تجزیه و تحلیل المان محدود در یک محیط محاسبات ابری
| عنوان | تجزیه و تحلیل المان محدود در یک محیط محاسبات ابری |
|---|---|
| نویسنده | محتاروغلو، نیتل |
| تاریخ انتشار: | 2019-01-04 |
| نوع | سند |
| زبان | انگلیسی |
| دیجیتال | بله |
| نسخه خطی | خیر |
| کتابخانه: | دانشگاه اوزیغین |
| شماره ثبت | 5928de8b-e0b0-451e-a629-5d3729e0edb0 |
| محل کتابخانه | گروه علوم کامپیوتر |
| تاریخ | 2019-01-04 |
| متن نمونه | در این پایان نامه، چالش های پیش روی و درس های آموخته شده در حین ایجاد یک سرویس محاسبات ابری با کارایی بالا در مقیاس بزرگ که امکان تجزیه و تحلیل سازه مکانیکی آنلاین و بسیاری از کاربردهای علمی دیگر را با استفاده از تکنیک تحلیل المان محدود (FEA) فراهم می کند، تشریح خواهد شد. در یک محیط محاسباتی با عملکرد بالا (HPC)، چندین شغل با تقاضاهای مختلف میتوانند در کنار هم وجود داشته باشند، بنابراین استفاده کارآمد از منابع خود و همچنین برآورده کردن انتظارات کیفی ارائهکنندگان کار، چالشی برای ارائهدهنده خدمات است. چنین سرویسی برای پردازش همزمان بسیاری از وظایف مستقل و آزادانه طراحی شده است. برای دستیابی به معیارهای زمانبندی شغلی بهینه، هر نوع شغلی که میتواند به خوشه ارسال شود باید به دقت بررسی شود، ویژگیهای مکانی و زمانی آن باید به خوبی درک و کمیتبندی شوند. چالشهای پیشرو شامل توصیف دقیق کارهای پیچیده FEA، رسیدگی به کارهای ترکیبی چند وظیفهای، حساسیت اجرای کار به پارامترهای چند رشتهای، زمانبندی مؤثر چند هستهای در یک گره محاسباتی واحد، و دستیابی به مقیاسبندی بدون درز در چندین گره است. مشخص شده است که دستاوردهای عملکرد قابل توجهی از نظر تاخیر تکمیل کار و توان عملیاتی از طریق پارتیشن بندی دسته ای پویا یا "هوشمند" و زمان بندی آگاهانه از منابع در مقایسه با روش های ساده و بی تکلف اولین شغل (SCF) و زمان بندی تهاجمی موازی امکان پذیر است. فصل 3 این پایان نامه یک بحث پایانی در مورد مسائل فنی مربوط به طراحی و پیاده سازی یک سرویس محاسبات ابری جدید برای تجزیه و تحلیل اجزای محدود (FEA) ارائه می کند. چندین انتخاب طراحی برای خدمات HPC در لایههای مختلف معماری رایانش ابری برای سادهسازی و گسترش موارد استفاده آن بررسی شدهاند. بررسی ها با لایه نرم افزار به عنوان سرویس (SaaS) شروع می شود و حل کننده های معادلات خطی موازی را مقایسه می کند. به منظور به حداقل رساندن تأخیر کار و به حداکثر رساندن توان کلی کار، چندین ویژگی ماتریس درک می شوند. توسعه چنین درکی نیز برای سیستم های HPCaaS برای انتخاب خودکار مقدار منابع محاسباتی در هر کار بسیار مهم است. در بخشهای بعدی، طراحی یک زمانبندی «هوشمند» که میتواند به صورت پویا برخی از پارامترهای مورد نیاز را انتخاب کند، حجم کار را تقسیمبندی کرده و آن را به روشی آگاهانه از منابع زمانبندی کند، نشان داده میشود. نتایج نشان میدهد که بهبود عملکرد تا 7.53 برابر نسبت به یک زمانبندی تهاجمی با استفاده از بارهای FEA مخلوط، ارائه خواهد شد. علاوه بر مطالعات عملکرد، بحث تکمیلی در مورد مسائل مهم مربوط به حریم خصوصی داده ها، امنیت، حسابداری و قابلیت حمل سرویس ابری نیز ارائه خواهد شد. روند جدید در مهندسی حل مشکلات محاسباتی پیچیده در ابر از طریق خدمات HPC ارائه شده توسط فروشندگان مختلف است. برای تعمیق بیشتر تحلیلهای بارهای کاری که وظایف مرتبط با HPC در علم و مهندسی را نشان میدهند، در فصل 4، عملکرد حلکنندههای معادله خطی مستقیم در مقابل تکراری مقایسه شدهاند تا به توسعه زمانبندیهای شغلی کمک کند که میتوانند به طور خودکار بهترین نوع حلکننده را انتخاب کرده و آنها را تنظیم