Đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình mạng hàng Đợi (tt)

2 mô phỏng đơn giản, trở nên rất hữu dụng đối với các hệ thống không phức tạp, đôi hỏi độ chỉnh xác của kết quả phân tích không cao Việc phãn tích đánh giá hiệu năng của siêu máy tỉnh

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THONG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIÊN THÔNG

Người hướng din khoa hoc: TS Hé Khanh Lam

Phản biện 1

Luận vău sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn

thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông,

Có thễ tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viên Công nghệ Bưu chính Viễn

thông,

+1- MODAU

Danh gid higu ning thông qua mô phỏng hệ thống là

một phương pháp hiệu quả và đặc biệt hữu ích đối với các

nhà thiết kể, xây dụng hệ thống Nền tảng của phương,

liên nay, có ba phương pháp đánh giá hiệu năng

thông qua mô phỏng hệ thống, đỏ là: phương pháp sử

dung Mang hang doi (Queue ketwork - QN), phương,

phap sti dung Mang Petri (Petri Net - PN) va phuong phap

sử dụng chương trình máy tính dược thiết kế đặc thủ chỉ

đề mỗ phỏng cho một hệ thống

Trong đó, phương pháp chối cùng tuy cho kết quả với độ tin cậy và chính xác cao nhưng phải trả giả về sự

đời hỏi và chiếm đựng tài nguyên rất lớn, vì vậy, phương,

pháp này thường ¡L được sử đụng trong đánh giá hiệu

nang Phương pháp sứ dụng mạng hàng đợi, với nên tăng

là lý thuyết xếp hàng và luật Little, đo chí phí thấp, việc

2

mô phỏng đơn giản, trở nên rất hữu dụng đối với các hệ

thống không phức tạp, đôi hỏi độ chỉnh xác của kết quả

phân tích không cao

Việc phãn tích đánh giá hiệu năng của siêu máy tỉnh

là một việc tương đối phức tạp Một trong những phương

pháp đánh giá được sử đụng rộng rãi và có hiệu quả trên

thực tế là phương phép mô hình hỏa và các mô hình được

sử dụng hiện nay là mmô hinh mang hang doi, mang Petri,

dễ thị và các mô hình lai ghép Trong đó mô hình mạng hàng đợi là một mô hình đơn giản và tỏ ra có hiệu quả

trong thực tế Tý thuyết xếp hàng đã được nghiên cứu rộng rãi trên thẻ giới dàu thé ki 20 Co nhiều ứng dụng, được cài đặt sử dụng lý thuyết này, có các thư viện mở

dược xây dụng dễ giải quyết các bài toán trên mô hình mang hang doi

Do sự phố biên và cé hiệu quà của lý thuyết xếp

bàng trong việc dành giá hiệu nâng cửa siêu máy tính mà

thuận văn của em đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết xếp hàng

từ đó xây dụng thư việc giải bài toán hàng đợi và áp dụng

vào để đánh giá hiệu năng siêu máy tính bằng mô hình

mang hang det.

-8-

Do đó, học viên chọn dễ tài “Đánh giá hiệu răng siêu máy tỉnh bằng mô hình mạng hảng đợi” cho luận văn

tốt nghiệp Thạc sĩ

1 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Đế hoàn thành mục đích ý tưởng đề ra cân nghiên

cứu các nội dụng như sau:

- Nghiên cửu mô hùnh mạng hàng đợi

- Tìm hiển một số các kỹ thuật phân tích hiệu năng,

bao gồm: mô hình phản tich (analytic modeling), mô hình

mô phỏng (simulation modeling), đo hiệu ning (benchmarking)

- Tim hiéu quá trinh đánh giá hiệu ning siéu may tính bằng mô hình mang hang đợi

- Đánh giá kết quả theo yêu cầu của để tài

2 Đôi tượng và phạm vi nghiên cứu

DẪ tượng nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn thuộc loại nghiên cửu và

từng đụng, tôi chỉ giới hạn nghiên cứu các vẫn để sau:

~_ Mô hình mạng hàng đợi

- Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu

răng

-+

- Ứng dụng của mô bình mạng hàng đợi để danh

giá hiệu năng siêu máy tính

Phạm vĩ nghiên cứu

-_ Mô hinh mang hang doi

- Tìm hiểu một số các kỹ thuật phân tích hiệu

nắng

- Công cụ phần mềm JMT, kết quả mô phỏng hiệu ràng của kiến trúc siêu máy tính bằng công cu JMT

- Ứng dụng của mô hi: mạng hàng đợi dễ đánh

giá hiệu năng siêu máy tính

3 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu các tải liệu, bài bảo trong và ngoài

nước có liên quan đến mô hình mạng hàng đợi và sử dụng,

các thuật toãn để đảnh giá hiệu năng siêu máy tính

4 Bố cục luận văn

Chương I: Tổng quan về các kiến trúc máy tỉnh

Chương 2: Các phương pháp kiểm thử hiệu năng Chương 3: Mô hình mạng hàng đợi

Chương 4: Đánh giá hiệu năng siều máy tỉnh.

-5-

Chuong 1: TONG QUAN VE CAC KIÊN

TRÚC SIÊU MÁY TÍNH

1.1 Tổng quan về siêu máy tính

1.1.1 Sự phát triển của công nghệ siêu máy tính

Hình 1.1 tỷ lệ phần trăm số lượng siêu máy tính của

một số nước (Nguồn: Wikipedia)

Hình 1.2 Siêu máy tính của các nước trên thế

giới (Nguồn: topS500.org)

-6-

1.1.2 Phần cứng và kiến trúc siêu máy tỉnh

1.1.3 Sử dụng năng lượng và quản lý nhiệt 1.2 Kiến trúc của siêu máy tính cỡ nhỏ (PC

Hình 1.6 So sánh kiến trúc CPU và GPU

Sau đây là đỏ thị so sánh khả năng xử lý floating-

point giữa GPU và CPU được mô tả qua Hinh 1.7.

1.4 Hiệu năng của siêu máy tính

1.4.1 Năng lực và khả năng tính toán

1.4.2 Các số đo hiệu năng

1.5 Các ứng dụng của các siêu máy tính

1.6 Kết luận chương

Trong chương này đã giới thiệu đ

ược sự phái triển của công nghệ siêu máy tính và kiến trúc của nó Giới thiệu về phẫn mềm và các công cụ phần mẻm của siêu máy tính Tim hiểu vẻ kiến trúc của

siêu máy tính e@ nhé (PC Desktop) CPU+GPU Ngoai ra,

trong chương một cỏn trình bảy về hiệu năng của siêu may

tính trong đó giới thiệu năng lục và khả năng tính toán của một siêu máy tỉnh vả các ứng dụng của siêu may tinh.

-H-

CHUONG 2: CAC PHƯƠNG PHÁP KIỂM

THỨ IIỆU NĂNG

Để có một tiền trinh kiêm thử hiệu năng của các hệ

thống đa xử lý nhức chip đa lõi, các hệ thống toán song song, các siêu máy tỉnh hiệu quả, cỏ một sỏ các kỹ thuật phân tích hiệu năng, bao gầm: mô hình phân tích (analytic

modeling), mé hink mé phéng (simulation modeling), do higu ning (benchmarking)

‘Tat cá các kỹ thuật phân tích: Mô hình phân tích và

mẽ hình mô phỏng đếu yêu câu phải xây dựng mô hình

Mô bình là biểu diễn trừu tượng của hệ thông thực

Thương pháp đo đạc hiện năng (gảm cà benchmarks) của

hệ thống đa xử lý không sử dụng các mô hình ma thay vao

dó, sử dụng quan sát trực tiếp hệ thống, hoặc hệ thông, tương tự

2.1 Mô hình phân tích

211 Các nh toán giới han (bounding

calculations)

2.1.2 Các mô hình mạng hàng đợt

2.1.3 Petri nets

2.2 Mé hinh mé phéng

Các mô hình mỏ phỏng hệ đa xử lý thực là các

chương trình máy tỉnh chuyển dụng Sự mỏ phỏng chớ

phép một hệ thống được mô hình hóa ở bắt kỳ cấp độ nào

của chỉ tiếL lừ chuyển đổi trực tiếp mô hình mạng xếp hàng để có được các đặc tỉnh chủ yến cửa hành vi của hệ

