Ćwiczenie nr: 9 Obliczenia rozproszone MPI



Podobne dokumenty
Ćwiczenie nr: 9 Obliczenia rozproszone MPI

Obliczenia rozproszone MPI

Obliczenia rozproszone MPI

Systemy rozproszone. na użytkownikach systemu rozproszonego wrażenie pojedynczego i zintegrowanego systemu.

Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Systemy rozproszone System rozproszony

współbieżność - zdolność do przetwarzania wielu zadań jednocześnie

MODEL WARSTWOWY PROTOKOŁY TCP/IP

Programowanie Strukturalne i Obiektowe Słownik podstawowych pojęć 1 z 5 Opracował Jan T. Biernat

Wprowadzenie. Dariusz Wawrzyniak 1

Klient-Serwer Komunikacja przy pomocy gniazd

Programowanie równoległe i rozproszone. Praca zbiorowa pod redakcją Andrzeja Karbowskiego i Ewy Niewiadomskiej-Szynkiewicz

Informatyka I. Programowanie aplikacji bazodanowych w języku Java. Standard JDBC.

Informatyka I. Standard JDBC Programowanie aplikacji bazodanowych w języku Java

System komputerowy. Sprzęt. System komputerowy. Oprogramowanie

Mechanizmy pracy równoległej. Jarosław Kuchta

Dokumentacja wstępna TIN. Rozproszone repozytorium oparte o WebDAV

SYSTEMY OPERACYJNE: STRUKTURY I FUNKCJE (opracowano na podstawie skryptu PP: Królikowski Z., Sajkowski M. 1992: Użytkowanie systemu operacyjnego UNIX)

Algorytmy i Struktury Danych

Tryby komunikacji między procesami w standardzie Message Passing Interface. Piotr Stasiak Krzysztof Materla

System komputerowy. System komputerowy

Obliczenia równoległe i rozproszone. Praca zbiorowa pod redakcją Andrzeja Karbowskiego i Ewy Niewiadomskiej-Szynkiewicz

Spis treści. 1 Wprowadzenie. 1.1 Podstawowe pojęcia. 1 Wprowadzenie Podstawowe pojęcia Sieci komunikacyjne... 3

Wstęp. Historia i przykłady przetwarzania współbieżnego, równoległego i rozproszonego. Przetwarzanie współbieżne, równoległe i rozproszone

Aplikacja serwerowa Platformy Prezentacyjnej Opis produktu

61 Topologie wirtualne

Opis komunikacji na potrzeby integracji z systemem klienta (12 kwiecień, 2007)

5. Model komunikujących się procesów, komunikaty

Sieciowe Systemy Operacyjne

Działanie systemu operacyjnego

Dariusz Brzeziński. Politechnika Poznańska, Instytut Informatyki

Programowanie współbieżne i rozproszone

router wielu sieci pakietów

SIECI KOMPUTEROWE Adresowanie IP

Tomasz Greszata - Koszalin

Java jako język programowania

Serwer SSH. Wprowadzenie do serwera SSH Instalacja i konfiguracja Zarządzanie kluczami

Cechy systemu X Window: otwartość niezależność od producentów i od sprzętu, dostępny kod źródłowy; architektura klient-serwer;

Protokoły zdalnego logowania Telnet i SSH

Wprowadzenie. Co to jest klaster? Podział ze względu na przeznaczenie. Architektury klastrów. Cechy dobrego klastra.

Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Systemy operacyjne. Zadania systemu operacyjnego. Abstrakcyjne składniki systemu. System komputerowy

Middleware wprowadzenie października 2010

Od uczestników szkolenia wymagana jest umiejętność programowania w języku C oraz podstawowa znajomość obsługi systemu Linux.

