Luận Văn Xây dựng ứng dụng tính toán phân tán trên nền tảng sức mạnh các máy tính cá nhân

Tóm tắt nội dung

Tính toán phân tán là một công nghệ mới và rất thiết thực hiên nay. Những hệ thống tính toán phân tán giúp giải quyết những bài toán khoa học lớn mà một máy tính không thể giải quyết được. Ngày nay có khá nhiều middleware phục vụ cho việc xây dựng hệ thống tính toán phân tán. Trong khóa luận này trình bày một số nghiên cứu về tính toán phân tán, những nghiên cứu về kiến trúc, cách thức hoạt động của một số hệ thống tính toán phân tán phổ biến, giới thiệu một số dự án tính toán khoa học đang được thực thi nhờ hệ thống tính toán phân tán. Khóa luận này cũng trình bày bước đầu xây dựng một hệ thống tính toán phân tán, với phần mềm bên phía người dùng được tích hợp vào ứng dụng facebook. Người dùng không cần cài đặt một phần mềm client nào, mà chỉ cần có một trình duyệt web là có thể tham gia vào những dự án tính toán. Việc này sẽ tạo điều kiện mở rộng dự án tính toán được dễ dàng hơn, làm tăng hiệu suất của những hệ thống tính toán phân tán.

















Mục lục


Tóm tắt nội dung I

Mục lục II

Danh mục các hình vẽ V

Chương I : Giới thiệu 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung khóa luận 3

Chương II: Các hệ thống tính toán phân tán 4

2.1 BOINC 4

2.1.1: Giới thiệu 4

2.1.2: Kiến trúc BOINC 4

2.1.3 Một số dự án đang thực hiện bởi BOINC 8

2.2: Condor 9

2.2.1 Giới thiệu 9

2.2.2 Kiến trúc 9

2.3: Globus Toolkit 13

2.3.1 Giới thiệu 13

2.3.2 Kiến trúc 13

2.4: So sánh 16

2.4.1 Độ phức tạp hệ thống 16

2.4.2 Độ phức tạp cho người phát triển ứng dụng 16

2.4.3 Độ phức tạp cho người dùng 17

Chương III: Kiến trúc hệ thống 18

3.1: Kiến trúc tổng thể 18

3.2: Các thành phần chính 19

3.2.1: Server Task 20

3.2.1.1: Nhiệm vụ 20

3.2.1.2: Chức năng 21

3.2.1.3: Cấu hình 21

3.2.2: Server Application 23

3.2.2.1: Nhiệm vụ 23

3.2.2.2: Chức năng 23

3.2.2.3: Cấu hình 23

3.2.3: Node Applet 24

3.2.3.1: Nhiệm vụ 24

3.2.3.2: Chức năng 24

3.2.3.3: Cấu hình 24

3.3: Ứng dụng tính toán 25

3.3.1: Định nghĩa 25

3.3.2: JPPF API 25

3.4: Task 26

3.4.1: Định nghĩa Task 26

3.4.2: Input Data File 26

3.4.3: Result 27

Chương IV: Cài đặt hệ thống 28

4.1 Server Task 28

4.1.1 JPPFDriver 28

4.1.2 JPPFNode 30

4.1.3 Server Task Configuration 31

4.2 Server Application 33

4.2.1 JPPFClient 33

4.2.2 JPPFTask 35

4.2.3 Server Application Configuration 36

4.3 Node Applet 38

4.3.1 NodeRunner 38

4.3.2 JPPFClassLoader 39

4.3.3 Node Applet Configuration 40

4.4 Một số ứng dụng tính toán 42

Chương V : Tổng kết 44


Chương I – Giới thiệu

1.1 Đặt vấn đề

Khi khoa học phát triển đặt ra nhiều bài toán với khối lượng tính toán lớn, cùng với một lượng lớn dữ liệu cần xử lý. Trong nhiều ngành khoa học khác nhau những bài toán này đang tồn tại và chúng ta luôn muốn xử lý chúng.

