Юго-Западный государственный университет (
http://www.swsu.ru )
Кафедра вычислительной техники (
http://www.swsu.ru/structura/up/fivt/kvt/index.php )
Параллельное программирование
Преподаватель: Ватутин Эдуард Игоревич (
http://evatutin.narod.ru )
Лабораторная работа № 1
Грид-системы
Знаете ли вы, что вычислительные
ресурсы вашего компьютера
большую часть времени
используются на 5-10%?
Цель работы: познакомиться с принципами организации распределенных вычислений и
актуальными вычислительно сложными проектами.
Содержание отчета:
1. Описание выбранного проекта или группы проектов (возможно, оформленное в виде
презентации в PowerPoint), содержащее:
• предпосылки проекта (рассмотрение того, что было сделано до и привело к возможности
реализации проекта);
• цели и задачи проекта;
• полученные и ожидаемые практические результаты проекта;
• графический материал: фотографии телескопов, результаты моделирования и т.д.;
• библиографический список источников информации.
2. Характеристики вашего компьютера (компьютеров), на которых проводятся вычисления:
• процессор (CPUID, название, производитель, тип сокета, тактовая частота, число
ядер, объем и организация кэш-памяти, энергопотребление/тепловыделение, поддержка
векторных расширений (SIMD), технологий виртуальной многопроцессорности
(HTT), автоматического увеличения частоты (Turbo Boost)), например:
CPUID=GenuineIntel 006F6h / Intel Core 2 Duo E6300 / сокет LGA775 / тактовая частота 1,86 ГГц / 2
ядра / кэш-память: 64+64 КБ L1, 2 МБ L2 / энергопотребление (тепловыделение) 65 Вт / поддержка
технологий: сопроцессор (FPU), векторные расширения (MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3)
• оперативная память (тип, производитель, объем, число планок), например:
DDR2 / Samsung / 4 ГБ / 2 планки по 2 ГБ
• жесткий диск (производитель, название, объем, скорость вращения), например:
Samsung EverGreen EG2781P / объем 250 ГБ / скорость вращения 7200 об/мин / …
• видеокарта (производитель, название, объем видеопамяти, поддержка технологии
CUDA), например:
nVidia GeForce 7600GS / объем видеопамяти 256 МБ / поддержка технологии CUDA: нет
3. Технические характеристики выбранного проекта или группы проектов:
• минимальное и максимальное время вычисления задания на вашем компьютере
(BOINC Manager → Задание → Информация):
возможность использования многоядерности (по загрузке процессора, с использованием
утилит Process Explorer (предпочтительно) или Диспетчер задач Windows):
(на двухядерном процессоре вычислительный процесс занимает ~50%, т.е. одно ядро –
поддержки многоядерности нет)
объем памяти, используемый во время вычислений (по показаниям BOINC Manager,
по показаниям диспетчера задач), 230,8 МБ по показаниям BOINC Manager в
данном случае, 232 МБ по показаниям Process Explorer:
объем занимаемого места на диске (по показаниям BOINC Manager):
объем входящего трафика при загрузке задания, объем исходящего трафика при
отправке результатов вычислений (BOINC Manager → закладка Передача), 11,81
КБ на прием в данном случае;
screenshot графического интерфейса проекта во время работы (если поддерживается
проектом):
максимально допустимое время вычисления задания (deadline) как разницу между
временем получения задания и крайним сроком отправки результатов, 10 дней в
приведенном ниже примере:
возможность использования видеокарты для расчетов (по данным с сайтов с описанием
проектов или результатам собственных наблюдений с указанием поддерживаемых
моделей видеокарт или их семейств);
Поддерживаемые API для расчета: CUDA, OpenCL, PhysX
Число скалярных процессоров: 192
Объем видеопамяти: 1 ГБ
Тип видеопамяти: GDDR5
Ширина шины: 128 бит
Частота ядра: 783 МГц
Частота видеопамяти: 902 МГц
Частота шейдерного блока: 1566 МГц
Загрузка вычислительного ядра: 70%
Загрузка контроллера видеопамяти: 15%
Используемый объем видеопамяти: 579 МБ
средний объем вычислений в день (по результатам мировой статистики с использованием
сайта boincstats.com):
(средняя производительность проекта – 1,6 PFLOPS)
личный постер со статистикой по проектам, в которых вы принимали участие (по
результатам вычислений):
статистика вычислений по времени:
рейтинги по отношению к другим участникам (в рамках команды, в рамках проекта,
в рамках страны, общемировой рейтинг):
9 место в проекте
среднее количество очков за час работы компьютера (вычисляется для каждого
проекта отдельно по результатам с сайта проекта):
3335,88 с = 55,6 мин = 0,927 ч
9,02 cobblestones / 0,927 ч = 9,7 cobblestones/ч
личный вклад в общий объем вычислений, выраженный в числе операций с плавающей
