Thuyết trình nghiên cứu mô phỏng và tính giá thành cho tô pô mạng liên kết trong siêu máy tính sử dụng công cụ SIMGRID

BÁO CÁO LUẬN VĂN CAO HỌC

Đề tài:
Nghiên cứu mô phỏng và tính giá thành
cho tô-pô mạng liên kết trong siêu máy
tính sử dụng công cụ Simgrid
Học viên: Trần Trung Hiếu
GVHD: TS. Phan Thanh Liêm
PGS. TS. Nguyễn Khanh Văn


Nội dung chính
1. Tổng quan về mạng liên kết
2. Công cụ mô phỏng Simgrid
3. Tính giá thành cho tô-pô mạng liên kết
4. Ứng dụng minh họa


1. Tổng quan về mạng liên kết
a. Khái niệm & ứng dụng
b. Các thành phần cơ bản
 Cấu hình mạng (topology)
 Định tuyến (routing)
 Điều khiển luồng (flow control)
 Hiệu năng mạng liên kết
o

Thông lượng

o

Độ trễ


1. Tổng quan về mạng liên kết
a. Khái niệm & ứng dụng

(Mô hình mạng liên kết ở mức cao)
•. Mạng liên kết (Interconnection Network) được hiểu một cách tổng quát là một hệ thống
có thể lập trình được vận chuyển dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối.
•. Sử dụng trong các nhóm ứng dụng: tính toán hiệu năng cao (high-performance
computing), lưu trữ vào ra (storage I/O), các hệ thống cluster/workgroup…


1. Tổng quan về mạng liên kết
• Các lĩnh vực ứng dụng của mạng liên kết: On-chip networks
(OCNs) , System/storage area networks (SANs), Local area
networks (LANs), Wide area networks (WANs)


1. Tổng quan về mạng liên kết
b. Các thành phần cơ bản


Cấu hình mạng (topology)
•



Mẫu thiết kế các kết nối giữa các nút mạng được gọi là cấu hình mạng - topology

Định tuyến (routing)
•



Là quá trình lựa chọn và chỉ ra con đường nào sẽ được chọn để gói tin truyền theo

Điều khiển luồng (flow control)
•



Là quá trình lựa chọn, ra lệnh cho gói tin nào được quyền truy cập vào một tài nguyên cụ
thể tại một thời điểm

Hiệu năng mạng liên kết
•

Thông lượng: Là lượng thông tin tối đa được truyền trong một đơn vị thời gian của mạng liên kết

•

Độ trễ: Là khoảng thời gian trải qua từ khi một gói tin được khởi tạo tại nút nguồn đến khi gói tin
đó được nhận ỏ nút đích


1. Tổng quan về mạng liên kết
b. Các thành phần cơ bản
 Cấu hình mạng (topology)

1D mesh

Ring

2D mesh

2D torus

4D-Hypercube
Clos

CM-5 “Thinned” Fat Tree


1. Tổng quan về mạng liên kết
b. Các thành phần cơ bản


Cấu hình mạng (topology)



Ở đó, mesh được sử dụng rộng rãi trong các mạng truyền thống nhờ tính chất đơn giản của cấu hình mạng và dễ dàng định tuyến



Dựa vào đó, những cấu hình mạng đã được thiết kế và phát triển như:

o

Direct topology: k-ary n-cubes
•

1 for ring

•

2 for mesh or torus

•

3 for cube

o



Indirect topology:
•

Crossbar

•

Clos

•

Tree

•

Butterfly
Một số siêu máy tính trong top500 sử dụng topology torus như: IBM's Blue Gene/L & Blue Gene/P; Cray XT3, IBM's Blue
Gene/Q; Fujitsu's K computer & PRIMEHPC FX10



Compaq Alpha 21364 (and 21464, R.I.P.): 2D torus (k-ary 2-cube)



Cray T3D and T3E: 3D torus (k-ary, 3-cube)



Thinking Machines CM-5: Fat Tree


2. Công cụ mô phỏng Simgrid
a. Lý do lựa chọn công cụ Simgrid
b. Cấu hình căn bản cho các ứng dụng Simgrid
c. Kiến trúc Simgrid


2. Công cụ mô phỏng Simgrid
a. Lý do lựa chọn công cụ Simgrid
• Vai trò của mô phỏng để kiểm nghiệm hay đề xuất thuật toán mới trong
mạng máy tính

