Um modelo alternativo para execução eficiente de aplicações paralelas MPI nas grades computacionais

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Sena, Alexandre da Costa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Grades computacionais; Modelagem de execução de aplicações; Aplicação MPI; Sistema de computação em grade; Escalonamento de tarefa; Programa MPI (Message Passage Interface)
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/37293

Apesar do crescimento exponencial da capacidade de processamento e armazenamento dos computadores nas últimas décadas, existe uma demanda cada vez maior por poder computacional. Com o advento das grades computacionais ( computational grids), é possível o acesso a um número maior de recursos a um baixo custo. Porém, diferentemente dos clusters de computadores que normalmente são compostos de um número limitado de recursos homogêneos e dedicados, as grades computacionais são compostas por recursos dinâmicos, heterogêneos e compartilhados que podem estar dispersos geograficamente e sujeitos a políticas de acesso distintas. Essas características fazem com que a execução e ciente de programas paralelos nesses ambientes seja uma tarefa complexa. Mesmo com todas as diferenças entre os ambientes tradicionais de computação de alto desempenho e as grades, a maioria dos programas continua sendo executada em ambientes de grade utilizando o modelo padrão de execução, que aloca um processo por processador durante toda a duração da aplicação. Com o objetivo de explorar melhor as principais características das grades computacionais como, por exemplo, heterogeneidade, compartilhamento e dinamismo, esse trabalho propõe a adoção de um modelo alternativo de execução onde a principal característica é a execução de uma tarefa por processo. Mais importante, através desse modelo alternativo, este trabalho de tese mostra a viabilidade de se executar eficientemente aplicações fortemente acopladas nas grades. Ainda nesta tese, o modelo proposto é validado através de experimentos em ambientes grades reais utilizando comparações de desempenho entre programas que executam sob o modelo tradicional e sob o modelo alternativo. Além disso, outros experimentos destacam as vantagens do novo modelo para implementação de mecanismos de escalonamento de tarefas e tolerância a falhas. Os resultados mostram a eficácia do modelo proposto para ambientes de grade, conseguindo não só ser melhor do que o modelo tradicional mas também obter resultados próximos de um limite inferior em vários experimentos, inclusive para aplicações fortemente acopladas. Como as estimativas iniciais sobre a aplicação e o ambiente de execução podem ser imprecisas, esse trabalho também avalia a sensibilidade da estratégia proposta às imprecisões do modelo da aplicação e da arquitetura. Os resultados mostram que é possível conseguir bom desempenho mesmo que as estimativas iniciais sobre as tarefas da aplicação e sobre as condições dos recursos não sejam precisas.