Dokumentacja aplikacji Szachy online

Middleware wprowadzenie października Dariusz Wawrzyniak (IIPP) 1

Działanie systemu operacyjnego

Problemy niezawodnego przetwarzania w systemach zorientowanych na usługi

Zdalne wywoływanie procedur RPC. Dariusz Wawrzyniak 1

Laboratorium podstaw telekomunikacji

Skrócony Poradnik Użytkownika

Działanie systemu operacyjnego

Usługi sieciowe systemu Linux

PLAN WYNIKOWY PROGRAMOWANIE APLIKACJI INTERNETOWYCH. KL IV TI 6 godziny tygodniowo (6x15 tygodni =90 godzin ),

Zdalne wywoływanie procedur RPC

Zdalne wywoływanie procedur RPC

Zdalne wywoływanie procedur RPC 27. października Dariusz Wawrzyniak (IIPP) 1

Implementacja aplikacji sieciowych z wykorzystaniem środowiska Qt

Projektowanie architektury systemu rozproszonego. Jarosław Kuchta Projektowanie Aplikacji Internetowych

Zdalne wywoływanie procedur RPC 27. października 2010

Model sieci OSI, protokoły sieciowe, adresy IP

Warstwy systemu Windows 2000

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA. Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki KATEDRA INFORMATYKI. SyncFile

RPC. Zdalne wywoływanie procedur (ang. Remote Procedure Calls )

Programowanie obiektowe zastosowanie języka Java SE

Od uczestników szkolenia wymagana jest umiejętność programowania w języku C oraz podstawowa znajomość obsługi systemu Windows.

Klaster obliczeniowy

Czym jest Java? Rozumiana jako środowisko do uruchamiania programów Platforma software owa

Podstawy projektowania aplikacji biznesowych w systemie SAP R/3

Wstęp do Informatyki. Klasyfikacja oprogramowania

Procedura wdrożeniowa program MERKURY QUATTRO wer. 1.0

Wykaz zmian w programie WinAdmin Replikator

Microsoft System Center Virtual Machine Manager 2012

1. Etapy rozwoju systemów komputerowych

27/13 ZAŁĄCZNIK NR 4 DO SIWZ. 1 Serwery przetwarzania danych. 1.1 Serwery. dostawa, rozmieszczenie i zainstalowanie 2. serwerów przetwarzania danych.

SIP Studia Podyplomowe Ćwiczenie laboratoryjne Instrukcja

7. zainstalowane oprogramowanie zarządzane stacje robocze

Telnet. Telnet jest najstarszą i najbardziej elementarną usługą internetową.

Adresowanie grupowe. Bartłomiej Świercz. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych. Łódź, 25 kwietnia 2006

Monitorowanie Sieci nonblocking content packet filtering

WYKŁAD: Przetwarzanie rozproszone typu klient-serwer.

Jądro systemu operacyjnego

Podstawy programowania

Bazy danych 2. Wykład 1

Biuletyn techniczny. CDN OPT!MA 12.0 Drukarki fiskalne w usługach terminalowych. Copyright 2007 COMARCH SA

KARTA KURSU. Systemy operacyjne

Struktura systemu operacyjnego. Opracował: mgr Marek Kwiatkowski

Początki Javy. dr Anna Łazińska, WMiI UŁ Podstawy języka Java 1 / 8

Zdalne wywołanie procedur. Krzysztof Banaś Systemy rozproszone 1

Instrukcja instalacji usługi Sygnity Service

Zagadnienia egzaminacyjne INFORMATYKA. Stacjonarne. I-go stopnia. (INT) Inżynieria internetowa STOPIEŃ STUDIÓW TYP STUDIÓW SPECJALNOŚĆ

Sieci równorzędne, oraz klient - serwer

IBM SPSS Modeler Social Network Analysis 16 podręcznik instalowania i konfigurowania

Opis protokołu RPC. Grzegorz Maj nr indeksu:

ZiMSK dr inż. Łukasz Sturgulewski, DHCP

System zarządzający grami programistycznymi Meridius

Opracowanie protokołu komunikacyjnego na potrzeby wymiany informacji w organizacji

1. Zakres modernizacji Active Directory

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA realizacja w roku akademickim 2016/2017

Transkrypt:

Ćwiczenie nr: 9 Temat: Obliczenia rozproszone MPI 1. Informacje ogólne MPI (Message Passing Interface) nazwa standardu biblioteki przesyłania komunikatów dla potrzeb programowania równoległego w sieciach rozproszonych. Aktualna wersja standardu to 2.1. MPI zawiera tylko specyfikacje interfejsu, nie zawiera żadnego konkretnego pakietu oprogramowania. Jest zbiorem funkcji API umożliwia programistom pisanie programów równoległych o wysokiej wydajności, które przekazują komunikaty pomiędzy procesami danego zadania. MPICH to darmowa i przenośna implementacja standardu MPI zrealizowana w Argonne National. Laboratory, ośrodku prowadzącym badania nad przetwarzaniem rozproszonym. Dostępna jest wersja dla platform UNIX jak i Windows, dla kompilatorów Fortran 77 i C. Biblioteka zawiera funkcje konieczne do uruchomienia, przesyłania komunikatów, synchronizacji i zakończenia programu. Możliwe jest przenoszenie programów na inne komputery. PVM środowisko oprogramowania do realizacji programów rozproszonych. Komputery połączone siecią tworzą równoległą maszynę wirtualną. Poszczególne procesy mogą pracować w różnych systemach operacyjnych. PVM dostarcza programiście procedury i funkcje przesyłania komunikatów między procesami. 2. Komunikacja Systemy rozproszone opierają się na dzieleniu zasobów i na przezroczystości ich rozmieszczenia. Składowe systemu są rozłączne logicznie i fizycznie. Rozproszone systemy i aplikacje są tworzone z oddzielnych składowych oprogramowania, współpracujących przy wykonywaniu zadań. Komunikacja między parą procesów obejmuje działania po stronie procesu nadawczego i odbiorczego, dając: a) przenoszenie danych ze środowiska procesu nadawczego do środowiska procesu odbiorczego; komunikujące procesy muszą wspólnie użytkować kanał komunikacyjny b) synchronizację czynności odbiorczych z czynnościami nadawczymi, tak aby powstrzymać działanie procesu nadawczego lub odbiorczego do czasu, aż inny proces go uwolni Równoważenie obciążenia może odbywać się z wywłaszczaniem lub bez wywłaszczania. W mechanizmie bez wywłaszczania nazywanym także dynamicznym przydzielaniem zadań zadanie jest wyznaczane do przeniesienia na inny węzeł przed swoim startem. W mechanizmie z wywłaszczaniem zadanie może być przeniesione po rozpoczęciu jego wykonywania. Zarówno MPI jak i PVM stosują tę pierwszą metodę. Konstrukcje programowania przyjmują postać działań wyślij i odbierz. Działania te dokonują przekazania komunikatu między parą procesów. Przekazanie komunikatu obejmuje przesłanie przez proces nadawczy zbioru wartości danych (komunikat) za pomocą mechanizmu komunikacji (kanału lub portu) i akceptację komunikatu przez proces odbiorczy. Mechanizm może być: a) synchroniczny z blokowaniem - nadawca czeka po wysłaniu komunikatu do czasu, aż odbiorca wykona operację odbioru b) asynchroniczny bez blokowania - komunikat jest umieszczany w kolejce komunikatów oczekujących na przyjęcie przez odbiorcę, a proces nadawczy może kontynuować działanie Najczęściej stosowane schematy komunikacji stosowane w systemach rozproszonych: 1. klient - serwer służą do łączności między parami procesów; model komunikacji nastawiony na dostarczanie usług, można w nim wyróżnić następujące etapy: a) przesłanie zamówienia do procesu klienta do procesu serwera b) wykonanie zamówienia przez serwer c) przesłanie odpowiedzi do klienta Schemat komunikacji klient-serwer można zrealizować za pomocą podstawowych operacji: przekazywanie komunikatów - wywołanie procedury zdalnej RPC (ang. remote procedure calling) realizowanej w postaci protokołu zamówienie - odpowiedź. Proces serwera w chwili uruchomienia przedstawia się usłudze nazewniczej, podając swój adres sieciowy i nazwę dostarczanej przez siebie usługi. Klient uzyskuje adres serwera przez zapytanie służby nazewniczej przy pomocy nazwy usługi. 2. rozsyłanie grupowe (ang. group multicast) do łączności między grupami współpracujących procesów. W tym schemacie komunikacji rozsyłania, procesy współdziałają, przekazując