کنند (مانند ماتریسها را پیششرط) با توجه به ویژگیهای شغل و شرایط بار کاری که اغلب در HPC انجام میشوند. به عنوان اثبات مفهوم، از سه مسئله الاستیسیته کلاسیک استفاده خواهد شد که عبارتند از یک تیر طاقدار، مشکل لنگ و ضریب تمرکز تنش (SCF). این مدلها از نظر تئوری بسیاری از موقعیتهای مکانیکی واقعی را در مهندسی سازه، یعنی صنایع هوافضا، خودروسازی، ساختوساز و ماشینآلات نشان میدهند. مشکلات خطی نماینده با افزایش دانه بندی ها مشبک می شوند که منجر به اندازه های مختلف ماتریس می شود. بزرگترین دارای 1 میلیارد عنصر غیر صفر است. تجزیه و تحلیل اجزای محدود دقیق بر روی یک خوشه HPC IBM اجرا می شود. ابتدا، یک موازی چند پیشانی استفاده میشود، حلکننده مستقیم پراکنده و عملکرد آن را با تجزیههای Cholesky و LU ماتریسهای تولید شده با توجه به استفاده از حافظه و عملکردهای اجرای چند هستهای و چند گره ارزیابی میکند. در مورد حلکننده تکراری، کتابخانه PETSc استفاده میشود و محاسبات را با چندین روش زیرفضای کریلوف (CG، BiCG، GMRES) و ترکیبهای پیششرطی (BJacobi، SOR، ASM، None) انجام میدهد. بعداً در فصل 4، نتایج حلکننده مستقیم و تکراری با هم مقایسه و مقایسه میشوند تا مناسبترین الگوریتم برای موارد مختلف بهدستآمده از مدلسازی عددی این مسائل الاستیسیته خطی سهبعدی پیدا شود. علاوه بر مطالعات فوق، به عنوان یک تحقیق تکمیلی، لایه زیرساخت به عنوان یک سرویس (IaaS) برای HPC مورد بررسی قرار گرفته و ویژگی هایی مانند عملکرد برنامه، جداسازی بار و مسائل سرعت استقرار با استفاده از کانتینرهای برنامه (Docker) مشاهده می شود. این ویژگی ها همچنین با ماشین های فیزیکی و مجازی (VM) بر روی یک ابر عمومی مقایسه می شوند. برای این منظور، استقرار ویژه HPC با استفاده از فناوری کانتینرهای کاربردی ارزیابی میشود و معیارهای عملکرد به منظور کمک به ارزیابی این فناوریها برای زمانبندیهای کار برای استفاده در زیرساختهای رایانش ابری مورد بررسی قرار میگیرند. این مرحله از تحقیق بر درک رفتار زیرساختهای رایانش ابری در شرایطی متمرکز است که استقرار و استفاده از کانتینرها (Docker) با یک نرمافزار انتخابی ضروری است. به طور خلاصه، این پایان نامه دکتری چند رشته ای بیشتر جنبه های حیاتی و چالش های محاسباتی ارائه FEA در فضای ابری برای مکانیک ساختاری از جمله سهولت استقرار، عملکرد در سطح دسته ای، انزوا در سطح شغل، حسابداری مالی و امنیت محتوا را پوشش می دهد. از چندین ابزار و تکنیک های نرم افزاری مدرن استفاده می کند، در حالی که ابزارهای جدید را به ادبیات کمک می کند.، aktarılacaktır. Özel olarak çevrimiçi bir mekanik yapısal analize, genel olarak ise bir çok bilim ve mühendislik alanına uygulanabilecek bu öğrenimler, sonlu elemanlar yöntemine özel bir vurgu yapılarak incelenecektir. Yüksek başarımlı hesaplama ortamlarında aynı anda birden çok farklı türde ve özellikte iş aynı anda bulunurlar. Hizmet sağlayıcının iş gönderen kullanıcıların beklentilerini karşılamak ve aynı anda da yüksek başarım ortamının en verimli şekilde kullanılması gibi birbiriyle çelişen iki kaygıyı dengelemesi. gerekmekted Böyle bir düzeneğin verimli çalışması için ise küme üzerindeki işlere ve kümenin verili andaki durumuna göre davranabilen akıllı bir zamanlama yönteminin geliştirilmesi kritik önem taşımaktadır. Bu zamanlama yönteminin geliştirilmesi için gerekli ön çalışmalar، kümenin çözümlemeye çalıştığı iş türlerinin anlaşılıp sınıflandırılması، بو یوکلرین زمان و آلان ایتیالاملماس