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信息科學技術(shù)學院-展示頁

2025-03-05 01:11本頁面
  

【正文】 每個子系統(tǒng)內(nèi)部進行管理,再將子系統(tǒng)作為整體進行管理 ? 可以根據(jù)需要,進行子系統(tǒng)分解與組合 ?對層次化管理思想的分析 ? 它只是一個指導思想:“層次化的管理原則” ? 人類的經(jīng)驗表明,層次化的管理原則是正確的 ? 關(guān)鍵在于,如何將這個思想原則,對應成實際的模型與系統(tǒng) 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 第二部分:解決問題的若干思路 ?第一部分:面臨著的挑戰(zhàn) ?第二部分:解決問題的若干思路 ? 直觀想法:分層次進行資源管理 ? 理論方面的三大問題 ? 綜合考慮:猜想中的信息團模型 ?第三部分:研究重點的確立 ?第四部分:博士論文工作計劃 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 問題著手前的一些零散思考 [3] ?跨網(wǎng)絡(luò)管理 ? 大規(guī)模集群系統(tǒng)中的一部分可能處于一個內(nèi)部子網(wǎng) ? 外界只能訪問子網(wǎng)內(nèi)連接到外部網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點 ?解決方法 ? 將子網(wǎng)內(nèi)連接到外部網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點作為“代理”,系統(tǒng)管理“代理”,“代理”管理內(nèi)網(wǎng) ? 于是,如何有效地將這種“代理”納入到整體模型中就成為一個與性能相關(guān)的問題 第一部分:面臨挑戰(zhàn) 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 問題著手前的一些零散思考 [1] ?集中式管理 ? 設(shè)立一個管理節(jié)點,對所有節(jié)點進行集中式管理 ? 管理節(jié)點具有全部系統(tǒng)信息,易于進行調(diào)度 ? 整個系統(tǒng)實現(xiàn)起來最簡單 ? 可采用多管理節(jié)點相互備份功能,提高效率 ?問題一:大規(guī)模系統(tǒng)中的單節(jié)點瓶頸 ? 所有資源管理工作由單一節(jié)點完成,這個節(jié)點負擔大,且其它節(jié)點需等待此節(jié)點的處理結(jié)果 ? 所有信息集中在單一節(jié)點,當此節(jié)點失效時,系統(tǒng)重新產(chǎn)生管理節(jié)點的代價大 ?問題二:大規(guī)模系統(tǒng)中的信息滯后 ? 通過網(wǎng)絡(luò)通信,無法及時獲取所有節(jié)點的資源信息 ? 資源管理信息產(chǎn)生后,很難及時通知到所有相關(guān)節(jié)點 第一部分:面臨挑戰(zhàn) 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 集群系統(tǒng),計算資源與作業(yè)管理 ?集群系統(tǒng)-日益重要的高性能計算環(huán)境 ? 集群系統(tǒng):網(wǎng)絡(luò)技術(shù)連接起來的計算機組合,協(xié)同工作 ? 人們對計算資源的需求遠遠超過單處理器的發(fā)展 ? 具有最高性價比的高性能計算環(huán)境 ?重要的領(lǐng)域-計算資源與作業(yè)管理 ? 人們可以制造峰值計算能力每秒幾十萬億次的集群系統(tǒng) ? 人們不知道應當如何充分利用這些計算能力 ? 不僅僅單個并行程序無法有效利用集群系統(tǒng),多個程序(作業(yè))同時運行時也很難充分利用集群系統(tǒng)資源 ? 性能-搭建集群系統(tǒng)的首要目的:使我們關(guān)注“計算資源與作業(yè)管理”領(lǐng)域的研究 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 提綱 ?第一部分:面臨著的挑戰(zhàn) ?第二部分:解決問題的若干思路 ?第三部分:研究重點的確立 ?第四部分:博士論文工作計劃 信息科學技術(shù)學院 博士研究生開題報告 大規(guī)模集群系統(tǒng)的 計算資源與作業(yè)管理 王韜 北京大學信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 并行與分布式計算組 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 第一部分:面臨著的挑戰(zhàn) ?第一部分:面臨著的挑戰(zhàn) ? 大規(guī)模集群中的計算資源與作業(yè)管理 ? 問題著手前的一些零散思考 ?第二部分:解決問題的若干思路 ?第三部分:研究重點的確立 ?第四部分:博士論文工作計劃 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 本研究的對象:大規(guī)模集群 ?面向環(huán)境 ? 大規(guī)模集群系統(tǒng) ? 可能的擴展:網(wǎng)格計算 ?面臨著的問題 ? 大規(guī)模環(huán)境,節(jié)點數(shù)目眾多,連接復雜 ? 組成系統(tǒng)的各個節(jié)點計算能力可能不同 ? 