彭 慧

（湖南財政經濟學院，湖南 長沙 410205）

隨著信息技術的高速發(fā)展，計算機負荷并行處理技術得到了越來越多的人的關注，這是因為大規(guī)模的并行處理技術是一種主流技術，其技術當中的關鍵在于高速的互聯網技術、網絡節(jié)點的結構以及計算機程序實現并行.在該項技術使用的過程中，同時也需要注意到計算機負荷的因素，如果計算機負荷無法達到要求，那么并行處理技術也無法起到應有的效果，因此在使用計算機負荷并行處理技術的過程中，就需要著重注意到應該使用智能化的分配算法.在這樣的情況下，就需要對基于智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術進行研究.本文將從同構星型的網絡為出發(fā)點，并且在網絡中是由N個鏈路以及N+1個處理器構成的，包括了根處理器和前端處理器，所有處理器都必須通過聯路進行連接，而通過智能化分配算法將系統中的總負荷科學地分配到各個合適的節(jié)點上.因此，系統通信的開銷也就能夠變得最小，系統的等待時間也得到了縮短，效率提升，也因為這樣的原因，系統的整體性能也得到了提高，變?yōu)樽罴褷顟B(tài).

1 計算機并行處理技術的特點

計算機并行處理技術是一種全新的技術，目前在計算機各個領域使用的較為廣泛.其主要特點有如下幾點：

1.1 大規(guī)模并行處理

計算機的并行處理技術的一種大規(guī)模的并行處理技術，通常被我們稱為MPP，該系統的種類很多，其中MIMD型的存儲方式為松耦合分布，是這種并行處理方式中的主要技術，包括了高速互聯網絡、并行程序開發(fā)以及節(jié)點結構三個方面.

1.2 對稱多處理技術

MPP系統中多是將多個計算機通過一條總線進行連接，系統中所有的硬件和軟件都處于對稱的位置上.其中硬件上的CPU擁有完全一致的計算能力，并且數據能夠實現共享；而所有的軟件則擁有同樣的操作系統代碼.

1.3 工作站群機處理技術

在這一項技術當中，將會通過互聯網將一組服務器和小型機包括工作站或是巨型機甚至大規(guī)模并行處理系統聯系在一起.而由于這些機器被連接在了一起，也就能夠進行并行處理的工作.

1.4 并行數據庫處理技術

計算機并行數據庫處理技術是計算機并行處理技術當中重要的組成部分之一.通過并行數據庫處理技術，能夠有效提高計算機對數據查詢速度以及數據管理方面的能力.在這過程當中，能夠實現對計算機數據庫的并行查詢，并對數據庫進行分區(qū)的管理，使數據庫的使用更加的便捷.就目前來看，并行數據庫處理技術在使用當中最主要的是虛擬的服務技術和多線程技術.

1.5 對稱多處理技術

對稱多處理技術的英文縮寫為SMP，在這項技術當中也是通過總線將多個處理器聯系而成，而且系統中的軟件和硬件是對稱的，同時在硬件上的每個CPU計算能力相同，也是共享主存的.在軟件上，所有的軟件都是共享一份操作代碼的.

2 智能化分配算法的計算機負荷并行處理的模型以及算法

2.1 智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術的模型描述

我們將以同構星型的網絡為模型，在網絡中是由N個鏈路以及N+1個處理器構成的，包括了根處理器和前端處理器，同時所有的處理器都和根處理器用過通信鏈路連接，并且與之相連的處理器和鏈路的線性成本系數為…以及…我們可以假設當計算機達到一定的負荷時，總的負荷將通過根處理器被分成N+1份，并且根處理器將能夠保證自身的部分為a0，然后能夠為子處理分配P1、P2、P3、…、PN的部分也能夠保證其為 a1、a2、a3…、an.在負荷的分配完成之后，系統中包含的所有處理器會立即開始計算，直到被分配的負荷被全部計算處理了為止.在計算的過程中，我們可以令Wi為第i個處理器的計算速度的倒數，ai為第i個鏈路上的處理器所分配到的負荷，Zi則是在第i個鏈路上的連接速度的倒數，計算強度的常數是Tcp，用來表示在WiTcp秒內通過第i個鏈路時的總負荷.此外，Tf表示所有負荷被處理完成后的時間.

2.2 智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術的負荷分配算法

在對智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術的負荷分配模型進行計算的過程中，首先需要明確服務器系統S是由n個可用的節(jié)點構成的，并且系統中的數據可以劃分為p個數據分片，同時在整個系統中必須一共要有m個任務.W用來表示整個系統中任務的等待處理的隊列，長度用Q來表示，Wi對應的應該是第i個網絡節(jié)點上接收到的但是還沒有進行處理的任務所形成的隊列，隊列的長度為Qi.在計算機智能化分配算法實現的過程中，必須要包含以下幾個定義，才能使算法成立.

