные ресурсыРесурсы хранения данныхСетевые ресурсы

Характеристики физических ресурсовВычислительные узлы: <число ядер>, <частота>, <объем оперативной памяти>, <объем

Типы виртуальных ресурсовВиртуальная машина (сервер).Виртуальная система хранения данных.Виртуальная не администрируемая сеть.Виртуальная

Модели обслуживания SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.PaaS (Platform-as-a-Service) –

Модель SaaS Преимущества: с точки зрения потребителя отсутствует необходимости установки ПО

Модель PaaS Премущества:У поставщика нет необходимости приобретать оборудование и программное обеспечение

Модель IaaS Данная модель обладает наибольшей гибкостью.Потребителю предоставляется свобода в пользовании

Модели обслуживания SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.PaaS (Platform-as-a-Service) –

Функционирование ЦОДОблачная платформа –совокупность программ, которые управляют ресурсамицентра обработки данных Менеджер

Жизненный цикл виртуального ресурсаСоздание запроса на выделение ресурсов ЦОД (пользователь).Построение отображения

Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement (SLA))Гарантированные SLA – выполнение

Методы повышения эффективности использования ресурсов ЦОД . Аппаратные решения. Программные решения:Повышение качества

Алгоритмы отображения запросов на физические ресурсы ЦОДАлгоритмы используются в планировщиках облачных

Планировщик ресурсов для облачных платформПланировщик определяет, какие элементы запроса на получение

Модель физических ресурсов ЦОДМодель физических ресурсов:Р – множество вычислительных узлов: vh(p),

Модель запроса W – множество виртуальных машин реализующих приложения: v(w), q(w)S

Размещение элементов запроса на физические ресурсы ЦОДРазмещением запроса будем называть отображениекоторое

Политики размещения Две виртуальных машины должны быть размещены на разных серверах

Граф остаточных ресурсов Hres Для графа Hres переопределены значения функций: vh(p),

Задача распределения ресурсовДано:Множество поступивших запросов Z = {Gi} .Множество выполняемых запросов

Эффективность эксплуатации ЦОД Загрузка физических ресурсов.Процент размещенных запросов на создание виртуальных

Производительность виртуальных машин. Коэффициенты вариации:Производительность CPU (утилита Ubench) — 24 %.Скорость оперативной

Производительность виртуальных машин. Причины:Гетерогенная инфраструктура физических ресурсов ЦОД. Виртуальные машины могут размещаться

Фрагментация ресурсов ЦОД43523524411R1R2R35n=2 (R1,R2)R1: 5, 5R2: 3, 3, 4R3: 4, 4,

Миграция ВМ Основные критерии, по которым сравнивают различные схемы миграции: Промежуток времени,

Миграция ВМ Приостановленная виртуальная машина (suspended): состояние всех работающих приложений сохраняется, ВМ

Миграция ВМЭтапы «живой» миграции:Передача состояния процессора.Передача состояния оперативной памяти.Передача содержимого внешнего

Миграция ВМ Схема организации «живой» миграциии Pre-Copy.Оперативная память копируется с сервера-источника на

Миграция ВМ Схема организации «живой» миграции Post-Copy.Копируется состояние процессора на сервер-получатель. Далее

Миграция ВМScatter-Gather «живая» миграция. Основана на Post-Copy схеме. В схеме Scatter-Gather

АРХИТЕКТУРЫ ВС РВ

ИУС самолета F-22

Архитектура КБО МКСБортовой вычислитель (ОС POSIX)Интерфейс экипажаИнтерфейс ЦУПБортовая сеть обмена данными:MIL-STD

Штатные режимы КБО МКСстандартный режим; режим микрогравитации для выполнения научных экспериментов;

Режим работы КБОНабор функциональных задач (программ), которые должны выполняться в режиме.Для

Большой цикл Большой цикл режима работы – наименьшее общее кратное периодов задач

