Тақсимланган хотирали процессорларни ишлатилганда операцияларни бажаришда иш ҳажмини баҳолаш усуллари

Тақсимланган хотирали процессорларни ишлатилганда операцияларни бажаришда иш ҳажмини баҳолаш усуллари
Турли соҳалардаги замонавий компютер технологиялари ресурслари кўп талаб қилувчи алгоритмларга асосланган бўлиб, бу уларни фақат юқори унумдорликдаги ҳисоблаш тизимларида амалга ошириш имконини беради.
Бугунги кунда юқори унимдорли ҳисиблаш тизимлари учун доминант платформалар кўп ядроли процессорлар ва тезлатгичлардир. Уларнинг асосида ҳам суперкомпютер тугунлари, ҳам кучли иш станциялари қурилади. Албатта, айнан шундай тизимлар бугунги кунда максимал эришиш мумкин бўлган унимдорликларни таъминлашга қодир, аммо уларни амалга ошириш учун жуда катта молиявий харажатлар талаб этилади.
Тақсимланган ҳисоблашларга асосланган ҳисоблаш муҳити анча арзонроқ. Ҳисоблаш муҳитини яратиш учун бундай технологияларга GRID-тизим номи берилган.
Тақсимланган тизимлар архитектурасида учта даража аниқланади:
- аппарат даражаси (компютерлар, алоқа воситалари, ташқи қурилмалар);
- дастурий таъминот даражаси (операцион муҳит, иловалар);
- фойдаланувчи даражаси (интеграциялашган муҳит билан ўзаро таъсир қилиш тартиби).
Тақсимланган тизимлар дастурни компютер тармоғининг барча тугунларида параллел бажариш тамойилига асосланади. Шуни эсда тутиш керакки, тармоқ тугунлари турли унимдорликларга эга, яъни, GRID тизими одатда биржинсли эмас ёки биржинслидир. Бундан ташқари, тармоқнинг турли қисмлари турли хил топология ва алоқа муҳитига, операцион тизимларнинг турли версияларига эга. Seti@home (BOINC платформасидаги ихтиёрий ҳисоблаш лойиҳаси) каби йирик лойиҳаларда иштирокчиларнинг умумий сони 1,4 миллиондан ортиқни ташкил этди ва тармоқ тугунлари бутун дунёда жойлашган.
Ушбу ва шунга ўхшаш лойиҳалар катта олимлар гуруҳлари томонидан қўллаб-қувватланади, аммо алоҳида лаборатория доирасида амалга оширилган ва ҳисоб-китоблар учун мавжуд шахсий компютерлар ва институт ходимларининг иш станцияларидан фойдаланган ҳолда амалга оширилган лойиҳалар ҳам мавжуд.
Параллел ҳисоблаш тармоқдаги бир нечта процессорлар томонидан бир вақтнинг ўзида бажарилиши мумкин бўлган катта вазифаларни алоҳида кичик вазифаларга (кўпинча параметрлашдан фойдаланиш) бўлишдан бошланади.
Ишлаш жараёнида процессорлар умумий хотира ёки тармоқ орқали мулоқот қилишлари мумкин. Параллел ҳисоблашлар натижаси ҳар бир тугуннинг локал натижаларини умумий алгоритм доирасида бирлаштириш орқали олинади. Параллел ҳисоблаш бугунги кунда ҳисоблаш тизимларининг унимдорликни яхшилаш ва дастурни бажариш вақтини минималлаштиришнинг асосий усули ҳисобланади.
Тақсимланган ҳисоблашда бир тармоқдаги компютерлар бир ёки бир нечта ресурслардан фойдаланади. Идеал ҳисоблаш тизимида ҳар бир ресурс умумий бўлиб, бу эса компютер тармоғини юқори унумдор ҳисоблаш муҳитига айлантиради.
Параллел ва тақсимланган ҳисоблашлар жуда кўп ўхшашликларга эга, аммо ҳисоблаш, харажатлар ва вақт нуқтаи назаридан жуда муҳим бўлган баъзи фарқлар ҳам мавжуд. Қоида тариқасида, параллел ҳисоблашда тугунлар умумий хотира орқали бир-бири билан ўзаро алоқада бўлиши мумкин бўлган бир нечта ишлов бериш элементларига эга ва тугунларнинг ўзи ихтисослашган тармоқ орқали ўзаро таъсир қилади.