komunikaty. Adresatem komunikatu nie jest jeden proces, lecz grupa procesów. Jednej operacji wyślij odpowiada operacja odbierz każdego członka grupy procesów - rozsyłanie grupowe (ang. multicasting). Cechy rozsyłania grupowego: a) odnajdywanie obiektu - klient rozsyła komunikat z nazwą katalogu pliku do grupy procesów serwerów plików. Odpowiada tylko ten który przechowuje dany katalog b) tolerowanie uszkodzeń - klient rozsyła zamówienie do grupy procesów usługowych, każdy przetwarza je identycznie a następnie jeden lub więcej wysyła odpowiedź. Grupa serwerów może zapewnić ciągłą obsługę, nawet w przypadku awarii pozostałych. c) zwielokrotnione aktualizacje - zdarzenie w rodzaju "jest godzina 18:01" można wysyłać do grupy zainteresowanych procesów. W zależności od sposobu realizacji rozproszenia system może być rozproszonym systemem operacyjnym rozproszenie realizowane jest na poziomie jądra systemu operacyjnego, każda poprawnie napisana wielozadaniowa aplikacja może podlegać migracji (migruje w całości lub wybrane jej podprocesy), rozproszenie jest przeźroczyste dla aplikacji maszyną wirtualną uwspólniane są wybrane zasoby np. pamięć i moc obliczeniowa implementacja odbywa zwykle przez użycie specjalistycznych bibliotek programistycznych aplikacja rozproszona poszczególne funkcje aplikacji dzielone są pomiędzy różne komputery np. tzw architektura trójwarstwowa (warstwa składowania danych serwery baz danych plików filery, warstwa logiki biznesowej, warstwa prezentacji danych) 3. Dynamiczne przydzielanie zadań Dwie najpopularniejsze implementacje równoważenia obciążenia w oparciu o dynamiczne przydzielanie zadań to MPI (Message Passing Interface) oraz PVM (Parallel Virtual Machine) są przykładem wykorzystania bibliotek programistycznych dla uzyskania rozproszenia. Aby możliwe było wykonywanie obliczeń konieczne są dwa elementy: środowisko uruchomieniowe, które zapewnia przydzielenie zadań odpowiednim węzłom przed ich utworzeniem ( mpirun i ew. mpdboot) zestaw bibliotek umożliwiających wymianę komunikatów pomiędzy procesami program skompilowany z użyciem w/w bibliotek W przeciwieństwie do rozproszonych systemów operacyjnych, które zwykle muszą wykorzystywać tę samą architekturę systemu np. te same wersje jądra wymiana komunikatów może być w prostszy sposób uniezależniona od systemu operacyjnego i jego architektury. W przypadku MPI możliwe jest wykorzystanie np. węzłów z systemem Windows 32 i 64b, linux 32 i 64b, SunOS, MacOSX i innych pod jednym warunkiem, dla każdej z architektur muszą znajdować się na tej samej ścieżce przygotowane odpowiednie binaria (skompilowany na dany system program) 3.1 Message Passing Interface MPI jest to specyfikacja standardu dla bibliotek wspomagających przesyłanie komunikatów zdefiniowana przez MPI Forum. Prace na standardem przesyłania komunikatów (MPI) w 1992r. Standard został zatwierdzony w 1994r. MPI zawiera interfejs programistyczny, zawiera specyfikacje semantyki protokołu i sposób implementacji (buforowanie komunikatów i sposób ich dostarczania). MPI obsługuje połączenia punkt-punkt i zbiorcze (globalne). MPI udostępnia abstrakcje dla procesów na dwóch poziomach Istnieje kilka implementacji tego standardu najpopularniejsze to: MPICH wersja 1 i 2 - LAM Literatura: [1] Hunt, Craig; TCP/IP : administracja sieci. Warszawa : Oficyna Wydaw. READ ME, 1996. [2] Blank, Andrew G, Podstawy TCP/IP / Andrew G. Blank ; przekł. z jęz. ang. Grzegorz Kowalski, Warszawa : Mikom, 2005.

