10.14489/vkit.2017.10.pp.028-034

DOI: 10.14489/vkit.2017.10.pp.028-034

Борисов Р. С., Черных А. М.
ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА НАГРУЗКИ ГЕТЕРОГЕННОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
(c. 28-34)

Аннотация. Предложен подход к организации системы балансировки нагрузки между узлами гетерогенного вычислительного комплекса при решении набора типовых ресурсоемких задач. Подход основан на динамическом перераспределении вычислительных ресурсов на основе прогнозной оценки времени выполнения заданий с учетом директивного срока исполнения и приоритетов отдельных заданий. Приведены основные положения подхода, математические основы формирования моделей планов типовых задач, сравнительная оценка приведенного подхода с наиболее популярными алгоритмами диспетчеризации и управления вычислениями.

Ключевые слова: гетерогенный вычислительный комплекс; динамическая балансировка нагрузки; ресурсоемкие задачи; директивный срок исполнения заданий.

Borisov R. S., Chernykh A. M.
DYNAMIC BALANCING OF LOAD THE HETEROGENEOUS COMPUTING SYSTEM
(pp. 28-34)

Abstract. One of the most important tasks of implementing parallel computations in a heterogeneous computing system is optimal load balancing between compute nodes. Universal methods of balancing are ineffective for specific sets of tasks. This leads to the need to develop private approaches that take into account the specifics of tasks processed by the computer system. The article suggests an approach to the organization of a dynamic load balancing system between the nodes of a heterogeneous computing system based on priorities and deadlines. It is assumed that the parameters of the task, computing facilities and the results of the calculations are known. Initially, tasks are distributed according to the principle of minimizing the time of their solution on available sets of computing facilities. With the arrival of a new task, the computer system dynamically reconfigures, reducing the number of computing facilities used for the tasks being processed in such a way that the directive execution time does not exceed the specified one. The mathematical foundations of the predictive estimation of the time for solving problems on sets of computing facilities are given. The overall duration of the solution of problems is estimated taking into account their priorities. The algorithm of redistribution of tasks on available computing facilities in the process of reconfiguration is given. The effectiveness of the proposed approach was evaluated for the task of searching for specified messages in an unstructured data volume with the number of elementary tasks from 218 to 224. For individual implementations, the reduction in computation time was 2 to 50 % compared to the algorithms RR (Round Robin) and TLB (Throttled Load Balancing). Reducing the execution time of resource-intensive tasks is due to more rational distribution of them by computing resources.

Keywords: Heterogeneous computing complex; Dynamic reconfiguration; Resource-intensive task; Deadline for execution of tasks.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Р. С. Борисов, А. М. Черных (Российский государственный университет правосудия, Москва, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

R. S. Borisov, A. M. Chernykh (The Russian State University of Justice, Moscow, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Ловцов Д. А. Информационная теория эргасистем: тезаурус. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Наука, 2005. 248 с.
2. Борисов Р. С. Пакетная обработка элементарных заданий в высокопроизводительной вычислительной системе // Современные тенденции в науке, технике, образовании: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Смоленск, 31 янв. 2016 г. В 3-х частях. Ч. 1. Смоленск, 2016. С. 47 – 48.
3. Performance Evaluation and Optimization of an Adaptive Scheduling Approach for Dependent Grid Jobs with Unknown Execution Time [Электронный ресурс] / M. Chtepen et al. // 18th World IMACS / MODSIM’09 Congress. Cairns, Australia 13 – 17 July 2009. P. 1003 – 1009. URL: http://www.mssanz.org.au/modsim09/C5/ chtepen.pdf (дата обращения: 14.08.2017).
4. Neural Network and Regression Based Processor Load Prediction for Efficient Scaling of Grid and Cloud Resources / M. T. Imam et al. // 14th Intern. Conf. on Computer and Information Technology (ICCIT) / IEEE, 2011. Р. 333 – 338.
5. Борисов Р. С. Шакирова С. Т. Динамическая реконфигурация высокопроизводительной вычислительной системы гетерогенной архитектуры // Изв. ВА РВСН. 2016. Т. 265, ч. 1. С. 43 – 54.
6. Емельянов Д. М., Потехин П. А., Топорков В. В. Формирование пакетов заданий в грид с учетом предпочтений пользователей // Открытое образование. 2016. Т. 20, № 3. С. 4 – 8.
7. Прихожий А. А., Фролов О. М. Исследование планировщиков задач в Grid // Системный анализ и прикладная информатика. 2015. № 1. С. 15 – 23.
8. Астриков Д. Ю., Кузьмин Д. А. Исследование методов оценки эффективности вычислительных систем на основе функциональных моделей // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М. Ф. Решетнева. 2016. Т. 17, № 2. С. 295 – 301.
9. Борисов Р. С. Вероятность выполнения задания при реконфигурации вычислительного комплекса // Национальная ассоциация ученых (НАУ). 2016. № 3(19). С. 5.
10. Борисов Р. С. Оценка защищенности гетерогенного вычислительного комплекса от искажений алгоритмов функционирования // Новая наука: стратегии и векторы развития: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Уфа, 2016. № 10-1. С. 89 – 90.
11. Борисов Р. С. Аппаратно-ориентированная модель взаимодействия открытых систем // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2011. Т. 7, № 1. С. 21 – 25.