Тақсимланган ҳисоблашларда тугунлар умумий хотирага эга эмас, шунинг учун улар алоқа учун оддий тармоқдан фойдаланадилар. Тармоқ тугунларининг географик тақсимотини ва унинг алоҳида сегментларининг сезиларли биржинслилигини ҳисобга олган ҳолда, тақсимланган ҳисоблашда тугунлар ўртасидаги алмашинув минималлаштирилади. Идеал ҳолда, Seti@home лойиҳасида бўлгани каби, ҳар бир тугун сервер билан фақат икки марта ўзаро таъсир қилади - вазифа қабул қилинганда ва жавоб юборилганда.
Параллел ҳисоблаш тизимлари ҳисоблаш жараёнида процессорларнинг ҳаракатларини мувофиқлаштириш учун қимматбаҳо аппарат воситаларини талаб қилади, тақсимланган ҳисоблаш мавжуд индивидуал тугунлар ва умумий тармоқдан фойдаланади, шунинг учун уларни яратиш нархи паст. Баъзи иловаларда параллел ва тақсимланган ҳисоблаш бир хил алгоритмлардан фойдаланиши мумкин, лекин умуман олганда, улар сезиларли даражада фарқ қилади.
Суперкомпютерлар жуда қиммат ва ҳар доим ҳам тадқиқотчиларнинг кичик гуруҳлари учун мавжуд эмаслиги сабабли, параллел тақсимланган ҳисоблаш деб номланган янги муқобил концепция пайдо бўлди. Бундай тизимнинг самарадорлигини максимал даражада ошириш учун иш юкини тармоқдаги барча тугунлар ўртасида тақсимлаш керак. Қайта ишлаш тугунларининг юкланишини мувозанатлаш, мувозанатлаш вазифаси деб ҳам аталади. GRID-тизимларини ўз ичига олган тақсимланган хотирага эга кўп процессорли ҳисоблаш тизимлари учун юкланишларни мувозанатлаш масаласи долзарбдир.
Юкланишларни мувозанатлаш тақсимланган ҳисоблаш тизимининг кўплаб параметрларига таъсир қилади:
- ҳар бир тугундан фойдаланишни ва натижада тизимнинг умумий унимдорликни оширади;
- навбатдаги топшириқларни кутиш вақтини қисқартиради;
- унумдорлиги паст бўлган тармоқ тугунларидан фойдаланишга имкон беради;
- ҳисоблаш ресурсларидан максимал даражада фойдаланиш;
ҳисоблаш тизимининг жавоб вақтини қисқартиради;
- GRID тизимининг ўтказувчанлигини оширади;
- ҳисоб-китобларнинг ишончлилигини оширади;
- моддий харажатларсиз ҳисоблаш тизимининг унимдорлигини ошириш имконини беради;
- тизимни кенгайтиришда унимдорликнинг ўсишини башорат қилиш имконини беради.
Унинг аниқ афзалликлари туфайли юкланишни мувозанатлаш қизғин тадқиқот соҳасидир.
Сўнгги йилларда жуда кўп турли хил юк баланслагичлари ишлаб чиқилган, аммо уларнинг ҳеч бири ҳисоблаш тизимининг архитектураси ва ҳал қилинаётган масалага нисбатан инвариант эмас. Тўғри юк баланслагичини танлаш иловалар параметрларига, масалан, балансириовка сифатига, шунингдек, алоқага қўшимча ҳаражатлар каби аппарат параметрларига боғлиқ.
Сўнгги технологик ўзгаришлар ва ютуқлар натижасида, тақсимланган тизимлар кўпроқ машҳур бўлиб бормоқда. Кўпгина етакчи компаниялар миллиардлаб сўровлар ва янгиланиш (обновления) ларни узилишларсиз бажариш учун мураккаб тақсимланган тизимларни яратдилар.