Trong thiên văn học có một điều mà chúng ta luôn muốn khám phá đó là “liệu có một nền văn minh nào ngoài trái đất không?”, đây là một câu hỏi lớn mà nhiều năm qua con người vẫn chưa tìm được lời giải đáp thỏa đáng. Với khoa học kỹ thuật như hiện nay chúng ta có thể thu được những tín hiệu từ bên ngoài trái đất, chúng ta có thể xử lý những tín hiệu này để hy vọng có thể tìm ra một nền văn minh nào đó bên ngoài trái đất. Nhưng những tín hiệu thu được ngoài trái đất rất nhiều, nếu dùng một máy tính có công suất tính toán lớn cũng phái mất rất nhiều thời gian để xử lý lượng tín hiệu này, như vậy sẽ rất lâu chúng ta mới có thể tìm được câu trả lời cho câu hỏi kia.

Trong ngành công nghệ thông tin có một bài toán quen thuộc đó là bài toán phá mã. Một phương pháp phá mã đơn giản nhất là duyệt toàn bộ, ta thử lần lượt tất cả trường hợp có thể của khóa cho đến khi tìm được khóa đúng. Độ dài của khóa sẽ quyết định đến số lượng các phép thử, ví dụ với hệ mã hóa DES sử dụng 56 bit làm khóa, tức là sẽ có 256 = 72x1016 giá trị có thể của khóa. Nếu sử dụng một máy tính bình thường có tốc độ tính toán 1 giải mã /às sẽ phải mất khoảng 1142 năm, thời gian này là quá lâu so với tuổi thọ của thông tin. Muốn phá mã nhanh có thể dùng một máy tính chuyên dụng (giá khoảng 250.000$) có thể phá mã trong 3 ngày. Nhưng đó là trường hợp sử dụng 56 bit làm khóa, nếu sử dụng khóa với độ dài 128 bit hay 126 bit thì máy tính đó cũng tỏ ra không hiệu quả.

Trong y học cũng có nhiều dự án với khối lượng tính toán lớn, dự án “Help Defeat Cancer [10]” là một dự án nghiên cứu khả năng chống căn bệnh ung thư. Với dự án này, các nhà nghiên cứu cần phân tích số lượng lớn mô ung thư cùng một lúc, nếu dùng một máy tính thông thường mất khoảng 168 năm, như vậy là quá lâu vì chúng ta cần tìm ra phương pháp trị bệnh ung thư càng sớm càng tốt.

Trong nhiều ngành khoa học khác như toán học, sinh học cũng có nhiều bài toán lớn được đặt ra, việc giải quyết những bài toàn này giúp phát triển các ngành khoa học phục vụ cuộc sống, Vì vậy nhu cầu giải quyết những bài toán như thế là rất thiết thực

Ngày nay mạng máy tính phát triển mạnh, nhất là mạng Internet với hàng triệu máy tính kết nối với nhau. Đối với người dùng bình thường công suất tính toán của máy tính thường không được sử dụng hết. Trong những khoảng thời gian máy tính nhàn rỗi, khả năng tính toán của nó không được tận dụng. Vậy tại sao ta không sử dụng khả năng tính toán đó để giải quyết những bài toán phức tạp trên? Mỗi máy tính khi nhàn rỗi có thể sử dụng để tính toán một phần nhỏ của bài toán, nhiều máy tính cùng tham gia tính toán sẽ tao lên một hệ thống tính toán hết sức mạnh mẽ. Nếu chúng ta có thể kết nối hàng triệu máy tính trên Internet, chúng ta sẽ tạo ra một mạng lưới tính toán khổng lồ, khi đó những bài toán lớn có thể được giải quết trong thời gian ngắn.

Để mọi người tham gia tính toán cho một dự án nào đó, họ cần biết về dự án đó, và biết cách để có thể sử dụng máy tính của mình tham gia vào hệ thống tính toán. Vì vậy ta cần quảng bá cho người dùng biết về những dụ án tính toán, và cung cấp cho họ những công cụ để tham gia vào hệ thống tính toán.

