Pemprosesan Selari dan Teragih [English]

                                                           

 

Kemungkinan-kemungkinan rujukan:

• Crichlow, The Essence of  Distributed Systems (Prentice Hall)

 

Objektif topik: Pelajar harus memahami pemprosean selari secara konsepnya, mengetahui hukum Amdahl bagi peningkatan laju, dan konsep, implementasi dan isu dalam sistem teragih.

 

Pemprosesan selari membabitkan pemprosesan di atas dua atau lebih pemproses serentak, yang berganding secara kuat, dan dijangka menjalankan pemprosesan keseluruhan secara lebih cepat.

 

 

PEMPROSESAN SELARI

 

Penggunaan dua atau lebih pemproses (komputer) secara berganding untuk menyelesaikan sesuatu masalah.

Kelajuannya lebih besar dari satu komputer tunggal; setiap pemproses (yang bersambungan) melaksanakan sebahagian daripada tugasan yang dikehendaki. Ada sistem superkomputer berprosesan selari yang mempunyai sehingga 256,000 mikropemproses.

Pemproses mencapai data menerusi ingatan kongsian.

Kecekapan pemprosesan selari juga bergantung kepada kemajuan bahasa pengaturcaraan dan alatan perisian yang boleh mengoptimumkan pembahagian tugasan (pemecahan tugasan dan imbangan beban), pengurangan komunikasi, sorokan kependaman dan pengurangan segerakan di antara pemproses-pemproses.

 

SIMD – arahan tunggal data berbilang

 

MIMD – arahan berbilang data berbilang

 

SPMD – aturcara tunggal data berbilang

 

Keberbutiran – bagaimana kompleksnya pemproses dalam sistem selari

 

(ingatan) kongsian – dikongsi di antara pemproses-pemproses

(ingatan) teragih – pemproses-pemproses ada ingatan tersendiri

 

vektor – pengiraan bebas (yang sama) bagi setiap komponen

talian paip – pengiraan serupa ke atas berbilang data – data dicapai selari dengan pengiraan

sistolik – pengiraan secara sekaligus ke atas berbilang komponen (yang berganding)

 

peningkatan laju = masa atas satu pemproses ÷ masa atas P pemproses

hukum Amdahl:

g = pecahan dari peningkatan laju teori maksimum

R = nisbah maksimum laju selari terhadap laju jujukan (= P)

v = pecahan masa pengiraan yang dilakukan selari                    

 

penskalaan masa tetap – besar mana sesuatu masalah itu yang boleh diselesaikan dalam masa tertentu yang diberikan

 

penskalaan iso-kecekapan – besar mana sesuatu masalah untuk menjamin kecekapan perlaksanaan tertentu yang diberikan

 

contoh: Transputer (sejenis mikropemproses yang dioptimumkan untuk pemprosesan selari), OCCAM (bahasa pengaturcaraan direkabentuk untuk pemprosesan selari), Connection Machine (suatu komputer yang sangat selari, dengan 64 ribu pemproses disambung secara hiperkubus), dll

 

Sistem teragih ialah rangkaian komputer yang bekerjasama menjalankan sesuatu tugas.

 

 

SISTEM TERAGIH

 

Suatu set komputer swakawal yang bersambungan yang menyelesaikan sesuatu masalah  besar secara bersama atau memudahkan penjalanan selari tugasan-tugasan  berasingan tetapi kemungkinan berkaitan.

Biasanya komputer-komputer dalam rangkaian.

Sistem perisian sokongan – mis. RPC (Remote Procedure Call) – panggilan kepada suatu tatacara di atas komputer yang berjauhan, PVM (Parallel Virtual Machine) – membolehkan penanganan komputer berkelainan secara telus menerusi panggilan C/C++/Fortran kepada rutin-rutin komunikasi dan penyegerakan, MPI (Message Passing Interface) – seperti PVM, CORBA (Common Object Request Broker Architecture) – membolehkan objek perisian untuk menggunakan objek lain tanpa perlu mengetahui di mana di rangkaian objek tersebut diletakkan, dan dalam bahasa mana ia diaturcarakan, Beowulf – kelompok komputer komersil menggunakan perisian piawai spt PVM dan MPI

 

Aplikasi:

 

♣         Sistem fail teragih – simpanan dan capaian data yang besar menerusi fail – pengguna harus boleh mewujudkan, membaca, menulis dan memadamkan fail setempat atau berjauhan – mis. NFS (Network File System) oleh SUN, AFS (Andrew File System) oleh Univ. Carnegie-Mellon

