ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕТИ INTERNET

В.Н.Корниенко, В.А.Черепенин

Институт радиотехники и электроники РАН, Москва

Тел.: (095) 203-23-96, e-mail: korn@mail.cplire.ru

Многие численные модели, описывающие, например, временную динамику сложных нелинейных систем, предъявляют достаточно высокие требования к объему вычислительных ресурсов. Как правило, реализация таких моделей возможна только на суперкомпьютерах класса CRAY. В последнее время делаются попытки увеличения вычислительных ресурсов за счет объединения большого числа мини-ЭВМ в так называемые кластеры. Объединение ресурсов при этом организовано на уровне операционных систем, что налагает серьезные требования на быстродействие сети, связывающих компьютеры.

В настоящей работе нами предлагается другой подход, проиллюстрированный на проблеме расчета временной динамики нелинейных систем и пригодный для определенного класса численных моделей. Если существует возможность независимого расчета отдельных участков пространственной сетки (блоков) на одном временном шаге, то вычисления для каждого такого блока могут быть выполнены на одном компьютере. Для перехода на следующий временной шаг решения задачи необходим обмен данными, несущими информацию о состоянии решения на границах блока, между компьютерами. Такие вычисления будут эффективны в том случае, если время расчета одного шага по времени будет много больше времени обмена данными.

Предлагаемая архитектура подключения компьютеров соответствует топологии "сервер-станции". На каждой станции выполняется одинаковый код, проводящий построение решения внутри блока пространственной сетки. В задачу сервера входит:

1. Задание начальных данных для каждой станции, исходя из параметров задачи пользователя. Сервер производит оценку ресурсов памяти и быстродействия каждой подключенной в данный момент станции на тестовом примере. Исходя из этой оценки сервер формирует начальные размеры блоков таким образом, чтобы время выполнения одного кванта расчетов на всех машинах было по возможности одинаковым.

2. Запуск выполнения временного шага для всех компьютеров. Старт осуществляется путем посылки сервером соответствующей команды на каждую станцию.

3. Синхронизация работы станций в зависимости от их текущей производительности за счет изменения размеров блока. Сервер определяет время выполнения одного кванта вычислений каждой станцией и ,если разность этих времен превосходит ранее заданную величину, производит изменение размеров блоков.

4. Организация обмена данными между станциями. После выполнения станциями одного кванта вычислений, сервер осуществляет обмен значениями на границах блоков и, если необходимо, осуществляет запуск выполнения следующего кванта.

5. Сохранение решения задачи для его последующей обработки.

При такой топологии соединения компьютеров быстродействие системы в целом увеличивается пропорционально количеству подключенных станций, а объем оперативной памяти суммируется.

Предлагаемая схема была реализована для моделирования распространения электромагнитных импульсов в одномерной нелинейной длинной линии. В решении участвовало три персональных компьютера (один из которых выступал в роли сервера), соединение между которыми осуществлялось с использованием TCP-протокола. Произведенные измерения скорости расчета показали увеличение быстродействия по сравнению с одним компьютером в 1.5 раза.