2. Разработка лабораторного комплекса «кластерные системы»

   1. Разработка методического обеспечения для лабораторного комплекса

Лабораторный комплекс «Кластерные системы» состоит из 3-х лабораторных работ. В ходе каждой из них студенту предлагается ознакомиться с новым материалом, а затем приступить к выполнению работы.

Лабораторная работа №1 знакомит студента с распределёнными вычислениями на примере технологии MPI и её реализации MPICH2 для Windows. Студенту предлагается освоить следующие процессы:

• связывание нескольких компьютеров в один аппаратный ресурс;

• настройка службы менеджера процессов MPICH2;

• адаптация среды разработки под компиляцию MPI-программ;

• написание и компиляция программ MPI-программ;

• запуск MPI-программ на нескольких узлах;

• анализ результатов работы программы.

К лабораторной работе №1 разработано ПО, устраняющее один из недостатков пакета MPICH2 – отсутствие возможности балансировки нагрузки в случае консолидации разных по производительности узлов(см. раздел Разработка программного обеспечения для лабораторного комплекса). Этим ПО, представляющем собой пользовательский интерфейс для утилиты mpiexec.exe и рекомендуется пользоваться для запуска MPI-программ в условиях объединения различных по производительности вычислительных узлов.

В ходе выполнения лабораторной работы №2 студент осваивает:

• работу с кластером МИИТ Т-4700 через протокол SSH;

• работу с менеджером распределённых ресурсов Torque.

Как и в первой лабораторной работе, студенту предстоит освоить написание, компиляцию и запуск программ, но уже на linux-кластере и в пакетном режиме и проанализировать результаты выполнения.

Третья работа посвящена, показателям эффективности параллельных алгоритмов. В ней студент, используя данные, полученные в первых двух лабораторных работах, должен рассчитать следующие показатели: ускорение, эффективность и стоимость параллельных вычислений.

Каждая работа для наглядности сопровождается построением графиков.

2. Содержание лабораторных работ

   1. Рабочее задание для лабораторной работы №1

• Средствами MPICH2 организовать кластер из настольных компьютеров. Для этого установить и настроить MPICH2 на каждом компьютере, который будет использоваться в качестве вычислительного или управляющего узла кластера.

• Написать и откомпилировать параллельную программу для запуска в интерактивном режиме на реализованном кластере. Для этого требуется установить среду разработки, например Visual C++, добавить в неё библиотеку MPICH2 и откомпилировать написанную программу.

• Произвести многократный запуск программы с занесением выходных данных о времени выполнения данных в таблицу. Для запуска параллельных программ используется программа, входящая в пакет MPICH2 mpiexec.exe, которую нужно запустить из командной строки с передачей таких параметров как путь к параллельной программе, кол-во вычислительных узлов, их IP-адреса или имена, число процессов параллельной программы и т.д. Ввиду сложности такой команды предусмотрен пользовательский интерфейс для генерации такой команды на основании исходных данных, вводимых пользователем. На основании предложенного варианта необходимо выполнить параллельную программу несколько раз и занести данные в Таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Лабораторная работа №1. Результаты выполнения MPI-программ.

Вычислительные узлы	Сложность задачи (Число итераций )	Время выполнения
		Равномерно распределённая нагрузка	Сбалансировано распределенная нагрузка

• Построить зависимости времени выполнения программы от сложности задачи для равномерно и сбалансировано распределенной нагрузки на основании данных таблицы.