‫بناء عنقود حسابي لمعالجة تطبيقات الزمن‬ ‫الحقيقي‬

‫بناء عنقود حسابي لمعالجة تطبيقات الزمن ‬‫الحقيقي

‫أطروحة مشروع تخرج أعد لنيل درجة الإجازة في هندسة الحواسيب‬

نظرة عامة على البحث

تمّ خلال هذا المشروع بناء عنقودٍ حسابي ٍمكوّن ٍمن خمسة عقدٍ توأميةٍ تعمل باستخدام نظام التشغيل المفتوح المصدر Fedora 11.

بهدف إظهار أهميّة الحوسبة التفرعيّة و ضرورتها عموماً و تأثيرها على تطبيقات الزمن الحقيقي فقد تمّ دراسة إحدى تطبيقات الزمن الحقيقي القاسية وهي إيجاد نقطة الالتحام الأفضل لإسقاط الصواريخ البالستية و قد تمّ بناء برنامج ٍ يصل إلى حدود التفرعيّة  المثاليّة، كذلك تمّت دراسة خوارزميّات إيجاد الطريق الأقصر بين نقطتين المستخدمة في حل مسألة الـ (N²1)Puzzle لاختيار ما يناسب تطبيقات الزمن الحقيقي وقد وقع الاختيار على خوارزمية Hill Climbing وتمّ كتابة الخوارزميّة بأسلوب ٍتفرعيٍّ و إدخال تعديلاً عليها لزيادة دقتها مستفيدين من الحلّ التفرعي.

دُرِس بعد ذلك تأثير حجم المسألة (N) على التسارع الحاصل ومقارنة العمل المنجز مع أعمال مشابها.

مقدمة

مع ازدياد المتطلبات الحسابية للأبحاث والتطبيقات القائمة في مختلف المجالات، تعجز الحواسيب بقدراتها الحاليّة عن أداء المهمّات المطلوبة منها في وقتٍ معقولٍ، وهذا ما أدّى إلى ظهور منهجيّةٍ في الحوسبة تعتمد ربط الحواسيب أو المعالجات مع بعضها البعض للحصول على قدرةٍ حسابيةٍ أكبر، وهو ما سُمِّي بالحوسبة التفرعيّة.

يأتي هذا البحث ليعالج أحد جوانب الحوسبة التفرعيّة منطلقاً من ضرورتين:

–          الانتشار الواسع للمعالجات المتعددة الأنوية في جميع أنواع الحواسيب مما يجعل البرمجة التفرعية ضرورة ً لا خياراً، فإما أن نفكّر تفرعياً أو أن نخسر المعركة خصوصاً أنّنا نمر بأزمة البرمجيات الثالثة، وقد أشار Max Domeika في كتابه

 Software Development for Embedded Multi-core Systems

إلى ضرورة إتقان المهندس للحوسبة التفرعية و وضّح ذلك في الشكل التالي.

Introduction

–          حاجة كلية الهندسة الكهربائية والالكترونية عموماً وقسم هندسة الحواسيب خصوصاً لمنصّة عملٍ تفرعيّهٍ لتطبيقات الدراسات العليا التي تتطلب قدرات معالجةٍ كبيرةٍ، و لتكون نموذجاً جاهزاً يُستخدم في القسم العملي لمادتي البنية المتقدمة و الحوسبة التفرعية وأنظمة الزمن الحقيقي  التي اعتاد الطلاب فيهما على دراسة مكتبة الـ MPI دون وجود أي تطبيقٍ عملي.

تمّ ربط مجموعةٍ من الحواسيب المتوفرة تجارياً في شبكة Ethernet ، و بناء نظامٍ تفرعيٍّ باستخدام برمجياتٍ مفتوحة المصدر، وهذا التشكيل هو ما اصطلح على تسميته بعنقود بيوولف Beowufl Cluster  .

يتألف العنقود من خمسة حواسيب بمعالجاتٍ ثنائية النوى مربوطة ً بشبكة  Giga Ethernet تعمل وفق نظام التشغيل المفتوح المصدر Fedora 11 وتجهيزها بمكتبة الـ MPI لتكون المنصّة جاهزة للعمل.

تمّ بناء تطبيقين من تطبيقات الزمن الحقيقي و اختبارهما على العنقود و حساب مقدار التّسارع الحاصل مع تفسير النتائج.

يطرح التطبيق الأول فكرة تحديد نقطة الالتحام الأمثل لإسقاط صاروخ ٍ بالستي ٍ و قد استخدم أسلوب الـ Collective  في الحل التفرعي و وصل البرنامج إلى حدود التفرعية المثالية و قد تمّ مقارنة التنفيذ على عددٍ متصاعدٍ من عقد العنقود مبيناً اختباراً عملياً لقانون أمدل Amdahl’s Low.

يدرس التطبيق الثاني خوارزميات إيجاد الطريق الأقصر بين نقطتين و المستخدمة في حل مسالة الـ N²-1 Puzzle   بغية انتقاء ما يتناسب مع تطبيقات الزمن الحقيقي، وقد اُختيرَت خوارزمية الـ Hill Climbing حيث تمّ تقديم حلٍ تفرعي لهذه الخوارزمية مع إجراء تعديلٍ لتحسين دقة الحل مستفيدين من الحل التفرعي وبرهان صحة هذا التعديل و أهميته.

دُرِس بعد ذلك تأثير حجم المسالة على التّسارع الحاصل فقد درست عينة من الـ 15-puzzle ومقارنتها مع عينة من الـ 1023-puzzle ووجدنا أنّه في حال 15-puzzleحصلنا على تباطؤ ٍ مقداره 0.808493 في حين أنّنا حصلنا على تسارع ٍ قدره 1.803405 في حال 1023-puzzle وقدمنا تفسيراً لهذه النتائج.

في نهاية الحل تمّ إجراء مقارنة ً مع حلٍّ مشابهٍ قدّمه Plamenka Borovska عام 2004 فوجدنا وجود تقاربٍ في النتائج.

في النهاية تمّ عرض النظرة المستقبلة لهذا البحث وسبل تطويره.

تقسم الأطروحة إلى ثلاثة فصول:

  • –  يقدّم الفصل الأول لمحة ًنظرية ًعن مفاهيم الحوسبة التفرعية و أنظمة الزمن الحقيقي و لاسيما التي اعتمدنا عليها في عملنا.

 –  يعرّف الفصل الثاني بأنواع العناقيد و يطرح بالتفصيل الخطوات المتبعة في بناء العنقود وكيفية التعامل معه.

 –  يطرّح الفصل الثالث التطبيقين اللذين بنيا خلال المشروع ويعرض النتائج التي حصلنا عليها مع تفسيراها.

يوجد في الربط أعلى يمين الصفحة الأطروحة كاملة كما قدمت.

About زين العابدين

مهندس حواسيب - معهد IDA - جامعة Braunshweig التقنية.
رابط | هذا المنشور نشر في لينكساويات, أبحاث, حلول تفنية, دروس تعليمية وكلماته الدلالية , , , , , , , , , , , , , , . حفظ الرابط الثابت.

أضف تعليقاً

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s