آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی به صورت PDF

آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی به صورت PDF

آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی

در این بخش دانلود رایگان مقاله آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی را به زبان فارسی در قالب فایل PDF آماده کردیم که در ادامه به توضیح مختصری از آن پرداخته و در انتها برای دانلود قرار داده شده است.

چکیده مقاله

امروزه استفاده از توان محاسباتی رایانه ها در تحقیقات علمی و فعالیت های دانشگاهی کاربرد روز افزونی پیدا نموده است. یکی از مهمترین زمینه های تحقیقاتی که در آن رایانه نقش کلیدی بازی می نماید، شبیه سازی دقیق سازه های مهندسی می باشد. با کوچک شدن ابعاد سازه ها، مدل های مورد استفاده برای شبیه سازی پیچیده تر می گردد. لذا در تحلیل های مبتنی بر روش های عددی، نیاز به توان محاسباتی بالا فزونی یافته است بطوری که در پاره ای از موارد توان محاسباتی یک رایانه شخصی به طور موثر جوابگو نمی باشد. لذا باید به نحوی توان محاسباتی رایانه را افزایش داد. یکی از راه کار های عملی، استفاده از ابر رایانه هایی (قوی ترین پردازنده های موجود) است که امروزه با بهره گیری از مفهوم پردازش موازی ساخته می شوند.

رایانه خوشه ای

رایانه خوشه ای به دسته ای از رایانه ها (حداقل دو رایانه) اطلاق می گردد که برای انجام هدفی مشترک با یکدیگر همکاری می نمایند. برای حصول این هدف سیستم باید دارای رابط انتقال پیغام و (معمولا) برنامه زمانبند برای تخصیص وظیفه باشد. اولین سیستم خوشه ای به نام BEOWULF در سال ۱۹۹۴ در سازمان تحقیقات فضایی ایالات متحده آمریکا NASA به صورت رایانه خوشه ای با قدرت محاسباتی ۱ گیگا فلاپس طراحی و پیاده سازی شد. این سیستم از ۱۶ کامپیوتر خانگی با پردازنده ۴۸۶ که توسط شبکه اترنت استاندارد به یکدیگر متصل بودند، تشکیل شده بود. جالب توجه است که هزینه تمام شده این پروژه تنها ۴٪ هزینه یک پردازنده با توان محاسباتی معادل با کل این ۱۶ پردازنده بوده است. البته باید در نظر داشت که از نظر تکنیکی متصل نمودن چند پردازنده به یکدیگر، به هیچ وجه معادل با افزایش سرعت محاسباتی به همان نسبت نمی باشد. بلکه بسته به نوع مسئله مورد نظر، چگونگی تقسیم مسئله بین پردازنده ها و الگوریتم مناسب، سرعت اجرای برنامه متفاوت خواهد بود.

آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی به صورت PDF

شکل ۲: مجموعه ای از رایانه های خوشه ای (G4) شرکت اپل

ساختار رایانه خوشه ای

پردازنده ها، رابط های بین عناصر پردازنده و حافظه مشترک عمومی و توزیع شده اجزای کلیدی چنین ساختاری می باشند. همان طور که قبلا اشاره شد برای برپا کردن یک سیستم خوشه ای به حداقل دو رایانه، رایانه اصلی و رایانه پیروت، احتیاج می باشد که با یکدیگر به طور فیزیکی شبکه شده باشند. معمولا کاربر تنها با رایانه اصلی که عمل تخصیص وظیفه بین رایانه ها را انجام میدهد در ارتباط می باشد.

باید توجه داشت که رایانه اصلی خود نیز می تواند در انجام محاسبات شرکت کند، اما این وضعیت برای سیستم های خوشه ای بزرگ (با تعداد زیادی رایانه پیرو) پیشنهاد نمی شود. اصطلاحاً به هر رایانه در سیستم خوشه ای یک گره گفته می شود و در حالت کلی هر گره می تواند دارای بیش از یک پردازنده باشد (معمولا ۴۰۲ یا ۸). باید توجه داشت که الزامی برای یکسان بودن رایانه ها از نظر کارایی وجود ندارد بلکه تنها رایانه ها باید از نظر تکنولوژی ساخت با یکدیگر سازگار باشند.

به عنوان نمونه ایجاد رایانه ای خوشه ای مرکب از سیستم های مبتنی بر معماری اینتل و مکینتاش به سادگی قابل پیاده سازی نخواهد بود. هر چند که باید متذکر شویم که امکان برپایی چنین سیستمی با بهره گیری از تکنولوژی جاوا میسر می باشد، اما این موضوع از حیطه بحث حاضر خارج می باشد. البته واضح است که برای طراحی بهینه یک سیستم خوش های بهتر است جز گره اصلی، گره های پیرو از ساختاری همگون با مشخصات سخت افزاری یکسان انتخاب گردند. معمولا به دلایل اقتصادی و همچنین سادگی در پیاده سازی از سیستم عامل Linux برای تمامی گره ها استفاده می شود. در شکل زیر توپولوژی ساده شده ای از یک سیستم خوشه ای همراه با پنج گره پیرو را مشاهده می کنید.

