Registro:
| Documento: | Tesis de Grado |
| Título: | Programación paralela en un sistema beowulf bajo Linux y MPI : simulación numérica tridimensional de problemas de electrodeposición |
| Autor: | Milano, Pablo |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Publicación en la web: | 2025-06-12 |
| Fecha de defensa: | 2003 |
| Fecha en portada: | Diciembre 2003 |
| Grado Obtenido: | Grado |
| Título Obtenido: | Licenciado en Ciencias de la Computación |
| Departamento Docente: | Departamento de Computación |
| Director: | Marshall, Guillermo Ricardo |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nCOM000787_Milano |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/seminario/seminario_nCOM000787_Milano.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/seminario/document/seminario_nCOM000787_Milano |
| Ubicación: | Dep.COM 000787 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Milano, Pablo. (2003). Programación paralela en un sistema beowulf bajo Linux y MPI : simulación numérica tridimensional de problemas de electrodeposición. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nCOM000787_Milano |
Resumen:
La computación paralela ocupa un lugar de primer nivel dentro de las áreas de informática que mayor desarrollo han tenido en los últimos años. La computación paralela nació por la necesidad imperiosa del desarrollo científico y tecnológico de acceder a un mayor poder de cómputo, necesidad que simplemente no podía ser satisfecha por arquitecturas con un único procesador. El objetivo de la computación paralela es entonces, resolver problemas más grandes en menos tiempo. Lamentablemente, no siempre es posible para las universidades contar con dicho equipamiento, motivo por el cual, las experimentaciones con simulaciones numéricas de sistemas complejos se ven limitadas en tiempo de proceso al poder de cálculo de una computadora personal, as! como también se limitan en cuanto a su tamaño, a la cantidad de memoria disponible en dicha computadora. Es por ello que surge la idea de agrupar computadoras personales en clusters llamados "Beowulf", los cuales, permiten correr algoritmo s paralelos diseñados especialmente para dichos clusters y obtener así, una) performance similar a la de las grandes supercomputadoras con costos mucho menores, y por ende con mayor factibilidad para los investigadores, En este trabajo, se introduce una implementación paralela sobre un sistema Beowulf de un modelo tridimensional secuencial para la simulación numérica de un problema de electrodeposición en celdas planas, Asimismo; se introducen varias técnicas tendientes a la optimización del cálculo de dicha implementación cuyo objeto es mejorar la performance de la misma, Dichas técnicas consisten en un balance de carga semi-dinámico ( para un mejor aprovechamiento de los recursos de un cluster heterogéneo, sin necesidad de conocer de antemano las características del mismo), alteración del orden lexicográfico de cálculo, y solapamiento de operaciones de cálculo con intercambio de mensajes para reducir los tiempos ociosos de comunicación y espera entre procesos, También se estudia el desempeño de las comunicaciones no bloqueantes en segundo plano en diferentes implementaciones de MPI, y se evalúa el comportamiento de las mismas con diferentes cantidades y tamaños de buffer. Todas estas técnicas permitieron mejoras en la performance del orden del 40% con respecto a una paralelización no optimizada, Por último, se estudiaron las diferencias obtenidas entre el algoritmo serial y el paralelo, y se propone un método para eliminadas, Si bien tanto el método de paralelización como el de optimización son lo suficientemente genéricos como para ser aplicados a cualquier algoritmo que resuelva problemas de cálculo numérico mediante métodos iterativos, se eligió para el desarrollo práctico un problema de electrodeposición en celdas delgadas (ECD) en 3 dimensiones. Luego del desarrollo y optimización de la implementación, se lograron importantes reducciones en el tiempo de cálculo con respecto a la ejecución secuencial, lográndose en algunos casos; mediante la utilización de comunicaciones no bloqueantes, eficiencias cercanas a la ideal. El software de paralelización desarrollado en este trabajo ha permitido estudiar problemas de EeD en la frontera del conocimiento, en una escala que antes estaba restringida a centros de supercomputación de países desarrollados.
Abstract:
Parallel computing is one of the major computer science areas which has evolved in recent years. It was born due to the strong need among technicians and scientists of achieving bigger amounts of computer power, This need could not be satisfied using single-processor architectures. The main goal of parallel computing is to resolve bigger problems in less time. Unfortunately, researchers and universities usually can not afford supercomputers, so the simulations are limited to single computer capabilities. These limitations relate to processing time and size of the complex systems numerical simulations. In this environment, the need was detected to start grouping personal computers into "Beowulf" clusters which provide high performance levels similar to those achieved by supercomputers. By designing parallel pt: Ograms specifically to be run in these clusters, it is possible to obtain results in reasonable times using the same research sizes as the ones run in supercomputers. The Beowulf clusters are much cheaper than the supercomputers which makes complex systems research much easier and affordable to universities and educational institutions. This work provides the development of a parallel algorithm to a complex system numerical simulation for use in a Beowulf cluster. Optimization techniques were also used in order to increase the pt:Ogram performance, Some of these techniques are; dynamic load balancing to better use up system resources in an heterogeneous clusters, changes in lexicographic calculus order and overlap between calculus and data transfer to reduce the amount of idle time inside each pt:Ocessor. Research was also done about performance of background non-blocking communication in MPI with different amounts of buffers and different buffer sizes, All these techniques led to a performance me of about 40% in comparison with a non-optimized parallel algorithm, Finally, differences in results between serial and parallel algorithms were evaluated and a technique was proposed in order to save them. Although the work1ng method of this parallelization is general enough to be used with any relaxation algorithm, it was applied to a particular problem in electrochemical deposition in thin-layer cells (ECD) in three dimensions. After development and optimization of the parallel algorithm, very high calculus time decreases were achieved, reaching in some cases performance levels close to the ideal The parallel algorithm developed in this work allowed the study of ECD problema in the boundary of knowledge, using scales which used to be restricted to supercomputer centers in developed countries.
Citación:
---------- APA ----------
Milano, Pablo. (2003). Programación paralela en un sistema beowulf bajo Linux y MPI : simulación numérica tridimensional de problemas de electrodeposición. (Tesis de Grado. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nCOM000787_Milano
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Milano, Pablo. "Programación paralela en un sistema beowulf bajo Linux y MPI : simulación numérica tridimensional de problemas de electrodeposición". Tesis de Grado, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2003.https://hdl.handle.net/20.500.12110/seminario_nCOM000787_Milano
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