可能有物理上的多層次拓撲 ? 系統(tǒng)需求:功能與性能 ? 最終要能夠充分地利用系統(tǒng)的計算能力 第一部分:面臨挑戰(zhàn) 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 問題著手前的一些零散思考 [2] ?完全分布式管理 ? 每個節(jié)點都含有其它節(jié)點的信息 ? 減輕了大規(guī)模系統(tǒng)中的單節(jié)點瓶頸問題 注意,在信息獲取后,每節(jié)點對所有節(jié)點信息的整合工作所需工作量與集中式相同,但每節(jié)點只需產(chǎn)生自己的調(diào)度信息,且不必將此信息傳遞給其它節(jié)點 ?未解決大規(guī)模系統(tǒng)中的信息滯后問題 ?引發(fā)新的問題 ? 網(wǎng)絡(luò)中消息數(shù)目過多 獲取信息時,集中式算法中只需要 N1條(對)消息,而完全分布式算法需要 N*(N1)條消息,或者 N1條廣播 ? 當系統(tǒng)規(guī)模變大時,由于所得其它節(jié)點的信息可能滯后,各節(jié)點進行分布式資源管理所需協(xié)調(diào)工作更加復雜 第一部分:面臨挑戰(zhàn) 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 問題著手前的一些零散思考 [4] ?信息的獲取與處理 ? 系統(tǒng)需要什么樣的信息,才能夠有效地進行下一步的資源與作業(yè)管理工作 ? 信息越豐富,越有助于資源管理的精確性 ? 信息越豐富,各節(jié)點負擔越大、通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越大、資源管理的所需算法越復雜 ?各節(jié)點的存在信息與資源信息 ? 定時檢測:心跳 ? 處理器、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò) …… ? 物理資源信息和可用資源信息 ? 處理節(jié)點的動態(tài)加入與退出 第一部分:面臨挑戰(zhàn) 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 直觀想法:分層次進行資源管理 ?思想根源 ? 一臺計算機的資源管理,應該對離它越近的計算機影響越大,因此可以將相隔近的計算機組成小系統(tǒng),小系統(tǒng)之間再管理 ? 在不同網(wǎng)絡(luò)的兩個計算機系統(tǒng)之間的影響應當較小 ?試圖解決在大規(guī)模集群系統(tǒng)中的若干問題 ? 單節(jié)點瓶頸 ? 管理消息過多、管理復雜 ? 信息滯后、跨網(wǎng)絡(luò)管理 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 層次化管理思想的兩個方面 ? 理論與實現(xiàn) ? 理論方面:這種分層次進行資源管理相關(guān)的資源、作業(yè)模型是什么、如何交互(管理模型) ? 實現(xiàn)方面:如何在大規(guī)模的實際集群系統(tǒng)上高效實現(xiàn)分層次進行資源管理 ? 實現(xiàn)方面需要理論方面進行指導 ? 理論方面需要實現(xiàn)方面作為表現(xiàn) ? 極大的挑戰(zhàn)性 ? 世界上尚未出現(xiàn)令人信服的模型 ? 世界上更未出現(xiàn)完全高效的系統(tǒng) ? 這正是我們的機遇,同時也是嚴峻的挑戰(zhàn) ? 本報告中主要討論理論方面 ? 最后部分將簡單介紹實現(xiàn)方面的一些考慮 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 對理論方面的分析一:機器模型 ?機器模型 ?計算資源 ?邏輯拓撲 ?任務(wù)模型 ?管理模型 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 機器模型之邏輯拓撲 ? 層次化樹狀結(jié)構(gòu)- 系統(tǒng)節(jié)點樹 ? 樹中的每個節(jié)點,代表一個子系統(tǒng) ? 父節(jié)點代表其全部子節(jié)點 ? 每個父節(jié)點只需對其子節(jié)點進行資源管理 ? 全部葉子節(jié)點是系統(tǒng)的實際物理節(jié)點 ? 引入概念: 信息點與信息負責點 ? 信息點:在子系統(tǒng)內(nèi),代表一個子節(jié)點的計算機 ? 信息負責點:在子系統(tǒng)內(nèi)含有整個子系統(tǒng)信息的計算機、對外代表整個子系統(tǒng) ? 可以適應大規(guī)模集群系統(tǒng) ? 子系統(tǒng)的構(gòu)造參考實際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ? 對于 N個節(jié)點的系統(tǒng),層數(shù)為 O(logN) ? 動態(tài)可擴展性 ? 可將不同網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組織成更大系統(tǒng)、甚至可擴展到 Grid系統(tǒng) ? 需要考慮節(jié)點的動態(tài)加入與退出機制 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 猜想:最底層應小規(guī)模且對等 ?相對集中式管理的優(yōu)勢 ? 每臺計算機都有子系統(tǒng)全部信息 ? 