پروژه و تحقیق استراتژی های حفاظت موثر روی شبکه های کامپیوتری

توضیحات:

پروژه پایان نامه استراتژی های موثر روی شبکه های کامپیوتری در 57 صفحه در قالب word و قایب ویرایش

چکیده:

اخیرا تکنولوژی های محاسبه توزیع شده، بخاطر حفظ و نگهداری ارزان تر و کم هزینه تر این دستگاه ها،  جایگزین محاسبه موازی شده اند، بویژه در محیط های آکادمیک. البته، تکنیک های طراحی الگوریتم برای دستگاه های کلاستر یا ناهمگن هنوز از روش هایی استفاده می کنند که در کامپیوترهای موازی بکار برده می شدند، مانند ماشین های حافظه مشترک . یکی از موضوعات حیاتی و بحرانی در محاسبه سیستمهای توزیع شده، متعادل کردن بار کارها در میان پردازنده های مختلف است. Load balancing یک مشکل سخت و چالش انگیز است. استراتژی ها/ تکنیک ها کاربردهای بسیار متفاوتی دارند.

در این تحقیق، دو کاربرد محاسبه علمی را بررسی می کنیم. تبدیل فوریه سریع (FFT) و ضرب ماتریس چند بعدی. با استفاده از مکان داده ها به منظور به حداقل رساندن ارتباطات، یک الگوریتم موازی/ توزیع شده برای مسئله FFT را بررسی  می کنیم.

برای مسئله ضرب ماتریس چند بعدی (ضرب چندبعدی ماتریس ها)، دو مسئله باید در نظر گرفته شود: نشان دادن ساختار داده های چندبعدی بصورت موثر به منظور به حداقل رساندن سرعت ذخیره سازی و اتخاذ یک استراتژی تعادل بار برای قسمت بندی (پارتیشن بندی) داده ها بر ماشین های ناهمگن. ما دو استراتژی ایجاد خواهیم کرد: ایستا و پویا. در قسمت بندی ایستا (استاتیک)، داده ها قبل از زمان اجرا توزیع می شوند. قسمت بندی پویا (دینامیک)، از یک مدل مدیر ـ کارگر سلسله مراتبی تبعیت می کند که در آن، کارها توسط مدیر بنابه تقاضا تخصیص داده می شوند. نتایج نشان می دهد که استراتژی پویا نتایج بهتری ایجاد می کند زیرا معماری ماشین های ناهمگن برای متعادل کردن موثر بار، را در نظر می گیرد.

مقدمه:

محاسبات موازی ریشه در مسائل محاسباتی در فیزیک (جریان سیال، تحلیل ساختاری) و مهندسی دارد. این کاربردها یک ساختار منظم را نشان می دهند. در طول سال های اخیر کاربردهای جدیدی به لیست اضافه شده اند که بسیار غیرمنظم هستند. این مسائل بعنوان مسائل چالش بزرگ  طبقه بندی شده اند، این مسائل نمی توانند با محاسبه (کامپیوتر) رومیزی امروزی حل شوند.

اخیرا محیط محاسبه ناهمگن و کلاستر رواج پیدا کرده اند. اینها شبکه های محاسبه توزیع شده هستند و بخاطر اجزاء کم هزینه ای که بکار می برند، مورد مطالعه قرار گرفته اند. ماشین های ناهمگن از لحاظ سرعت پردازش، سیستم عامل و سخت افزار با هم تفاوت دارند. کامپیوترهای کلاستر و ناهمگن می توانند بعنوان شبکه کامپیوترها طبقه بندی شوند. کاربردهای پر محاسبه برای اینگونه ماشین ها مناسبند. البته، تمام مسائل، پرمحاسبه نیستند. در کارهای همزمان در مسئله، ممکن است مقداری تعامل وجود داشته باشد.

در این تحقیق، دو مسئله محاسبه علمی بنیادی را مطالعه می کنیم: تبدیل فوریه سریع  و الگوریتم ضرب ماتریس چندبعدی بر محیط های محاسبه کلاستر و ناهمگن.

در سال 1965، جیم کولی و جان توکی یک الگوریتم FFT برای محاسبه DFT در عملیات های     O(n log n) ابداع کردند. FFT یک الگوریتم پر استفاده در زمینه مهندسی و علم محاسبه است. FFT بعنوان ابزار تحلیل فرکانس (فراوانی) در کاربردهای مختلف بطور گسترده مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. FFT چندین کاربرد دارد مانند سیگنال صوتی، تحلیل فرکانس و چندین کاربرد بلادرنگ (زمان واقعی). FFT بعنوان یک ابزار تحلیل فرکانس در یک سیستم پیگردی ضربه ای بلادرنگ بر ماشین های موازی، بکار برده می شود. FFT برای محاسبه طیف فرکانس برای سیگنال های آکوستیک دیجیتالی شده مورد استفاده قرار می گیرد.

فهرست مطالب:

چکیده       3

فصل 1    4

مقدمه      4

فصل 2    9

محاسبه موازی         9

1-2 طبقه بندی کامپیوترهای موازی            9

1-1-2 مدل دستورتک داده تک (SISD)        10

2-1-2 مدل چند دستورالعمل تک داده (MISD)             11

3-1-2 مدل تک دستور چند داده (SIMD)     11

4-1-2 مدل چند دستورالعمل چند داده (MIMD)           13

1-4-1-2 کامپیوترهای چندگانه با حافظه توزیع شده      13

2-4-1-2 چندپردازنده های دارای حافظه مشترک         15

2-2 الگوی Multithreaded        20

1-2-2 EARTH           22

2-2-2 Cilk                23

3-2-2 Tera               23

4-2-2 Java               24

5-2-2 PThreads       25

3-2 ارسال پیام و برنامه نویسی با حافظه مشترک      25

1-3-2 رابط ارسال پیام (MPI)     25

2-3-2 OpenMP        28

یک دستور موازی OpenMP ساده:             30

4-2 طراحی الگوریتم موازی       32

5-2 خلاصه                36

فصل 3    37

الگوریتم فوریه سریع موازی        37

1-3 تبدیل فوریه سریع                37

3-3 الگوریتم مبادله متمرکز        47

4-3 نتایج آزمایش       49

5-3 خلاصه                53

منابع:      54