Perlukan sistem panamaan fail teragih. Perlukan kawalan dan segerakan penulisan dan pembacaan

 

♣         Sistem pangkalan data teragih – pangkalan data yang teragih di situs berbeza yang berkerjasama – pengguna boleh mencapai data terstor setempat atau berjauhan – mis. Oracle, Pelayan SQL Sybase

Optimumkan pengagihan supaya komunikasi minimum dan penggunaan sistem teroptimum – tertiru sepenuhnya: setiap lokasi mempunyai salinan penuh pangkalan data; terbahagi sepenuhnya: setiap hubungan disimpan hanya pada satu lokasi

 

♣         Sistem masa-sebenar teragih – memudahkan transaksi masa-sebenar, kawalan proses masa-sebenar, pemantauan sistem fizik, dsb. – pengguna boleh menjalankan operasi dalam masa-sebenar secara setempat atau berjauhan

Tepat, tepat pada waktu, kebersediaan tinggi, keboleharapan tinggi (lewahan mencukupi supaya bolehterima kerosakan)

 

♣         Sistem multimedia teragih – menyediakan kebolehan storan dan capaian komputer, dan hantaran rangkaian, untuk pelbagai jenis maklumat, terutama audio dan video – mis. MPEG: piawaian untuk hantaran multimedia; VOD (Video on Demand): menurunkan dan memainkan fail video dari pelayan bila diminta

Kadar storan dan hantaran tinggi, mis. tayangan 90 minit berformatkan MPEG bersaiz 5 GB bergantung kepada saiz layar dan peleraian ⇒ kadar hantaran 75 Mbs untuk masa-sebenar

 

♣         Sistem operasian teragih – pengurus sumber tunggal bagi sesuatu rangkaian: inti ditiru dan teragih di atas semua komputer (bandingkan dengan sistem operasian rangkaian di mana setiap komputer dengan sistem operasian sendiri dan berkerjasama menerusi proses agen) – mis. Amoeba, Chorus, Mach, Windows NT

Isu: kesahihan data yang terstor dan dihantar; operasi kegagalan lembut dengan kemungkinan hempasan sistem di situs berjauhan; keselamatan dari anasir luar; kualiti prestasi (masa sambutan, sumber tersedia, dll); penskalaan yang baik

 

♣         Sistem transaksi teragih – kemaskinian pangkalan data tertentu di lokasi tertentu untuk menjalankan sesuatu transaksi

Keselamatan, keberkuasaan, dan kesahan isu-isu penting

 

♣         Sistem pengiraan teragih – pecahan pengiraan besar diagihkan ke lokasi berlainan, dan hasilnya digabungkan

 

 

Isu:

 

♣         Penamaan dan pengalamatan –

Bitara, merangkumi kemungkinan semua direktori, fail, dsb di atas semua nod

Biasanya berkait dengan alamat hos – pemerihalan baik

 

♣         Pengongsian –

Keberkuasaan capaian perlu disahkan

Bahagian tertentu ingatan utama perlu dikongsi. Ingatan Kongsian Teragih – pengalamatan ingatan kongsian secara telus

 

♣         Kebersediaan dan keboleharapan –

Bagaimana bersedianya sumber-sumber untuk dicapai, dan kualiti keluaran yang diberikan. Isu prestasi: kebolehterimaan kerosakan. Membabitkan kualiti rangkaian dan perkakasan, dan rekabentuk perisian, pangkalan data (jika berkenaan) dan cara pengagihan

 

♣         Penyalinan –

Boleh kurangkan komunikasi, kongsikan beban, kurangkan masa sambutan. Tetapi perlu jaga kekonsistenan – perlu tahu lokasi semua salinan, perlu sahkan pengemaskinian dijalankan (mesej sampai), masalah penyegerakan, dsb

 

♣         Kebersendirian dan keselamatan –

Data yang tidak mahu dikongsi harus tidak boleh dicapai oleh ahli lain; data yang dikongsi harus tidak boleh dicapai oleh anasir luar

 

♣         Komunikasi –

Protokol yang ingin digunakan

 

♣         Keseiringan dan kesegerakan –

Perlanggaran dalam capaian sumber harus dikawal

 

♣         Masa dan penyelarasan –

Jujukan masa tertentu bagi tindakan tertentu; waktu tertentu bagi tindakan tertentu

 

♣         Kebolehterimaan kerosakan dan pemulihan –

Perkhidmatan yang boleh diterima (walau berkurangan) bila berlaku kerosakan (terutama kerosakan jauhan)

 

♣         Kebolehskalaan –

Pembesaran/pengecilan sistem boleh dilakukan dengan mudah