đa xử lý Mô phỏng cũng hỗ trợ thu thập bất kỳ số đo hiệu nang nào có thể xác định dược và lập trình được,

3.2.1 Kiến trúc các mô phẳng

23.2 Mô phông các tải làm việc

2.3 Đo hiệu năng dối với các hệ thống tính toán

hiệu năng cao

Bang 2.1 so sánh 3 kỹ thuật phân tích hiệu năng, trên, nỗ cho thấy không có phương pháp nào là hoàn bao

trong tất cá các trưởng hợp, hầu hết các thiết kế hệ thông, đều sử dụng nhiều kỹ thuật phân tích khác nhan Khả năng ứng đụng các kỹ thuật phần tích hiệu năng của hệ thống phụ thuộc vào bản thân tỉnh chắt cúa hệ thông và các đặc điểm mã các kỹ thuật phân tích đáp ứng được như thể nào

+13-

Các kết quả quả trình phân tích với sự sử dụng kết hợp cáo

*kỹ thuật phân tích là một tập hợp các loại dữ liệu về hệ

thơng thực tế làm cần cứ để thực hiện cáo biện pháp nâng,

cao hiệu năng của hệ thơng thực tế nhằm dáp ứng yêu cầu

của người sử dụng,

2.3 Kết luận chương

‘Tim hiéu mét số các kỹ thuật phân tích hiệu năng,

bao gam: mé hình phân tích (analytie modeling), má hình

mé phéng (simulation modeling), do hiệu năng (benchmarking) Gidi thigu cic mơ hình mạng hàng đợi

(Trong đĩ cĩ mơ hình mạng hàng đợi mơ, đĩng, hẫn hợp),

cao loại rã hình nay sẽ được giới thiệu ở chương 3 Ngồi

ra trong chương nảy oịn giới thiệu một số phương pháp

đo đạc hiệu năng (gồm cả benclnnarks) của hệ thống đa

xử lý khơng sử dụng các mỗ hinh mà thay vào đĩ, sứ dụng,

quan sát trực tiếp hệ thơng, hoặc hệ thống tương tự

+14 Chương 3: MÔ HÌNH MẠNG HÀNG ĐỢI

3.1 Giới thiệu chung

Trong thực tế, nhiều hệ thống thực phức tạp không, thé mô hình được bởi một hệ thông chỉ gồm một hàng đợi hoặc một số bàng đợi cùng một loại mà phải được mô hình bằng các mạng gồm nhiều hàng đợi (nut) cing loại

hoặc thuộc một số loại khảo

Mạng các mạng các hàng đợi là các hệ thống mã

chúng gâm một sẻ tủy tiện nhìmg hữu hạn các hàng đợi

ác khách hàng (các công việc, các bản tấn, gói tin), đổi

khi thuộc các lớp khác nhau di chuyển qua mạng và dược

phục vụ ở các nút (các sever) Các khách hàng sau khi

được phục vụ xong có thể ra khỏi mạng tùy thuộc vào loại mang: Mang déng, mang md, mang két hợp cá đóng và

mỡ, mang cé rang bude sé long khach hang,

Mỗi một nút trong mạng có thể là một trong những,

loại hàng đợi sau đây:

- M/Mim-FCFS

- M/G/ - PSRR (Preemptive Round — Robine) -

nguyên tắc phục vụ quay vẻng được tu tiên trược, biếu

-15-

hiện như sự clủa sể thực hiệu của CPU trong hệ thống máy tính đa nhiệm (round robin processor sharing)

- M/G/on infinite Server)