آشنایی با اصول و کاربرد های پردازش موازی به صورت PDF

شکل ۳: توپولوژی ساده شده از یک سیستم خوشه ای با پنج گره پیرو

برای انتخاب مشخصات گره اصلی توجه به چهار جزء، یعنی سرعت پردازنده، سرعت شبکه، حافظه RAM و سرعت دیسک سخت اهمیت ویژه ای دارد. با توجه به آنکه مدیریت تخصیص وظیفه گره های پیرو بر عهده گره اصلی می باشد، سرعت پردازنده آن باید بگونه ای انتخاب گردد تا با توجه به تعداد گره های پیرو، در انجام این وظیفه از سایر گره ها عقب نماند. واضح است که کند بودن عمل مدیریتی بر روی سایر گره ها اثر بسیار نامطلوبی بر روی کارایی کل سیستم خواهد گذاشت. علاوه بر آن در صورتی که قرار باشد گره اصلی همراه با دیگر گره ها در انجام محاسبات اصلی نیز شرکت کند، سرعت پردازنده این گره اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد. از آنجا که معمولاً نتیجه کار گره های پیرو باید به صورت فایل بر روی دیسک سخت گره اصلی ذخیره شود و اینکه معمولاً گره های پیرو از سیستم NFS که در آن هر گره برای دسترسی به فضای دیسک سخت با دیگر گره ها رقابت می کند استفاده می شود، استفاده از دیسک سختی با سرعت بالا ضروری به نظر می رسد.

استفاده از شبکه ای با سرعت بالا نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است، چرا که طولانی بودن زمان انتقال داده بین گره ها به معنای کاهش سرعت کل پردازش می باشد. البته این مسئله می تواند به شدت تابع نوع برنامه و الگوریتم اجرای آن باشد. بطور کلی در سیستم های خوشه ای استفاده از یک سوئیچ پرسرعت بر استفاده از hub ترجیح داده می شود. در نهایت با توجه به وظیفه حافظه RAM و چگونگی مدیریت حافظه در سیستم عامل لینوکس ظرفیت بالا حافظه RAM واضح به نظر می رسد. گره های پیرو دو ماموریت انجام محاسبات اصلی تخصیص داده شده توسط گره اصلی و همچنین ارسال نتیجه از طریق شبکه را بر عهده دارند. ناگفته پیداست که انتخاب پردازشگر با بالاترین سرعت برای گره های پیرو کاری منطقی به نظر می رسد و استفاده از رایانه های مجهز به چند پردازشگر پیشنهاد می گردد.

البته باید توجه داشت که استفاده چنین رایانه هایی به عنوان گره پیرو سبب پیچیده تر شدن برنامه نویسی برای سیستم خوشه ای خواهد شد. معمولا پردازنده های AMD دارای نسبت کارایی به قیمت بالاتری در مقایسه با پردازنده های Intel می باشد اما توان زیاد تری مصرف نموده و در نتیجه حرارت بیشتری تولید می کنند. این مسئله هنگام استفاده از تعداد زیادی گره حائز اهمیت بوده و بی توجهی به آن می تواند منجر به ناپایداری سیستم گردد. سرعت شبکه و همچنین ظرفیت حافظه RAM برای گره های پیرو همچون گره اصلی از اهمیت زیادی برخوردار است. همچنین استفاده یک سوئیچ KVM دسترسی به همه گره ها از طریق موس و کیبرد واحد در زمان برپا کردن سیستم توصیه می شود.

اطلاعات بیشتر و کامل تر را با دانلود رایگان مقاله مطالعه نمائید.


مشاهده ویدئو در این باره

خوشحال خواهیم شد اگر نظر خودتون رو درباره این مطلب ثبت کنید

خطا!دکمه ریفریش را بزنید
  1. تصویر آواتار کاربر 0
    شیما شنبه , ۲ دی

    با سلام ایا فیلم اموزشی در این زمینه هم می توانید معرفی کنید؟

  2. تصویر آواتار کاربر 0
    سپیده همتی یکشنبه , ۲۴ دی

    سلام یه پروژه در مورد پردازش موازی دارم همه کاراشو انجام دادم فقط فیلم آموزشیش مونده دیگه فرصت پیدا نکردم تا آخرش ادامه بدم چون بنده شاغلم نرسیدم خودم تمومش کنم می تونم اون پروژرو براتون ارسالش کنم.

  3. تصویر آواتار کاربر 0
    آرش جهانی سه شنبه , ۱۷ بهمن

    سلام چند مورد مقاله معتبر در مورد پردازش موازی رو از کدوم سایت می تونم دریافت کنم میشه راهنمایی بفرمایید.