Параллельные вычисления на многопроцессорных системах

Параллельные алгоритмы для моделирования
структуры и физических свойств наноматериалов и
квазикристаллов
Лекция 8: Алгоритмы маршрутизации
Авторы: Мазуренко Владимир Владимирович
Мазуренко Владимир Гаврилович
Цель лекции
Компетенции:
способность эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для
выполнения прикладных математических и физических исследований,
направленных на решение физико-технических, естественнонаучных,
экономических и иных задач
способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания
теории и методов математических и физических исследований, направленных
на решение инновационных инженерных, технических, экономических,
экологических, информационных, технологических задач
Содержание лекции
8.1. Алгоритмы маршрутизации
8.1.1. Методы передачи данных
8.1.2. Методы передачи сообщений
8.1.3. Методы передачи пакетов
8.1.4. Передача данных между двумя процессорами в сети
8.1.5. Передача данных от одного процессора всем остальным
Алгоритмы маршрутизации
Алгоритмы маршрутизации определяют путь передачи данных
от процессора – источника сообщения до процессора, к которому
сообщение должно быть доставлено.
оптимальные, определяющие всегда наикратчайшие пути передачи
данных, и неоптимальные алгоритмы маршрутизации
детерминированные и адаптивные методы выбора маршрутов (адаптивные
алгоритмы определяют пути передачи данных в зависимости от существующей
загрузки коммуникационных каналов)
Методы передачи данных
Параметры для описания времени передачи данных
время начальной подготовки (tн) характеризует длительность подготовки
сообщения для передачи, поиска маршрута в сети
время передачи служебных данных (tс) между двумя соседними процессорами
(т.е. для процессоров, между которыми имеется физический канал передачи
данных). К служебным данным может относиться заголовок сообщения,
блок данных для обнаружения ошибок передачи
время передачи одного слова данных по одному каналу передачи данных (tк).
Длительность подобной передачи определяется полосой пропускания
коммуникационных каналов в сети.
Метод передачи сообщений
Информация передается как неделимый блок информации.
Процессор, содержащий сообщение для передачи, готовит весь объем
данных для передачи, определяет процессор, которому следует направить
данные, и запускает операцию пересылки данных.
Процессор, которому направлено сообщение, в первую очередь
осуществляет прием полностью всех пересылаемых данных
Пересылка сообщения далее по маршруту
Время пересылки данных tпд для метода передачи сообщения
размером m байт по маршруту длиной l
Методы передачи пакетов
Представление пересылаемых сообщений в виде блоков информации
меньшего размера – пакетов
принимающий процессор может осуществлять пересылку данных по
дальнейшему маршруту непосредственно сразу после приема очередного
пакета, не дожидаясь завершения приема данных всего сообщения
Преимущества
Более быстрая передача данных
Меньший объем памяти для хранения передаваемых данных
Недостатки
Требует более сложного программного и аппаратного обеспечения
Передача данных между двумя
процессорами в сети
Передача данных от одного процессора
всем остальным процессорам сети
Передача сообщений
Кольцевая топология
Передача сообщений двум соседям
Передача данных от одного процессора
всем остальным процессорам сети
Передача сообщений
Топология решетка
передача сообщения всем процессорам
сети, располагающимся на той же
горизонтали решетки
Процессоры рассылают сообщения по
своим соответствующим вертикалям
Передача данных от одного процессора
всем остальным процессорам сети
Передача сообщений
Топология Гиперкуб
процессор-источник сообщения передает
данные одному из своих соседей – в результате
после первого этапа есть два процессора,
имеющих копию пересылаемых данных
два процессора, задействованные на первом
этапе, пересылают сообщение своим соседям
по второй размерности
Передача данных от одного процессора
всем остальным процессорам сети
Передача пакетов
Топология Кольцо
Топология Решетка
Топология Гиперкуб
Выводы
На лекции были рассмотрены методы передачи данных и параметры, которые
позволяют их численно описать. Проведена классификация методов передачи
данных как передачи при помощи сообщений и передачи при помощи пакетов.
Представлены основные операции коммуникации, возникающие при параллельном
решении задач: передача данных между двумя процессорами в сети, передача
данных от одного процессора всем процессорам в сети
Литература
Основные источники:
В.П. Гергель, Теория и практика параллельных вычислений
В.П. Гергель, Р.Г. Стронгин, Основы параллельных вычислений
для многопроцессорных систем. –Н. Новгород, ННГУ, 2001
А.А. Букатова, В.Н. Дацюк, А.И. Жегуло, Программирование
многопроцессорных вычислительных систем, Ростов-на-Дону,
Издательство ООО “ЦВВР”, 2003, 208 с.
Вл.В. Воеводин, Параллельная обработка данных, Курс лекций
Дополнительные источники:
Информационно-аналитические материалы по параллельным
вычислениям www.parallel.ru