точкой, по данным личного сертификата (с сайта любого проекта) и в
числе вычислительных лет среднего компьютера с процессором, работающим на
частоте 1 ГГц (1 гигагерце-день ≈ 172,8 TFLOP):
(Общий объем вычислений (FLOP) – 449,49 PFLOP
Общий объем вычислений (гигагерце-дней) – 449,49 PFLOP / 172,8 TFLOP/день = 2601
гигагерце-день ≈ 7,1 гегагерце-лет)
После установки клиента BOINC (
http://boincstats.com/page/download.php ) необходимо
подключиться к проекту (Главное меню → Сервис → Добавить проект), указать
свой e-mail и пароль (указанный пароль необходимо запомнить!), дождаться завершения
загрузки данных проекта и начала расчета (для некоторых проектов, например World
Community Grid, необходима предварительная регистрация на сайте). Далее вычисления
могут быть продолжены в фоновом режиме, не мешая работе пользователя (при этом совершенно
не обязательно держать компьютер включенным круглые сутки, вполне достаточно
нескольких часов, хотя очков при этом будет получено меньше). За поступлением
очков рекомендуется периодически следить, т.к. возможны перебои в работе серверов
проектов, обновление версии расчетных модулей, требующее установки более новой версии
BOINC Manager’а и т.д.
В ходе регистрации нового участника проекта обычно требуется заполнение следующей
информации (на сайте проекта): ник, адрес Web-странички участника, страна.
При желании можно создать профиль и указать дополнительную информацию о себе. Настоятельно
рекомендуется запись ника и информации о себе английскими буквами (безиспользования символов национальных алфавитов и транслита), в противном случае информация
может быть нечитабельна на некоторых сайтах статистики.
Если проект поддерживает возможность выполнения расчетов с использованием
видеокарты и вашем компьютере установлена видеокарта, соответствующая требованиям
проекта (по объему видеопамяти, поддержке технологии nVidia CUDA, ATI STREAM или
OpenCL), рекомендуется разрешить ее использование. При правильном использовании
вычислительных ресурсов видеокарты возможно получение значительно большего количества
очков (в 10 и более раз) по сравнению с процессором за тот же период времени.
Если компьютер «тормозит», это может быть следствием нехватки оперативной
памяти или интенсивного использования для расчетов видеокарты. В таком случае необходимо
либо установить в настройках BOINC Manager’а меньший объем оперативной памяти,
разрешенный для использования, либо перейти к расчету другого, менее требовательного
проекта, либо запретить использование видеокарты во время работы. В крайнем
случае возможна приостановка выполнения заданий на время, когда компьютер нужен для
работы.
При выполнении заданий возможно подключение к расчетам нескольких компьютеров.
Для этого на каждый из них необходимо установить клиент BOINC, а при подключении
к проекту указать уже существующие учетные данные (e-mail и пароль). При этом
компьютеры могут считать как один и тот же, так и различные проекты.
На одном компьютере допускается расчет нескольких проектов одновременно (но
не всех 60 проектов разом).
Для удобства мониторинга результатов рекомендуется вступить в университетскую
команду kvt.kurskstu и поддержать престиж университета на международной арене, что
делается непосредственно после регистрации участника на сайте проекта (в случае затруднений
необходимо обратиться к преподавателю).
В качестве исключения в случае отсутствия выхода в Интернет или его высокой
стоимости (например, лимитный доступ через GPRS или WAP) возможна организация
вычислений проекта GIMPS (
http://www.mersenne.org ) по личному индивидуальному разрешению
преподавателя.
При выяснении объема исходящего трафика, чтобы не пропустить момент отправки
результирующих данных завершенного задания на сервер, в главном меню BOINC
Manager’а можно установить переключатель, запрещающий сетевую активность (Главное
меню → Управление → Network Activity Suspended), затем дождаться завершения расчета
задания, посмотреть размер файлов, ожидающих отправки (закладка Передача), после чего
разрешить сетевую активность (Главное меню → Управление → Подключен к интернету),
выделить файлы для отправки и нажать кнопку Повторить. В этот момент начнется
отправка имеющихся файлов и, возможно, получение новых заданий. Для измерения объема
входящего трафика можно снять screenshot окна BOINC Manager’а, нажав Print Screen,
вставить его в любой графический редактор (Photoshop, Paint) и затем проанализировать
(в противном случае данные могут быть загружены слишком быстро).