Цель разработки новых архитектур и технологий построения КБОСокращения сроков и стоимости

ИМА (подходы к достижению целей) Унификация аппаратных и программных компонентов комплекса. Перенос

Стандарты ИМА ARINC 651 – основные принципы построения систем на основе ИМА. ARINC

Операционная система VxWorks 653

t1 , p1t5 ,p5t3 , p3 t4 , p4Статико-динамическое расписание (ARINC-653)t2

Сети AFDXAvionics Full-Duplex Ethernet (AFDX) – стандарт построения бортовых сетей на

Виртуальные каналыРезервирование сети – на основе виртуальных каналовОдна оконечная система –

Контроль трафика на коммутаторе Контроль прихода кадров на соответствие BAG и

Контроль трафика на коммутаторе Кредит соответствует количеству байт, которые пропускает каналЗа

Стек протоколов

Задачи проектирования ИМА1. Структурный синтез бортового вычислителя:число вычислительных модулей,число ядер,объем памяти

Подсистема радиолокации (федеративная архитектура)1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР.Слов

Интегрированная модульная архитектураПодсистема радиолокации:1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР.Бортовой

Проблема увеличение потока данных в бортовой сети обмена32 ≤ K ≤

Проблема использования универсальных процессоровСпецпроцессоры в разы эффективнее по критерию производительность/аппаратные затраты».Применение

Пример спецпроцессоров Систолические процессорыСистолическая структура — это однородная вычислительная среда из процессорных

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры1

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры1

Проблема использования языков высокого уровня

Какие программы не надо переносить в бортовой вычислитель?Разница между временем выполнения

Развитие концепции ИМАРазработка аппаратно и программно масштабируемых спецпроцессоров работающих под ОС

Похожие презентации

Топология сети обмена ЦОД fattree
Вычислительные ресурсы
Ресурсы хранения данных
Сетевые ресурсы

Характеристики физических ресурсов
Вычислительные узлы:
<число ядер>,
<частота>,
<объем оперативной памяти>,
<объем

Типы виртуальных ресурсов
Виртуальная машина (сервер).
Виртуальная система хранения данных.
Виртуальная не администрируемая сеть.
Виртуальная

Модели обслуживания
SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.
PaaS (Platform-as-a-Service) –

Модель SaaS
Преимущества:
с точки зрения потребителя отсутствует необходимости установки ПО

Модель PaaS
Премущества:
У поставщика нет необходимости приобретать оборудование и программное обеспечение

Модель IaaS
Данная модель обладает наибольшей гибкостью.
Потребителю предоставляется свобода в пользовании

Модели обслуживания
SaaS (Software-as-a-Service) – программное обеспечение как услуга.
PaaS (Platform-as-a-Service) –

Функционирование ЦОД
Облачная платформа –совокупность программ, которые управляют ресурсами
центра обработки данных
Менеджер

Жизненный цикл виртуального ресурса
Создание запроса на выделение ресурсов ЦОД (пользователь).
Построение отображения

Соглашения об уровне обслуживания (Service Level Agreement (SLA))
Гарантированные SLA – выполнение

Методы повышения эффективности использования ресурсов ЦОД .
Аппаратные решения.
Программные решения:
Повышение качества

Алгоритмы отображения запросов на физические ресурсы ЦОД
Алгоритмы используются в планировщиках облачных

Планировщик ресурсов для облачных платформ
Планировщик определяет, какие элементы запроса на получение

Модель физических ресурсов ЦОД
Модель физических ресурсов:
Р – множество вычислительных узлов: vh(p),

Модель запроса

W – множество виртуальных машин реализующих приложения: v(w), q(w)
S

Размещение элементов запроса на физические ресурсы ЦОД
Размещением запроса будем называть отображение
которое

Политики размещения
Две виртуальных машины должны быть размещены на разных серверах

Граф остаточных ресурсов Hres
Для графа Hres переопределены значения функций: vh(p),