定義1 網絡節(jié)點類型向量Tu，根據節(jié)點在工作中的荷載L來表示和記錄各個節(jié)點類型中所包含的一維向量的取值.網絡中所有節(jié)點都要設置閾值f，這個值是根據系統運行時的資源配置以及系統實際的處理能力來進行設置的.與此同時，還要設定

在本式中，要注意Tv[i]表示-1，表示的具體意義為系統在Si狀態(tài)欠載，并且為接收節(jié)點，如果Tv[i]為0，那么表示系統在Si為平衡狀態(tài)，如果Tv[i]為1，那么表示系統在Si為超載狀態(tài)，并且在此時為發(fā)送結點.

定義2 節(jié)點的負載是用L來表示，并且用所有節(jié)點的CPU隊列的長度比來表示每個節(jié)點的CPU隊列長度.也就是說，如果假設Si的CPU隊列長度為Li，那么在Si處的負載就可以使用如下過程進行計算.

定義3 在該系統當中，數據分配矩陣將用Dm來表示，那么我們可以通過計算整個系統中數據分片的分布來將Dm的值進行確定，同時也能夠將數據分布情況的矩陣進行確定，具體大小為n×p.

定義4 系統中數據分布冗余等級的向量為Rv，我們將通過這個向量來記錄某一個數據分片冗余等級的一維向量，具體的大小用p來表示，計算過程為：

定義5 開銷矩陣Am是用來表示系統中的某一個任務被分配到某一節(jié)點上后，在執(zhí)行時產生的開銷矩陣，開銷矩陣的大小為m×n，其計算過程為：

其中Am[g,i]為任務再借點Si商上執(zhí)行的開銷.

定義6 節(jié)點任務在執(zhí)行的計算開銷數組AA為記錄每一個節(jié)點中的所有任務執(zhí)行開銷之和的一維數組，具體的大小為n，計算過程為：

定義7 在系統中的各個任務在進行通信開銷時，開銷矩陣是用TM來表示的，當不同節(jié)點機在執(zhí)行任務時，會進行信息的交換，這時就會產生通信開銷矩陣，具體大小用m×m來表示.計算過程為：

定義8 節(jié)點機在進行任務處理的過程中，會產生一個值為CA.我們將用CA來表示任務通信的開銷數組，其作用就是記錄每一個節(jié)點執(zhí)行任務時和其他節(jié)點進行信息交換所產生的通信開銷總和的數組，具體大小為n，數組的計算過程為：

定義9 節(jié)點機任務開銷數組用FA來表示，可以用于記錄在每一個節(jié)點中計算通信開銷以及開銷之和，數組的具體大小為n，可以使用以下過程來進行計算

定義10 當一個任務在任意的兩點之間進行轉移時，也會產生開銷，這被我們成為轉移開銷.在具體的計算過程中，我們可以設Csize（Tg）為任務Tg在執(zhí)行時的代碼數據量，與此同時，設Rsize（Tg）為任務Tg在執(zhí)行后結果信息的數據量，那么當Tg從節(jié)點Si轉移到節(jié)點Sj時，所產生的開銷Pg為

在這個式子當中包括了發(fā)送者和接受者啟動的模塊，當兩個模塊在工作時，會根據總的任務負載和在等待中的任務量來選擇應該啟動的子模塊，從而保證任務的圓滿完成.

2.3 智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術的負荷的主要遞推公式

在進行負荷的分配時，分配過程可以用一種與根特圖相類似的時間分配表格來進行表示.如圖所示，時間軸的上方表示的是系統的通信時間，而時間軸的下方則表示計算時間.在該時間圖的基礎上，我們同時假設所有的處理器在同一時間節(jié)點上都能夠停止計算，從而得到遞推公式.

通過此時間圖我們可以計算出系統的遞推公式為

其中Cn為系統在處理第n個處理器時總的負荷成本，而總成本為每個鏈路上到處理器上所得到的單個處理成本的總和，計算方法為

3 結語

在進行分布式并行數據處理的過程中，對計算機負荷的正確處理顯得十分重要，因此就需要使用任務分配算法來進行計算，這種計算方式將有效提高計算機處理任務的效率以及系統的處理開銷.文章所提出的智能化分配算法的計算機負荷并行處理技術能夠根據負荷的變化智能地選擇啟動策略，并同時將任務執(zhí)行時可能出現的需求進行綜合的考慮，值得在數據處理過程中使用.

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