• So với các công cụ mô phỏng mạng hiện nay trên thế giới như Ns2, Ns3,
Omnet++, SSFNet, J-Sim, Opnet, QualNet… Simgrid có ưu điểm:
– Linh hoạt: Simgrid có thể sử dụng cho nhiều cộng đồng tính toán phân tán quy
mô lớn (LSDC) như: Grids, Clouds, HPC, P2P… các tính toán song song truyền
thông điệp MPI
– Đáng tin cậy và tiện lợi: mô hình được kiểm nghiệm qua lý thuyết và thực tiễn;
nhanh, tốn ít bộ nhớ; đa nền tảng; cơ chế lưu vết trực quan;
– Mã nguồn mở, được sử dụng rộng rãi: sử dụng bởi nhiều bài báo khoa học, bởi
CERN để cải thiện thuật toán



2. Công cụ mô phỏng Simgrid
b. Cấu hình căn bản cho các ứng dụng Simgrid
• Trong Simgrid một mô phỏng được xây dựng, việc xác định đặc điểm nền
tảng và ứng dụng dựa trên 2 thực thể trừu tượng:
– Tài nguyên: Bao gồm các tham số phần cứng được sử dụng để miêu tả nền tảng
như đơn vị xử lý, các kênh truyền, router,…
– Hoạt động: Liên quan tới các phần mềm, ứng dụng sử dụng tài nguyên. Trong
nghiên cứu LSDC, chúng ta quan tâm tới loại hoạt động:
• Tính toán: Hoạt động liên quan đến khả năng xử lý, nó đại diện cho một ứng dụng thực tế,
một khối lượng công việc thực hiện trên một nút tính toán.
• Truyền thông: Hoạt động liên quan đến băng thông mạng, nó đại diện cho luồng dữ liệu (data
flow) vận chuyển từ nguồn tới đích.


2. Công cụ mô phỏng Simgrid
b. Cấu hình căn bản cho các ứng dụng Simgrid
• Để thực thi trong thực tế với Simgrid chúng ta cần xác định một số đặc tính:
– Nền tảng (Platform): Một miêu tả cho các tài nguyên tính toán và tài nguyên mạng

– Ứng dụng (Application): Là phần code chương trình chạy sử dụng các chức năng mô phỏng
của Simgrid, việc truyền thông và tính toán được quy đổi sang mô phỏng các hành động, được
ước tính bởi lõi mô phỏng của Simgrid
– Triển khai (Deployment): Các tiến trình chạy được thực hiện trên host giả lập nào được xác
định ở đây, căn cứ vào đó lõi mô phỏng của Simgrid có thể biết được các tài nguyên nào được
sử dụng để truyền, xử lý dữ liệu khi hoạt động mô phỏng bắt đầu.
– Lưu vết (Trace): Các trạng thái sử dụng tài nguyên được biểu diễn ở đây.


2. Công cụ mô phỏng Simgrid
b. Cấu hình căn bản cho các ứng dụng Simgrid
• Một ví dụ đơn giản: (viết sử dụng MSG api)


Cấu hình platform


Viết ứng dụng


Cấu hình triển khai


2. Công cụ mô phỏng Simgrid
c. Kiến trúc Simgrid


3. Tính giá thành cho tô-pô mạng liên kết
a. Sử dụng cáp mạng và công thức tính theo độ
dài

•. Sử dụng cáp đồng & cáp quang kết hợp
Chi phí

Chi phí trên 1m dây

Chi phí đầu kết nối

Loại cáp mạng

(Cost_per_m)

(Connector_Cost)

Cáp đồng ( < 5m)

16$

20$

Cáp quang ( >5m)

5$

188$

Cable_cost = (Cable_length * Cost_per_m + Connector_Cost) * 1.25 + Installation_Cost


3. Tính giá thành cho tô-pô mạng liên
kết

b. Tính độ dài cáp mạng
• Minh họa mô hình phòng mạng

• Lưới tọa độ AxB, với m là số tủ mạng
• Công thức manhatan: 0.6*ΔX + 2.1*ΔY + overhead


4. Ứng dụng minh họa

Topology 3D-torus (2,2,2)


4. Ứng dụng minh họa
• Xây dựng ứng dụng giả lập một server room sử
dụng cho tính toán song song và tính giá thành để
xây dựng topology
– Nền tảng: Gồm nhiều máy, bố trí trong các tủ mạng
theo một layout xác định
– Cấu hình: Sử dụng topology kiểu 3D-torus
– Ứng dụng chạy: Bài toán nhân ma trận
– Triển khai: Ứng dụng được cấu hình chạy trên một số
máy của server room


Tr©n träng c¶m ¬n!