Mạng xã hội ngày nay rất phát triển, Facebook là một mạng xã hội có lượng người dùng lớn nhất hiên nay. Nó có thể là một nơi lý tưởng để quảng bá thông tin về những dự án tính toán. Trên Facebook bạn có thể giao lưu, liên lạc với bàn bè, với rất nhiều người cùng tham gia Facebook. Khi một người dùng Facebook tham gia vào một dự án tính toán, họ có thể giới thiệu cho bạn bè, người thân hay một ai đó mà họ quen biết trên Facebook. Những dự án tính toán thường là những dự án có ích cho xã hội nên mọi người sẽ rất sẵn lòng tham gia vào dự án tính toán.

Một vấn đề có thể khiến mọi người ngại tham gia vào hệ thống tính toán đó là các hệ thống tính toán hiện nay, thường bắt người dùng phải cài một phần mền lên máy của mình để tham gia vào việc tính toán. Bất kỳ một máy tính nào muốn tham gia vào hệ thống tính toán cũng cần cài đặt phần mềm này. Vậy nếu có thể xây dựng một hệ thống tính toán phân tán, mà người dùng không cần cài đặt phần mền vẫn có thể tham gia vao hệ thống sẽ giúp khả năng huy động được lượng người dùng lớn, tình nguyện tham gia vào dự án tính toán.

Web là một một công cụ rất hữu ích cho chúng ta, nó thực sự đã thay đổi cuộc sống của chúng ta. Một trang web với một chương trình applet có thể thay thế cho phần mềm tham gia vào hệ thống tính toán. Khi người dùng truy cập vào trang web, chương trình applet sẽ chạy và thực thi việc tính toán. Chúng ta có thể vào web ở bất kỳ máy tính nào có kết nối mạng Internet, và ngay lập tức có thể tham gia vào công việc tính toán.

Tích hợp trang web đó vào một ứng dụng Facebook sẽ tạo thành một công cụ tuyệt vời để phát triển các dự án tính toán. Theo thông kê mới nhất của Nielsen (một công ty khảo sát thị trường) cho thấy Facebook là địa chỉ gây tốn thời gian nhất của người dùng trên Web. Người dùng Facebook cũng bỏ thời gian lên mạng gấp 3 lần so với người không tham gia mạng lưới giao tiếp xã hội này.

Một ứng dụng Facebook có thể sử dụng như những phần mềm tham gia vào hệ thống tính toán phân tán, đó sẽ là một phướng án tốt để mở rộng hệ thống tính toán phân tán, tăng số người tham gia vào hệ thống, từ đó tăng khả năng tính toán

1.2 Nội dung khóa luận

Trong khóa luận này chúng tôi trình bày một số nghiên cứu về các hệ thống tính toán phân tán, các Middleware phổ biến dùng trong các hệ thống tính toán phân tán. Bước đầu triển khai một hệ thống tính toán phân tán, với một ứng dụng Facebook được sử dụng để người dùng có thể tham gia vào hệ thống tính toán.

Nội dung chi tiết khóa luận gồm 5 chương:

Chương I: Giới thiệu về khóa luận, đặt ra vấn đề cần giải quyết trong khóa luận.

Chương II: Giới thiệu một số hệ thống tính toán phân tán, kiến trúc của hệ thống và đưa ra những so sánh. Ba hệ thống được giới thiệu là BOINC, Condor, Globus đây là 3 hệ thống phổ biến hiện nay.

Chương III: Trình bày kiến trúc hệ thống tính toán phân tán sử dụng ứng dụng Facebook thay thế cho phần mềm .

Chương IV: Trình bày cách cài đặt chương trình, triển khai một số ứng dụng tính toán phân tán trên hệ thống và kết quả.

Chương V: Tổng kết, nhận xét về hệ thống, những thành quả đã đạt được và những kế hoạch phát triển của dự án.