Instrukcje do programów MPICH wersja 1.xx ścieżka instalacji: /opt/mpich/ch-p4/ dla wygody można dodać do ścieżki systemowej komendą export PATH=/opt/mpich/ch p4/bin:$path podstawowy program służący do uruchamiania obliczeń rozproszonych to mpirun znajdujący się w podktalogu bin na ścieżce instalacji składnia mpirun: mpirun <opcje> program_obliczeniowy opcje -np X - X oznacza liczbę procesów na które będzie podzielone zadanie -machinefile <plik> - plik zawiera listę adresów IP lub nazw komp. w klastrze program_obliczeniowy musi znajdować się na wszystkich maszynach na tej samej ścieżce dostępu przykładowa zawartość pliku z listą maszyn st41001 st41002 10.0.2.183 Przykład: Uruchomienie obliczeń liczby PI w 12 procesach gdzie nazwy maszyn zapisane są w pliku MASZ w katalogu /tmp a program obliczeniowy znajduje się w katalogu /mnt/mpi/tst/cpi i nazywa się cpi #/opt/mpich/ch-p4/bin/mpirun -np 12 -machinefile /tmp/masz /mnt/mpi/tst/cpi/cpi Programy należy kompilować i uruchamiać w katalogu /tmp/ Na każdej maszynie biorącej udział w obliczeniach w katalogu /tmp/ muszą znaleźć się plik wykonywalny (binarka) uzyskiwany po skompilowaniu kodu plik z listą hostów (adresami IP) biorących udział w obliczeniach można skopiować je poleceniem (w katalogu /tmp/): #scp nazwa_pliku adresip:/tmp/ a) kompilacja programu w c++ # mpic++ -o matvec.out matvec_mpi.cpp gdzie: matvec.out nazwa wyjściowego pliku wykonywalnego matvec_mpi.cpp kod źródłowy programu b) uruchamianie programu # mpirun -hostfile hosts -n 24 --oversubscribe -bind-to core:overload-allowed matvec.out gdzie: hosts nazwa (ścieżka) pliku tekstowego w którym umieszczone są adresy IP maszyn biorących udział w obliczeniach --oversubscribe -bind-to core:overload-allowed umożliwienie podziału programu na ponadstandadową liczbę wątków matvec.out nazwa wyjściowego pliku do wykonywania -n 24 liczba podzadań, na które należy podzielić zadanie główne

Scenariusze ćwiczeń

Scenariusz Nr 1 Sprzęt: 1. Stacja robocza: Komputer PC Procesor Architektura RAM SO użytkownik Intel Crore2 Quad Q8200 x86_64 (64b) 4GB OpenSuSE 11.1 x86_64 student Oprogramowanie: Wykonanie ćwiczenia: Przygotowanie: 1. zalogować się jako student na konsoli graficznej bądź tekstowej 2. wejść na stronę http://heavy.metal.agh.edu.pl/ gdzie dostępne są kody źródłowe programów Wykonanie ćwiczenia: 1. ustalić z prowadzącym wersję scenariusza 1. wersję kodu programu 2. wersję sprzętową testów (przykładowo, dla wersji a) testy wykonujemy najpierw na 1 maszynie, potem na 2 a na końcu na 3 maszynach, zmieniając parametr n od 1 do 16 o wartość 1) 2. na każdym komputerze wyznaczonym do testów, w katalogu /tmp/ : 1. skompilować program 2. uzupełnić wpisy (adresy IP komputerów) w pliku z listą maszyn 3. uruchomić mpirun z odpowiednimi opcjami 4. dla każdej konfiguracji wykonywać 3 pomiary, notując czas wykonania, liczbę maszyn i liczbę procesów Uwagi: wersja Ilość maszyn Ilość proc/skok Uwagi a) 1, 2, 3 1-16 / co 1 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły b) 1, 2, 4 1-26 / co 2 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły c) 1, 3, 4 1-18 / co 1 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły d) 1, 3, 4 1-28 / co 2 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły e) 2, 3, 4 1-24 / co 2 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły f) 2, 3, 4 1-18 / co 1 Każdy pomiar 3 razy, notować czas obliczeń i węzły Wyniki pomiarów: opracować statystycznie uzyskane wyniki wykresy czasów wykonywania w zależności od ilości hostów, i procesów opracować wnioski szczegółowe i końcowe