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分布式并行计算系统的设计与实现

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2010-03-26 12:23:00
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分布式并行计算系统的设计与实现

数学与计算机科学学院   杨名

 

  要: 本文采用Web服务这一Internet上新型的分布式计算技术,构建一套通用的分布式并行计算系统框架。该系统框架主要实现了任务的动态部署、计算规则的动态编写及任务的请求和处理等功能。服务器端支持添加多个任务模块的功能,编写模块处理规则,通过web服务将任务发布到internet上。客户端支持多线程,可同时计算多个任务。服务器和客户端支持统一的编程接口,系统具有高度的扩展性,通过服务器端软件,任务的发布者可以动态的添加任务和编写规则,同时不需要针对某一特定的任务而重新开发用于任务处理的客户端软件,因此负责任务计算的用户无需重新部署安装客户端软件。在此框架上进行二次开发,设计了大量数据文件的平均数计算、基于遗传算法的多项式求解这两个系统算例,作为系统的实例模型。该系统有着广泛的应用前景和实用价值。

关键词:  分布式  并行计算  web服务  高性能计算  遗传算法  多项式求解

Distributional parallel computing system design and realization

Abstract: This article uses Web to serve on this Internet the newdistributed computing technology, constructs a set of generaldistributional parallel computing systems frame. This system frame hasmainly realized the duty dynamic deployment, computation rule dynamicfunction and so on compilation and duty request and processing. Theserver end support increases many duties module the function, thecompilation module processing rule, issues through the web service theduty on internet. The customer end support multithreading, maysimultaneously calculate many duties. The server and the customer endsupport unified programming connection, the system has the highextension, through server end software, the duty issue may the dynamicincrease duty and the compilation rule, simultaneously does not needto aim at some specific duty but reto develop uses in duty processingcustomer end software, therefore is responsible for the dutycomputation the user not to need to redeploy installment customer endsoftware. Carries on two times of developments on this frame, designedthe mass datas document mean value computation, solved these twodepartments based on the heredity algorithm multinomial to total theexample, took the system the example model. This system has thewidespread application prospect and the practical value.

Key word: Distributional parallel calculates the web service highperformance computation heredity algorithm multinomial solution

 

1 前言

       随着信息化社会的飞速发展,人类对信息处理能力的要求越来越高,不仅石油勘探、气象预报、航天国防、科学研究等需求高性能计算机,而且金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求也在迅猛增长。高性能计算存在着多种形式,分布式计算和并行计算就是其中的两种。分布式计算是一种把需要进行大量计算的工程数据分割成小块,由多台计算机分别计算,在上传运算结果后再统一合并得出数据结论的科学。分布式计算的要点在于利用互联网,把分散在世界各地成千上万志愿者计算机的闲置计算能力组织起来,形成一个超级巨大的虚拟超级计算机。对于任务的分割、任务之间的耦合性及存储数据的共享却成为了分布式计算扩大应用的瓶颈问题。而并行计算具有的特点很好的解决了这些问题,并行计算算法能把大型任务分割成低耦合、可独立运行的多个子任务。

从技术发展来看,分布式计算技术也处于不断发展之中。目前主要包括已非常成熟的COM/DCOMCORBARMIEJB技术,以及正处于高速发展阶段的Web Services和网格技术。前面四种技术是目前比较成熟且已经大量使用的技术。它们各有优势,同时也存在一些不足,至于这些比较,很多文章中都已经做过这方面的研究。这里主要谈一下本文采用的Web Services技术的原因以及相比其他技术所具有的优势和存在的不足。