MGA LCFS PR (Last Come First Served with

Preemptive Resume): Khi một khách hàng mới đến một hệ

thống đang bận, thì khách hàng đang trong phục vụ đuợc

vào hàng

đợi LIEO và phục vụ bắt đầu cho khách hàng mới

loại ra khỏi phương tiện phục vụ và được đã

3.2 Phân loại mô hình mạng hàng đợi

3.2.1 Mang hang đợi mở

ay

3.3.1 Cúc mụng một lớp công việc

3.3.2 Các mạng nhiều lớp công việc

3.4 Các xố đa hiệu năng của mạng hàng đợi

3.4.1 Các mạng một lớp công việc

3.4.2 Các mạng nhiễu lúp công việc

3.5 Kết luận chương

Trong chương giới thiệu về mạng hảng đợi mở,

cách phân loại mô hình mang hang đợi, mạng hàng đợi dóng, mổ, kết hợp Các xác định các ruạng hàng đợi, mạng

một lớp công việc hay nhiều lớp cổng việc Cuối cùng các

số đo hiệu năng của rung hàng đợi

Trên cơ sở các nội dung nghiên cứu trong chương,

3, chương 4 sẽ nghiên cứu mô hình mạng hàng đợi để

dánh giá hiệu năng siêu máy tỉnh dựa trên công cu mô phòng JMI,

4.1.3 Bat dau voi b6 IMT

Cửa số của Hình 4.1 sẽ xuất hiện

Hình 4.1: Bộ màn hình bắt đầu JMT

-19-

4.2 Dánh giá ảnh hưởng của mạng liên kết các nút

xứ lý CPU + GPU

4.3 Ứng dụng của mạng hàng đợi dé đánh giá hiệu

năng của kiến trúc siêu máy tỉnh

CPU+GPU,

Hình 44 MCPFQN của hệ thống song song gồm

2CPU(P0)và8GPU (PI— P8), 16 clusters (Ney=16)

Hình 45 Thông lượng của hệ thống gồm nhiều nút CPU+GPU theo su ting ctia Ny, khi str dung 2D-mesh Inter-cluster interconnect và = Star _intra-cluster interconnect.

Hình 4.6 Mức độ sử dụng của nút P0 (CPU+GPU0) của

hệ thống gồm nhiêu nút CPU+GPU theo sự tăng của Ay,

khi sử dung 2D-mesh Inter-cluster interconnect va Star

Intra-cluster interconnect

Hình 47 Thông lượng của hệ thống gồm nhiều nút

CPU+GPU theo sự tăng của A, khi sử dụng 2D-torus

Inter-cluster interconnect và Star mtra-cluster interconnect.

-22-

Hình 48 Mức độ sử dụng của nút P0 (CPU+GPU0) của

hệ thông gồm nhiêu nút CPU+GPU theo sự tăng của Nựy,

khi sử dụng 2D-Torus Inter-cluster interconnect va Star

Hình 49 Thông lượng của hệ thống gồm nhiều nut

CPU+GPU theo sự tăng của AM, khi sử dụng 3D-torus

Inter-cluster interconnect và Star ¡intra-cluster

interconnect.

223

ir titers ee acetals ee oetar in hme es Nt

“ấn Tuy Game nee FO ENE

Hình 4.10 Mức độ sử dụng của nút P0 (CPU+GPU0) của

hệ thống gồm nhiều nút CPU+GPU theo sự tăng cia Ny,

khi sử dụng 3D-Torus Inter-cluster interconnect va Star

Intra-cluster interconnect

4.4 Kết luận

Trong chương nảy giới thiệu về công cụ IMT như

cách cải đặt, lịch sử hình thành của công cụ Sử dụng công

cụ JMT để đánh giá hiệu năng của SMT bằng công cụ mạng hạng đợi Áp dụng mô hình mạng hàng đợi đề đánh giá hiệu năng siêu máy tính Ở đây, sử dụng mạng hảng đợi đỏng dạng tích nhiêu lớp công việc MCPEQN với các thông số hiệu năng: thông lượng của hệ thông, thời gian

dap ứng trung bình, thời gian chờ đợi, mức độ sử dụng,

24

xác suất biên của bảng đợi dễ mô hình hệ thông siêu nảy

tỉnh có số lượng cluster là Me; đấu nội theo: 2D-mesh,

3D-Lorn, 3D-lorus hoặc Ring và mỗi chuster có liên kết