Генерация потоковых сетей акторов поиска кратчайших путей для параллельной многоядерной реализации

Objectives. The problem of parallelizing computations on multicore systems is considered. On the Floyd – Warshall blocked algorithm of shortest paths search in dense graphs of large size, two types of parallelism are compared: fork-join and network dataflow. Using the CAL programming language, a method of developing actors and an algorithm of generating parallel dataflow networks are proposed. The objective is to improve performance of parallel implementations of algorithms which have the property of partial order of computations on multicore processors.Methods. Methods of graph theory, algorithm theory, parallelization theory and formal language theory are used.Results. Claims about the possibility of reordering calculations in the blocked Floyd – Warshall algorithm are proved, which make it possible to achieve a greater load of cores during algorithm execution. Based on the claims, a method of constructing actors in the CAL language is developed and an algorithm for automatic generation of dataflow CAL networks for various configurations of block matrices describing the lengths of the shortest paths is proposed. It is proved that the networks have the properties of rate consistency, boundedness, and liveness. In actors running in parallel, the order of execution of actions with asynchronous behavior can change dynamically, resulting in efficient use of caches and increased core load. To implement the new features of actors, networks and the method of their generation, a tunable multi-threaded CAL engine has been developed that implements a static dataflow model of computation with bounded sizes of buffers. From the experimental results obtained on four types of multi-core processors it follows that there is an optimal size of the network matrix of actors for which the performance is maximum, and the size depends on the number of cores and the size of graph.Conclusion. It has been shown that dataflow networks of actors are an effective means to parallelize computationally intensive algorithms that describe a partial order of computations over decomposed data. The results obtained on the blocked algorithm of shortest paths search prove that the parallelism of dataflow networks gives higher performance of software implementations on multicore processors in comparison with the fork-join parallelism of OpenMP.Цели. Рассматривается задача распараллеливания вычислений на многоядерных системах. Посредством блочного алгоритма Флойда – Уоршалла поиска кратчайших путей на плотных графах большого размера сравниваются два вида параллелизма: разветвление/слияние и сетевой потоковый. С использованием языка программирования CAL разрабатываются метод построения акторов потока данных и алгоритм генерации параллельных сетей акторов. Целью работы является повышение производительности параллельных сетевых реализаций алгоритмов, обладающих свойством частичного порядка вычислений, на многоядерных процессорах.Методы. Используются методы теории графов, теории алгоритмов, теории распараллеливания, теории формальных языков.Результаты. Доказаны утверждения о возможности переупорядочивания вычислений в блочном алгоритме Флойда – Уоршалла, способствующие повышению загрузки ядер при реализации алгоритма. На основе утверждений разработан метод построения акторов на языке CAL и предложен алгоритм автоматической генерации CAL-сетей потока данных для различных конфигураций матриц блоков, описывающих длины кратчайших путей. Доказано, что сети обладают свойствами согласованности, ограниченности и живучести. В акторах, работающих параллельно, порядок выполнения действий с асинхронным поведением может динамически меняться, что приводит к эффективному использованию кэшей и увеличению загрузки ядер. Для реализации новых возможностей акторов, сетей и метода их генерации разработан настраиваемый многопоточный CAL-движок, реализующий статическую модель потоковых вычислений с ограниченными размерами буферов. Из экспериментальных результатов, полученных на четырех типах многоядерных процессоров, следует, что существует оптимальный размер сетевой матрицы акторов, для которого производительность максимальна, и этот размер зависит от размера графа и количества ядер.Заключение. Показано, что сети акторов потока данных являются эффективным средством распарал-леливания алгоритмов с высокой вычислительной нагрузкой, описывающих частичный порядок вычислений над данными, декомпозированными на части. Результаты, полученные на блочном алгоритме поиска кратчайших путей, показали, что параллелизм сетей потока данных дает более высокую производительность программных реализаций на многоядерных процессорах по сравнению с параллелизмом разветвления/слияния стандарта OpenMP

Random algorithm of forming programming teams accounting for compatibility of programmers

The compatibility of programmers is one of the main sources of increasing the efficiency of operation of programming teams. In the paper, we have proposed a random algorithm of forming teams which account for compatibility of programmers and their influence on the teams’ runtime costs. Experimental results have shown that the random algorithm forms the teams which reduce the runtime costs by up to 12,49 % compared to the teams generated by the greedy algorithm

Classic and Agent-Based Evolutionary Heuristics for Shape Optimization of Rotating Discs

The article presents a metaheuristic solution for the problem of shape optimization of a rotating annular disc. Such discs are important structural components of e.g. jet engines, steam turbines or disc brakes. The design goal is to find the disc shape that would ensure its maximal carrying capacity (corresponding to the speed of rotation), which is a variational problem with the objective functional defined by L-infinity norm. Such a definition makes the problem impossible to solve using analytical methods so utilization of metaheuristics is necessary. We present different algorithms to solve the problem starting with a classic evolutionary one, followed by agent-based and hybrid agent-based memetic algorithms, which are the main focus of this paper. The reason for this is that agent-based computing systems proved to be versatile as an optimization technique being especially efficient for the problems with complex fitness functions. The obtained experimental results encourage further application of such an approach to similar engineering problems

SERENA: an energy-efficient strategy to schedule nodes activity in wireless ad hoc and sensor networks

In wireless ad hoc and sensor networks, an analysis of the node energy consumption distribution shows that the largest part is due to the time spent in the idle state. This result is at the origin of SERENA, an algorithm to SchEdule RoutEr Nodes Activity. SERENA allows router nodes to sleep, while ensuring end-to-end communication in the wireless network. It is a localized and decentralized algorithm assigning time slots to nodes. Any node stays awake only during its slots and the slots assigned to its neighbors, it sleeps the remaining time. SERENA is based on distributed and localized two-hop coloring. The node's color is then mapped in time slot. Thus, each node is ensured to get at least one time slot, it also gets additional time slots proportionally to its traffic rate. Such a solution adapts to varying traffic rates and supports late node arrivals. A performance evaluation allows us to compare SERENA coloring algorithm with existing ones such as DLF, both in terms of number of colors and complexity. Simulation results show that SERENA enables us to maximize network lifetime while increasing the number of user messages delivered. We quantify the slot reuse and evaluate the impact of the frame size on network performance. We then study how to dimension buffers at the router nodes. Finally, we show how SERENA improves the node energy consumption distribution and maximizes the energy efficiency of wireless ad hoc and sensor networks

Информационные технологии в образовании, науке и производстве

Цель конференции – стимулирование научно-исследовательской и инновационной деятельности профессорско-преподавательского состава, научных работников, докторантов, аспирантов, магистрантов, развитие международного сотрудничества в сфере науки и образования, укрепление творческих связей с учреждениями высшего образования, академическими и отраслевыми институтами, организациями и предприятиями