Net Topo: uma Abstração da Topologia de Rede para Escalonamento para Aplicações Paralelas e Distribuídas

Abstract

A repartição de trabalho em ambientes distribuídos é um problema relevante em aplicaçõescomo simulações sísmicas, dinâmica molecular e previsão de tempo, pois estas possuem com-portamento dinâmico, gerando desbalanceamento de carga no sistema. Uma das maneiras deresolver esse problema é a utilização de balanceadores de carga dinâmicos, cuja função é redu-zir o tempo de execução da aplicação através de uma distribuição de tarefas mais homogênea.Uma alocação de tarefas que leva em consideração a topologia da rede pode reduzir latências decomunicação e efeitos de contenção alocando tarefas que se comunicam próximas uma da ou-tra. Entretanto, poucos balanceadores consideram a topologia do sistema de maneira dinâmica,devido à dificuldade do balanceador de obter informações de topologia de rede, como distânciae proximidade de tarefas, e de levá-las em consideração para o remapeamento de tarefas.Este trabalho desenvolveu a Net Topo, uma abstração da topologia de rede que facilita o acessoa informações de topologia da rede e a utilização destas para distribuição de tarefas. Ela oferecefunções de proximidade e distância entre nós na rede com foco em melhorar a repartição detrabalho. Foram implementadas algumas opções de inicialização da estrutura e foi propostauma forma de arquivar a informação de topologia.A comprovação do funcionamento da Net Topo se deu através de testes com umbenchmarksin-tético para balanceamento de carga. Uma estratégia de balanceamento de carga foi modificadapara utilizar a abstração elaborada e, quando comparada com a original, não só teve sobrecustonegligenciável mas apresentou benefícios na inicialização e na velocidade da estrutura. Por ar-quivar as informações de topologia para execuções futuras, a Net Topo permitiu uma reduçãode 97% no tempo de inicialização de topologia. O desempenho da abstração foi avaliado em di-ferentes escalas, mostrando que a Net Topo consegue apresentar boa escalabilidade na maioriadas suas funções.

A repartição de trabalho em ambientes distribuídos é um problema relevante em aplicaçõescomo simulações sísmicas, dinâmica molecular e previsão de tempo, pois estas possuem com-portamento dinâmico, gerando desbalanceamento de carga no sistema. Uma das maneiras deresolver esse problema é a utilização de balanceadores de carga dinâmicos, cuja função é redu-zir o tempo de execução da aplicação através de uma distribuição de tarefas mais homogênea.Uma alocação de tarefas que leva em consideração a topologia da rede pode reduzir latências decomunicação e efeitos de contenção alocando tarefas que se comunicam próximas uma da ou-tra. Entretanto, poucos balanceadores consideram a topologia do sistema de maneira dinâmica,devido à dificuldade do balanceador de obter informações de topologia de rede, como distânciae proximidade de tarefas, e de levá-las em consideração para o remapeamento de tarefas.Este trabalho desenvolveu a Net Topo, uma abstração da topologia de rede que facilita o acessoa informações de topologia da rede e a utilização destas para distribuição de tarefas. Ela oferecefunções de proximidade e distância entre nós na rede com foco em melhorar a repartição detrabalho. Foram implementadas algumas opções de inicialização da estrutura e foi propostauma forma de arquivar a informação de topologia.A comprovação do funcionamento da Net Topo se deu através de testes com umbenchmarksin-tético para balanceamento de carga. Uma estratégia de balanceamento de carga foi modificadapara utilizar a abstração elaborada e, quando comparada com a original, não só teve sobrecustonegligenciável mas apresentou benefícios na inicialização e na velocidade da estrutura. Por ar-quivar as informações de topologia para execuções futuras, a Net Topo permitiu uma reduçãode 97% no tempo de inicialização de topologia. O desempenho da abstração foi avaliado em di-ferentes escalas, mostrando que a Net Topo consegue apresentar boa escalabilidade na maioriadas suas funções.