اصول كاربردي ماشين هاي مجازي براي محاسبات داراي عملكرد بالا:

يك مطالعه كمي درباره سربارهاي اصلي

فهرست مطالب

چكيده

مقدمه

سابقه

ماشين هاي مجازي

اصول عملي ماشين هاي مجازي

اصول عملي 1: ادوات مجازي

اصول عملي 2: سكوي X86 

اصول عملي 3: سربارها

آزمايشات

BLAST 

HMMer 

GROMACS 

نتايج

استفاده از فايل سيستم شبكه (Trellis File System) براي دسترسي از راه دور به داده ها

بهينه سازي هاي اسمبرلر 32 بيتي در برابر 64 بيتي

تحقيقات مرتبط و نقطه نظرات

نقطه نظرات و نتيجه گيري

چكيده

حوزه هاي مديريتي ناهمگن، سيستم هاي عامل (OS) و كتابخانه ها امر بهره برداري كامل از فرا كامپيوترها و گريدها، براي محققيني كه در  امور محاسباتي فعاليت دارند، را مشكل مي سازد. سر و كار داشتن با مسايلي همانند حضور يا عدم حضور برخي از ويژگيها، نظير كلاسترها يا خوشه هاي مختلف، سبب اضافه شدن به پيچيدگي هاي موجود شده است. چگونه يك كاربر و يا يك برنامه كاربردي محاسباتي با ويژگي عملكرد بالا (HPCع) مي توانند با چنين مواردي از ناهمگني يا عدم تجانس به تعامل پردازند؟ يكي از راه حل هاي احتمالي استفاده از يك محيط ماشين مجازي (VM) مي باشد كه از سيستم‌هاي عملياتي ميزبان و ديسك هاي مجازي پشتيباني مي نمايد. با اين وجود، در خلال دهه‌ها، ماشين هاي مجازي در برخي از مواقع از سربارهاي عملي و سكوها يا پلتفرم‌هاي محدودي برخوردار بودند كه دايره اجرايي آنها را تنگ نموده بود. بر اين مبنا، از طريق يك مطالعه كمي ساده، ما پيشرفت هاي اخير در زمينه پشتيباني از ويژگيهاي نرم افزاري و سخت افزاري، كه سبب كاهش سربارهاي برنامه هاي كاربردي HPC (نظير، GROMACS، BLAST، HMMer) به زير 6% براي برنامه‌هاي محاسبه- بر، و در عين حال، 7/9 % يا بيشتر براي برنامه‌هاي I/O- بر، در پلتفرم مبتني بر پردازنده X86 ما  شده‌اند، را مورد بررسي قرار مي دهيم. بعلاوه، ما مزيت هاي عملي و كيفي استفاده از ماشين هاي مجازي براي محاسبات داراي عملكرد بالا را مورد بررسي قرار مي‌دهيم، كه شامل سادگي پياده سازي، كاربرد پذيري ارتقا يافته و قابليت اجراي وظايف بر روي سيستم هاي بيشتري، در مقايسه با آنچه معمولاً در دسترس مي باشد، خواهد بود. در عين آنكه نمي توان اين سيستم را كامل دانست، ماشين هاي مجازي بعنوان يك ابزار عملي در زمينه محاسبات داراي عملكرد بالا در حال ظهور مي باشند.

كلمات كليدي: فرا محاسبه (فرا رايانش)، رايانش گريد، ماشين مجازي (VM)، بيوانفورماتيك، GROMACS (شبيه سازي ديناميكي مولكولي)، معيار سنجي، فايل سيستم ها

1. مقدمه

ناهمگني يا عدم تجانس در اشكال مختلف، غالباً بعنوان يك مانع عملي براي كاربراني بشمار مي‌آيد كه خواستار بهره گيري از مزيت سيستم هاي كامپيوتري مختلف براي محاسبات با حجم كاري داراي عملكرد بالا (HPC) بوده‌اند. بطور مثال، بسياري از محاسبات علمي در HPC  متشكل از مجموعه اي از وظايف مشابه (بصورت ترتيبي يا موازي، البته ما بطور عمده در اين مبحث بر روي وظايف ترتيبي تمركز مي‌نماييم.) براي روبش/ جاروي پارامتر (parameter-sweep)، و بگونه‌اي است كه قابيلت اكتشاف يا بررسي نيروهاي بين دو مولكول بعنوان يك موقعيت نسبي تغيير مولكولها وجود داشته باشد [Su and Xu, 2005]. بطور ايده آل، دانشمندان مي بايست  قابليت انباشتگي گروههاي ايستگاه هاي كاري تحقيقاتي، خوشه دپارتمان، يا كنسرسيومي از HPC‌هاي دانشگاهي را داشته باشند تا بتوانند، بطور مستقل از حجم كاري، قابليت اجراي وظايف مختلفي را فراهم آورند. اما، در صورتي كه اين سيستم ها داراي زير ساخت هاي امنيتي مختلفي باشند، و ازسيستم هاي عامل مختلفي استفاده نمايند، و يا آنكه از نگارش هاي مختلف كتابخانه‌هاي نرم افزاري استفاده نمايند، با يك فرآيند (بالقوه) پيچيده انتقال و پيكر بندي مجدد برنامه هاي كاربردي و روتين‌هاي كاري براي هر سيستم روبرو خواهيم شد.