içermektedir. İkinci aşamada ise، bu iş yüklerinin çok çekirdekli ve çok düğümlü ortamlarda kaynakların verimli kullanılmasının sağlacak şekilde nasıl zamanlanabileceği sorusunun cevabının araştırılması gerekmektedir. Araştırmalar sırasında iş türlerinden ve hesaplama kümesinin gerçek zamanlı durumundan haberdar olan akıllı bir zamanlama yöntemi kullanılarak, kullanıcılar açısından gecikmeleri azaltmanın, hizmet sağılie آرتیرمانین مومکون اولدوغونو، بو تور دوروملاردا یایگین اولارک کولانیلان ان کیسا اولانین اونسه چوزوملنمسی ویا آگرسیف اولارک بودون کایناکلارین کولانیلماسی یونتملریندن داها اییی سونوچولیمی. Bu tezin ilk bölümleri sonlu elemanlar yöntemini bir bulut bilişim hizmeti olarak sunmak için gereken tasarımların ve uygulamarın teknik bir tartışmasını içermektedir. Bu teknik tartışma özünde, kurgulanan yüksek başarımlı hesaplama hizmetinin değişik katmanlarda incelenmesi ve mimarilerin oluşturulmasını kapsamaktadır. İlk olarak yazılım hizmeti katmanına odaklanarak doğrusal denklem takımlarının çözümlerini incelenecektir. Ardından bu incelemeler sırasında hesaplamalara temel oluşturan matrislerin karakteristiklerinin işler kümeye gönderilmeden belirlenmesi ve iş hesaplama değişkenlerinin bunlara göre güncellenmesinin verimlilığinmasin a artırkında azaltılmasına çok büyük katkıları olduğunu gözlemlediği بلگولار paylaşılacaktır. Bu giriş kısmını takip eden diğer bölümlerde ise tasarlanan akıllı zamanlayıcı ve başarıma olan 7.53x hızlandırıcı etkisi deney sonuçları ile beraber gösterilecektir. Başarım üzerine verilecek örneklerin ardından ise veri güvenliği, fiyatlandırma ve taşınabilirlik gibi konular da incelenecektir. İlerleyen bölümlerde ise mühendislik hesaplamalarında yeni yeşermekte olan bir yaklaşım olan yüksek başarımlı bulut bilişim hizmetlerinin kullanılmasının daha etkin hale getirilmesine katkı vermek amğımlı takımı çözücülerinin incelenmesini çeşitlendirilecektir. Ayrıca akıllı zamanlayıcının sadece donanım anlamında hesaplama parametrelerini değil bunun yanı sira da çözümlenecek işin yapısına göre yazılım parametrelerine de mudahale etmesini sağlamak amacırialenu verlecektir. Bu araştırmalar sırasında kullanılan gerçek hayattan alınma doğrusal elastisite problemleri hakkında da kısa bilgilere yer verilecektir. Çeşitli çözünürlüklerde ayrıklaştırılarak örgüleri oluşturulmuş bu modellerin kullanıldığı، geliştirilen akıllı zamanlayıcının değişkenlerini belirlendiği، Cholesky، LU gibi direktin kullanılışüs Altuzay Yöntemleri ile de sinandığı deneylerin sonuçlarını paylaşılacaktır. Bu bellek kullanımı, çoklu çekirdek, çoklu düğüm koşum davranışlarını daha sonra lineer elastisite problemlerinin çözümü için gerekli donanım ve yazılım değişkenlerini verimli şekilde ayarlamakolarak ikullana tekulla. Bahsedilen çalışmalara ek olarak ise altyapı servisi katmanına da odaklanıp، yüksek başarımlı hesaplama için uygulama kapları kullanıldığında başarım، yalıtım و kurulum hızı gibielelarışıv da yer verilecektir. Uygulama kaplarının, fiziksel ve sanal makinalarla davranış farklarının da yorumlanacağı bu kisım tezin son bölümünü oluşturacaktır. |