آقای احسان موسوی‏خانقاه دانشجوی دکترای جناب آقای دکتر محسن شریفی روز یکشنبه مورخ 25/12/92 ساعت 10 در دانشکده مهندسی کامپیوتر از رساله دکترای خود تحت عنوان یک نرم‏افزار سیستم زمان اجرا برای بازپیکربندی عمومی پویای خوشه‏های کلان مقیاس با توان محاسباتی بالا دفاع نمود.

  چکیده پایان نامه:

  یکی از چالشهای عمدهی خوشههای کلانمقیاس توان بالای محاسباتی، ماهیت پویا و تعاملی پردازهها در زمان اجرا میباشد . از سوی دیگر، خوشههای توان بالای محاسباتی برای دستیابی به توان بالای مورد نیاز برنامههای کاربردی از مفهوم پیکربندی خوشه منطبق بر نیازمندیهای برنامههای کاربردی استفاده مینمایند . لیکن ماهیت پویا و تعاملی پردازههای نیازمند به توان محاسباتی کلانمقیاس سبب میشود که امکان پیکربندی خوشهها قبل از آغاز اجرای برنامهها امکانپذیر نباشد . این واقعیت، نیازمندی به خوشههایی را که در زمان اجرا قادر به بازپیکربندی بوده و بتوانند از الگوی پیکربندی و تطبیق خوشه با نیازمندیهای پردازهها استفاده نمایند ضروری و مهم میسازد . در این رساله راهکاری نرمافزار سیستمی برای بازپیکربندی عمومی و پویای خوشههای کلان مقیاس با توان بالای محاسباتی را براساس ساختارهای هسته سیستمعامل در زمان اجرا ارایه مینماییم . برای تحقق این امر مهم، یک مدل جبری برای استخراج ماهیت پویای پردازهها در زمان اجرا بدون وابستگی به تحلیل برنامه کاربردی ارایه میکنیم . سپس با استفاده از ویژگیهای ناهمگنی عناصر تشکیلدهنده خوشه، که بعنوان مزیت نسبی اینگونه سیستمها مطرح میباشند، راهکاری جهت تغییر ساختار پاسخگویی عناصر تشکیلدهنده خوشه جهت پشتیبانی از ماهیت پویای زمان اجرای پردازهها ارایه میکنیم . ایجاد ساختارهای هسته سیستمعامل که بتوانند الگوی جدیدی برای سازماندهی پردازهها از دیدگاه سیستمعامل ایجاد نمایند، تغییر ساختارهای ایجاد و اجرای پردازهها در خوشههای توان بالای محاسباتی، و تعریف وضعیت جدیدی برای پردازهها در سطح هسته سیستمعامل، از جمله نوآوریهای مهم این رساله جهت دستیابی به هدف بازپیکربندی در زمان اجرا با رعایت نیازمندیهای خوشههای کلانمقیاس است . با استفاده از نرمافزارهای محک استاندارد و چند برنامه کاربردی با ماهیت پویا نظیر برنامه NAMD نشان میدهیم که نرمافزار سیستم پیادهسازی شده بر مبنای راهکار پیشنهادی در سیستمهای کلان‏مقیاس مبتنی بر ساختارهای آیبیآم و کِرِی منجر به عدم شکست برنامههای کاربردی پویا در خوشه میگردد . بدون وابستگی به اجراهای متوالی برنامههای کاربردی جهت استخراج ماهیت پویا و تعاملی و عدم تغییر در واحد توازنبار جهت ادامه روند اجرای برنامه و عمومی بودن راهکار پیشنهادی از جمله مهمترین مزایای نرمافزار سیستم میباشد . تغییرات در ساختارهای هسته سیستمعامل نیز از جمله چالشهای اصلی نرمافزار سیستم پیشنهادی است .

  کلمات کلیدی : سیستمهای کلانمقیاس، سیستمهای توان بالای محاسباتی، سیستمهای توزیعشده و خوشهای، بازپیکربندی،   پردازهها، زمان اجرا .

  [1]

 : Abstract

  HPCSs should have their configurations customized based on the scientific programs’ specified requests in order to achieve the needed computing of the program. One of the main challenges of exascale high performance cluster computing systems (HPCS) is the dynamic and interactive nature of processes at runtime. Therefore, the dynamic and interactive nature of the processes makes the customized configuration of exascale HPCS impossible. This issue makes it essential to design and develop reconfigurable HPCSs that are able to adapt the configuration to requests of processes at runtime. In this thesis, a system software solution for reconfiguration of exascale HPCSs, based on the structures of the operating system’s kernel at runtime, is presented. In this direction, an algebraic model is presented for deriving the dynamic nature of processes at runtime without the need to analyze the scientific program. Then, by using heterogeneous features of the HPCS’s elements, as the advantages of these types of systems, a solution for changing the state of elements to support dynamic nature of processes at runtime is provided.

  The main innovations of this thesis are developing the kernel level structures to manage the processes based on the new method, changing the structure of creating and executing processes in HPCSs and the design and implementation of a new state for process at the kernel of operating system. They were done in the direction of design and implementation of reconfigurable HPCS based on the exascale HPCSs requirements. By executing standard benchmark suites as well as some scientific programs with dynamic nature such as NAMD, we show that the developed system software based on the suggested solution in IBM and Cray Based exascale systems causes the minimum failure rate in executing the problems with dynamic nature. Other advantages are the independence of successive and numerous executions of programs to derive the dynamic and interactive nature of programs and no change in the load balancing unit and generality of this solution. Changing the kernel structure is one of the main challenges of this solution.

  Keywords : Exascale Systems, High Performance Computing Systems, Distributed and Cluster Systems, Reconfiguration, Processes and Runtime

  ارائه­دهنده:

 احسان موسوی خانقاه

  استاد راهنما:

  دکتر محسن شریفی

  هیات داوران:

  دکتر احمد عبداله زاده- دکتر بهروز مینایی

  دکتر محمد عبدالهی‏ازگمی- دکتر عادل رحمانی- دکتر علی موقر

  زمان : یکشنبه 25 اسفندماه 1392

  ساعت 10 صبح

  مکان: دانشکده مهندسی کامپیوتر- طبقه دوم- اتاق دفاعیه

  دانشکده مهندسی کامپیوتر مدیریت تحصیلات تکمیلی