Тақсимланган лойиҳаларнинг тузилиш ва яратиш ҳам мурраккаб бўлиши мумкин, лекин йилда 2021 улар кўрсаткичли масштаблаштиришни фаоллаштириш учун муҳим аҳамият касб этади. Йиғишдан бошлаб, асосий, юқори даражада базавий ва кенгайтириладиган тақсимланган тизим учун жой қолдириш муҳимдир.
Тақсимланган тизим - бу охирги фойдаланувчи учун ягона компютерни ташкил қилиш учун биргаликда ишлайдиган компютерлар тўплами. Ушбу тақсимланган машиналарнинг барчаси битта умумий ҳолатга эга ва бир вақтнинг ўзида ишлайди.
Улар микросервислар каби бутун тизимга зарар етказмасдан мустақил равишда ишламай қолиши мумкин. Бу ўзаро боғлиқ бўлган автоном компютерлар, мулоқот қилиш ва маълумот алмашиш учун тармоққа уланган.
Эслатма. Тақсимланган тизимлар ўз компонентларини улаш учун умумий тармоққа эга бўлиши керак, улар IP-манзил ёки ҳатто физик кабеллар ёрдамида уланиши мумкин.
Битта машинада сақланадиган анъанавий маълумотлар базаларидан фарқли ўлароқ, тақсимланган тизимда фойдаланувчи ҳар қандай машина билан фақат, битта машина эканлигини билмаган ҳолда мулоқот қилиш имкониятига эга бўлиши керак. Бугунги кунда кўпгина иловалар тақсимланган маълумотлар базасидан фойдаланади ва уларнинг биржинсли ёки биржинсли эмаслиги табиатини ҳисобга олиши керак.
Одатда, тақсимланган ҳисоблаш тизимларнинг уч тури мавжуд:

• Тақсимланган ахборот тизимлари: бир нечта алоқа моделлари ёрдамида турли серверлар бўйлаб маълумотларни тарқатиш.
• Тақсимланган, кенг қамровли, тизимлар: фойдаланиш, ўрнатилган компьютер қурилмалари (масалан, датчиклар, уяли қурилмалар)
• Шунингдек, тақсимланган ҳисоблаш тизимлари: тармоқдаги компютерлар хабарларни узатиш орқали маълумотларни алмашадилар.

Тақсимланган тизимларни жойлаштириш ва сақлаш мураккаб бўлиши мумкин, аммо бу лойиҳалашнинг кўпгина афзалликлари бор. Келинг, ушбу имтиёзлардан баъзиларини кўриб чиқаймиз.
• Масштаблаш: Тақсимланган тизим сизга кўпроқ трафикни сиғдира олиш учун горизонтал ўлчовни ўтказиш имконини беради.
• Модулли ўсиш: масштаблашда амалда ҳеч қандай чекловлар йўқ.
• Чидамли: Тақсимланган тизимлар битта машинадан кўра чидамлироқ.
Иқтисодий самарадорлик: Бошланғич харажат анъанавий тизимга қараганда юқори, лекин уларнинг кенгайтирилиши туфайли улар тезда тежамкор бўлади.
• Кам кечикиш: Фойдаланувчилар бир нечта жойда тугунга эга бўлиши мумкин, шунинг учун трафик шкафдаги тугунга ўтади.
• Самарадорлик: тақсимланган тизимлар мураккаб маълумотларни кичикроқ қисмларга ажратади.
• Параллеллик: Тақсимланган тизимлар параллеллик учун мўлжалланган бўлиши мумкин, бунда бир нечта процессорлар мураккаб вазифани қисмларга ажратади.
Масштаблилик тақсимланган тизимларнинг энг катта афзаллиги ҳисобланади. Горизантал масштаблаштириш қўшимча серверлар ва пул ресурсларини қўшишни англатади. Вертикал масштаблаштириш сервер қувватни ошириш орқали масштаблаш демакдир (CPU, оператив хотира, сақлаш қурилмаси ва ҳ.к.).
Масштабни кенгайтиришни динамик равишда ўлчаш осонроқ, катталаштириш эса битта сервер сиғими билан чекланган.