Лабораторная работа считается выполненной в том случае, если набрано 5000
очков (cobblestone’ов). Лабораторная работа должна быть защищена, для чего в электронном
виде оформляется и присылается преподавателю на e-mail отчет, включающий
титульный лист, цель работы, ход работы, выводы, подтверждающий графический материал.
После учета всех замечаний преподавателя на защите работы задается один или несколько
вопросов.
Все технические характеристики, полученные в ходе вычислений, необходимо занести
в таблицу (см. пример). Каждая из цифр должна быть подтверждена соответствующим
screenshot’ом.
Если вы видите практическую пользу от выполняемых вами вычислений, вы можете продолжать
расчеты и в дальнейшем, после достижения установленных преподавателем рамок!
Пример. Таблица с результатами выполнения работы
Полезные ссылки и утилиты:
•
http://www.ixbt.com,
http://www.fcenter.ru,
http://www.3dnews.ru,
http://www.thg.ru –
технические характеристики компонентов компьютера;
•
http://www.lavalys.com – Everest, техническая информация о компонентах компьютера;
•
www.techpowerup.com/gpuz/ – GPU-Z, утилита для мониторинга состояния видеокарты;
•
http://www.speedtest.net/ – определение скорости выхода в Интернет;
• Process Explorer – мониторинг запущенных процессов;
•
http://boincstats.com – статистика пользователей, команд, стран и т.д.;
Краткое описание проектов:
Математика
• Mersenne@home – поиск простых чисел Мерсенна 2 1 p M
p = − , самые большие
простые числа, известные человечеству
• ABC@home – поиск ABC-троек ( abc < < , a и b – взаимно-простые, c ab = + )
• PrimeGrid – поиск простых чисел разных видов (есть поддержка расчетов на видеокарте)
• NFS@Home – факторизация чисел вида 1 n b ± для b <12 (Cunningham project)
• Primaboinca – поиск простых чисел, тестирование алгоритмов факторизации
(Теоремы Агравала и Поповича)
• SZTAKI Desktop Grid – исследования в области систем счисления
• NumberFields – исследования в области полей Галуа
• OProject@Home – доказательство проблемы Гольдбаха (любое нечётное число,
большее 5, можно представить в виде суммы трёх простых чисел)
• SAT@Home – решение задачи дискретной оптимизации путем сведения к решению
системы булевых уравнений
Теория графов, кибернетика
• Gerasim@home – сравнение эвристических методов построения разбиений графов
(Россия, ЮЗГУ)
Климатология
• Climate Prediction (CPDN) – моделирование климата, поиск наиболее адекватной
климатической модели, построение прогноза до 2080 г. (время расчета около 1 месяца,
отличный графический интерфейс, объем памяти ~ 500 МБ на задание)
Космология, астрономия
• Cosmology@Home – поиск наиболее точной модели рождения Вселенной из
Большого взрыва. Требует большой объем памяти (~ 900 МБ на задание)
• Einstein@Home – поиск гравитационных волн, поиск пульсаров (есть поддержка
расчетов на видеокарте)
• SETI@home – поиск внеземного разума по периодам в радиосигналах с телескопа
в Аресибо (есть поддержка расчетов на видеокарте)
• MilkyWay@home – создание модели движения звезд в галактике Млечный путь
по результатам обзора неба SDSS (есть поддержка расчетов на видеокарте)
• theSkyNet POGS – классификация галактик, построение их мультиспектрального
атласа
• LHC@Home – проектирование магнитной подсистемы Большого адронного коллайдера
• LHC Test4Theory – моделирование результатов столкновений пучков протонов на
Большом адронном коллайдере
Химия
• QMC@Home – развитие квантовой химии, расчет энергетического взаимодействия
молекул
Биология, медицина
• GPUGRID – молекулярная динамика, недавнее успешное моделирование калийнатриевого
насоса (расчет только на видеокартах nVidia)
• Rosetta@home – фолдинг белков (отличный графический интерфейс)
• RNA World – построение базы данных молекул РНК всех живых организмов
• POEM@HOME – фолдинг протеинов
• Docking@Home – поиск новых лекарств (в т.ч. против ВИЧ-инфекции), молекулярная
динамика – докинг молекул
• Malaria Control – моделирование распространения малярии
• CAS@home – проект Китайской академии наук, фолдинг протеинов
• DNA@Home – секвенирование ДНК