Eng

1. Lovtsov D. A. (2005). Information theory of power systems: thesaurus. 2nd Ed. (revised and complemented). Moscow: Nauka. [in Russian language]
2. Borisov R. S. (2016). Batch processing of elementary jobs in a high-performance computing system. Modern trends in science, technology, education (Sovremennye tendentsii v nauke, tekhnike, obrazovanii): proceedings of the International scientific and practical conference. Smolensk. 31 January 2016. In 3 parts. Part 1, (pp. 47-48). Smolensk. [in Russian language]
3. Chtepen M. et al. Performance evaluation and optimization of an adaptive scheduling approach for dependent grid jobs with unknown execution time. 18th World IMACS MODSIM’09 Congress, (pp. 1003-1009). Cairns, Australia 13 – 17 July 2009. Available at: http://www.mssanz.org.au/modsim09/C5/ chtepen.pdf (Accessed: 14.08.2017).
4. Imam M. T. et al. (2011). Neural network and regression based processor load prediction for efficient scaling of grid and cloud resources. 14th Intern. Conf. on Computer and Information Technology (ICCIT) / IEEE, pp. 333-338.
5. Borisov R. S. Shakirova S. T. (2016). Dynamic reconfiguration of a high-performance heterogeneous architecture computing system. Izvestiia VA RVSN, 265, part 1, pp. 43-54. [in Russian language]
6. Emel'ianov D. M., Potekhin P. A., Toporkov V. V. (2016). Creation of job packages in the grid taking into account user preferences. Otkrytoe obrazovanie, 20(3), pp. 4-8. [in Russian language]
7. Prikhozhii A. A., Frolov O. M. (2015). Study of task planners in Grid. Sistemnyi analiz i prikladnaia informatika, (1), pp. 15-23. [in Russian language]
8. Astrikov D. Iu., Kuz'min D. A. (2016). Research of methods for evaluating the efficiency of computing systems based on functional models. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika M. F. Reshetneva, 17(2), pp. 295-301. [in Russian language]
9. Borisov R. S. (2016). The probability of the job done at reconfiguration of the computer complex. Natsional'naia assotsiatsiia uchenykh (NAU), 19(3), p. 5. [in Russian language]
10. Borisov R. S. (2016). Evaluation of the security of a heterogeneous computing complex from distortions of the functioning algorithms. New science: strategies and vectors of development (Novaia nauka: strategii i vektory razvitiia): proceedings of the International scientific and practical conference, (10-1), pp. 89-90. Ufa. [in Russian language]
11. Borisov R. S. (2011). Hardware-oriented model of open systems interaction. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy, 7(1), pp. 21-25. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

DOI: 10.14489/vkit.2017.10.pp.028-034

Скопируйте DOI статьи и перейдите по ссылке https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

В комментарии к заказу обязательно укажите DOI статьи.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

DOI: 10.14489/vkit.2017.10.pp.028-034

Copy the article DOI and follow the link https://id-spektr.ru/product/pokupka-elektronnoy-stati-iz-zhurnala-vestnik-kompyuternyh-i-informatsionnyh-tehnologiy

Please specify the article DOI in the order comments.