利于避免單節(jié)點失效 ? 資源管理時能夠更有效地統(tǒng)籌全局 ? 進行資源管理時無需等待主節(jié)點處理結(jié)果 ? 可以隨意選擇一臺計算機作為信息負責點,如最輕負載 ?可避免傳統(tǒng)分布式處理方法的不足 ? 各計算機一定在同一子網(wǎng)中,可利用高效組播獲取信息 ? 當計算機數(shù)目少的時候,信息滯后問題可忽略,可認為所有信息都即時準確,故可采用相對簡單的算法實現(xiàn)分布式資源管理 ?猜想小結(jié) ? 最底層計算機數(shù)目應較少(例如 10個),形成信息團 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 學界對機器模型的相關(guān)研究 ? 關(guān)于計算資源的表示 ? 從傳統(tǒng)的只考慮處理器信息,到考慮內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、 IPC資源等信息 ? 越來越注重實際系統(tǒng):開始考慮多層次、異構(gòu)結(jié)構(gòu)等實際問題 ? 一個面向?qū)哟位Y(jié)構(gòu)的研究 ? . Sacerdoti, …, . Culler, “ Wide Area Cluster Monitoring with Ganglia” , Proc IEEE Cluster 2023 Conference ? 偶然發(fā)現(xiàn)此文章關(guān)于機器模型方面與我們的猜想很相象,除了“最底層小規(guī)模且對等”;間接堅定了我們的信心 ? 沒有解決每個層次應該提供什么樣的信息,只是同樣闡述“更高層提供更綜合的信息”的原則 ? 沒有提及每個層次的系統(tǒng)應當如何組織的問題 ? 另一個相關(guān)研究:從網(wǎng)格信息提供的角度考慮問題 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 考察學界現(xiàn)有的任務(wù)模型 [1] ?最直觀的任務(wù)描述方法 ? 任務(wù)所需要的處理器個數(shù) ? 任務(wù)在某個處理器上的執(zhí)行時間 ? 任務(wù)之間的執(zhí)行序關(guān)系 ?目前任務(wù)描述方法的不足 ? 多數(shù)研究假定每個任務(wù)在每個處理器上的執(zhí)行時間已知、任務(wù)之間的通信時間也已知 ? 有些研究假定任務(wù)工作量相等,有些假定任務(wù)間無關(guān)系 ? 頂尖的期刊中也有很多這樣的情況(如 IEEE TPDS,., Scheduling Strategies for MasterSlave Tasking on Heterogeneous Processor Platforms) 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 任務(wù)模型之任務(wù)描述 ?對資源需求的描述 ? 對不同資源分別處理:將對各種資源的需求描述為一個 N元組,按照順序進行配對,如 處理器數(shù)目、處理器時間,內(nèi)存, I/O, IPC; N元組的順序也是一個考慮因素 ? 統(tǒng)一參數(shù):將對不同資源的需求通過某些算法統(tǒng)一歸結(jié)為一個參數(shù);如統(tǒng)一成處理器利用率等 ? 精確度與簡單性的權(quán)衡 ?任務(wù)之間關(guān)系的描述 ? 已有經(jīng)驗: LilyTask并行模型中的任務(wù)關(guān)系 ?待研究問題 ? 提供什么樣的資源參數(shù)供任務(wù)進行描述 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 對理論方面的分析三:管理模型 ?機器模型 ?任務(wù)模型 ?管理模型 ?邏輯模型 ?性能模型 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 對邏輯模型重要問題的思考 ?子系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)度框架 ? 顯然,不同層次的各個子系統(tǒng)的調(diào)度策略應當不同 ? 可以提供若干有效的調(diào)度策略供子系統(tǒng)選擇 ? 對每個子系統(tǒng),需要找到在它內(nèi)部最有效的調(diào)度策略 ? 可能最有效的調(diào)度策略與待處理的任務(wù)集相關(guān) ? 也許每個子系統(tǒng)中最有效的調(diào)度策略不止一個 ? 需要進一步的仔細研究 ?面向子系統(tǒng)的管理 ? 猜想:信息負責點分層連動制 ? 在子系統(tǒng)內(nèi)部,信息點向信息負責點負責 ? 信息負責點代表自己所在的子系統(tǒng)向上層系統(tǒng)負責 ? 子系統(tǒng)首先在子系統(tǒng)內(nèi)部進行任務(wù)處理,超出處理能力時通過信息負責點提交到上層系統(tǒng)處理 ? 有很多具體細節(jié)需要思考,如信息負責點如何形成等 第二部分:若干思路 信息科學技術(shù)學院 網(wǎng)絡(luò)研究所 子系統(tǒng)處理任務(wù)過程 [2] 第二部分:若干思路 NX1 NX2 NY1 NY2 NZ1 NZ2 NUx | CX NUy | CY NUz | CZ CU
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