Web Service并不是分布式计算技术的革命性创新。相对于COM/DCOMCORBA等技术,Web Service更大意义上是Internet上的分布式计算模型。Web服务彼此是松散耦合的,正是这一点,服务的提供方(服务器端)可以在统一的编程接口下,随时的改变自己的执行方式,而不影响享受服务的那一方(客户端)的正常运行。组件耦合的宽松程序达到了最大化,组建可重用性大大提高。同时,由于在web服务的环境下,通信完全依赖于与平台无关的XML消息,因此组件的集成也更加容易。而不管是DCOMRMI还是CORBA,它们的接口都只能供自己使用,这样的缺陷导致了开放式的Web Services的出现。Web Services使用HTTP轻松绕过防火墙,通过XML作为访问对象的文本接口,轻松跨越了多台平台和语言之间的障碍,极大地方便了软件的部署和使用。当然,其自身的一些特点也导致了它存在的一些不足,如安全性,效率和稳定性方面。当我们在选择技术方案时,主要考虑的是软件的应用需求,任何一种技术都存在优势和不足,关键在于软件的要求是否是这一技术所能达到的。如果软件要求更注重性能和稳定性,那可能选用.Net Remoting技术会比较适合一些。而本文主要的是考虑该系统的通用型和扩展性,意于建立一个通用的分布式并行计算系统。

       在并行计算方面,近三十年来,以并行计算技术、并行算法和并行计算机结果为核心的并行化技术受到了国际国内计算数学界、计算机科学界乃至整个工程技术与科学界的广泛重视。从并行计算的软件环境来看,目前最流行的网络并行计算消息传递环境有PVM,MPI,ExpressLindaParmacsP4Zipcode等。其中PVMMPI是使用最多的两款免费软件。这些更多是被少数专职的研究机构或实验室所使用。

随着高性能计算和网络计算技术的普及,分布式与并行计算技术正在渗透到现今社会的各个领域,由多个自主的计算机在internet环境下组成的分布处理环境已成为高性能计算机领域的一个非常重要的研究方向,将会占据原属于传统并行计算机的一部分市场。而对于目前出现比较多的这类应用系统更多的是针对某一特定的计算任务而开发的,任务出现变更时,系统所做出的调整也是很大的,几乎都是重新设计,尤其在客户端,这就使得软件部署方面存在一定的问题。因此,本文所做的系统框架的一个重要目的就是解决系统的通用性和扩展性。

2 系统分析

2.1 概述

本系统构建的一个目的在于建立一套具有通用型并且具有高度扩展性的分布式并行计算系统框架。并在此基础上通过两个分布式并行计算的应用实例(大量文件数据的平均数计算、基于遗传算法的多项式求解)。

2.2 系统目标

建立一套具有通用型并且具有高度扩展性的分布式并行计算系统框架。设计一套统一的编程接口,用户能根据其任务需求,动态的变更任务定义及处理规则,同时确保客户端的零变更,客户端支持多线程,能同时请求和处理多个任务,并把结果发送回服务器。

2.3 系统功能

功能划分列表

任务定制

(服务器端)

任务处理规则的编写(服务器端)

任务的分配和调度

(服务器端)

任务请求与处理

(客户端)

2.4 功能描述

2.4.1 任务定制

功能描述

任务定制窗体中允许用户添加新任务,设置该任务的参数信息,并保存到数据库和配置文件中。

2.4.2 任务处理规则的编写

功能描述

规则定义的窗体中提供并指导用户输入某任务的处理规则的函数定义,在编译成功的情况下,动态生成这一处理规则的DLL文件。

2.4.3 任务的分配和调度

       功能描述

定义一套任务请求和分配的服务接口,在这基础上针对任务的特点,开发该任务的基于请求和分配调度的web服务。

2.4.4 任务请求与处理

功能描述

在窗体中输入任务的服务地址,下载并加载任务的规则处理文件(DLL),根据用户的输入的线程数,启动多线程,请求任务、下载任务数据,调用处理规则文件中的方法,最终把结果数据发送回服务器端。重复该循环,直到任务全部完成。

2.5 系统的逻辑模型

2.6 系统的运行环境

2.6.1 服务器端运行环境

操作系统:Microsoft Windows XP SP2

支持环境:IIS 6.0.Net Framework2.0

库:Microsoft SQL Server 2000

2.6.2 客户端运行环境

操作系统:Microsoft Windows XP SP2

支持环境:.Net Framework2.0

3 系统设计


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作者:佚名

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