Задача распределения ресурсов
Дано:
Множество поступивших запросов Z = {Gi} .
Множество выполняемых запросов

Эффективность эксплуатации ЦОД
Загрузка физических ресурсов.
Процент размещенных запросов на создание виртуальных

Производительность виртуальных машин.
Коэффициенты вариации:
Производительность CPU (утилита Ubench) — 24 %.
Скорость оперативной

Производительность виртуальных машин.
Причины:
Гетерогенная инфраструктура физических ресурсов ЦОД. Виртуальные машины могут размещаться

Фрагментация ресурсов ЦОД
4
3
5
2
3
5
2
4
4
1
1
R1
R2
R3
5
n=2 (R1,R2)
R1: 5, 5
R2: 3, 3, 4
R3: 4, 4,

Миграция ВМ
Основные критерии, по которым сравнивают различные схемы миграции:
Промежуток времени,

Миграция ВМ
Приостановленная виртуальная машина (suspended):
состояние всех работающих приложений сохраняется, ВМ

Миграция ВМ
Этапы «живой» миграции:
Передача состояния процессора.
Передача состояния оперативной памяти.
Передача содержимого внешнего

Миграция ВМ
Схема организации «живой» миграциии Pre-Copy.
Оперативная память копируется с сервера-источника на

Миграция ВМ
Схема организации «живой» миграции Post-Copy.
Копируется состояние процессора на сервер-получатель. Далее

Миграция ВМ
Scatter-Gather «живая» миграция.
Основана на Post-Copy схеме.
В схеме Scatter-Gather

Архитектура КБО МКС
Бортовой вычислитель
(ОС POSIX)
Интерфейс экипажа
Интерфейс ЦУП
Бортовая сеть обмена данными:
MIL-STD

Штатные режимы КБО МКС
стандартный режим;
режим микрогравитации для выполнения научных экспериментов;

Режим работы КБО
Набор функциональных задач (программ), которые должны выполняться в режиме.
Для

Большой цикл
Большой цикл режима работы – наименьшее общее кратное периодов задач

Цель разработки новых архитектур и технологий построения КБО
Сокращения сроков и стоимости

ИМА (подходы к достижению целей)

Унификация аппаратных и программных компонентов комплекса.
Перенос

Стандарты ИМА
ARINC 651 – основные принципы построения систем на основе ИМА.
ARINC

t1 , p1
t5 ,p5
t3 , p3
t4 , p4
Статико-динамическое расписание (ARINC-653)
t2

Сети AFDX
Avionics Full-Duplex Ethernet (AFDX) – стандарт построения бортовых сетей на

Виртуальные каналы
Резервирование сети – на основе виртуальных каналов
Одна оконечная система –

Контроль трафика на коммутаторе
Контроль прихода кадров на соответствие BAG и

Контроль трафика на коммутаторе
Кредит соответствует количеству байт, которые пропускает канал
За

Задачи проектирования ИМА
1. Структурный синтез бортового вычислителя:
число вычислительных модулей,
число ядер,
объем памяти

Подсистема радиолокации (федеративная архитектура)
1. Оцифровка и нормализация данных снимаемых с ФАР.
Слов

Интегрированная модульная архитектура
Подсистема радиолокации:
1. Оцифровка и нормализация
данных снимаемых с ФАР.
Бортовой

Проблема увеличение потока данных в бортовой сети обмена
32 ≤ K ≤

Проблема использования универсальных процессоров
Спецпроцессоры в разы эффективнее по критерию производительность/аппаратные затраты».
Применение

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
Систолическая структура — это однородная вычислительная среда из процессорных

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
1

Пример спецпроцессоров Систолические процессоры
1

Какие программы не надо переносить в бортовой вычислитель?
Разница между временем выполнения

Развитие концепции ИМА
Разработка аппаратно и программно масштабируемых спецпроцессоров работающих под ОС