FBE- Bilgisayar Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/10
Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir. Lisansüstü eğitiminde uzmanlık alanları: Bilgisayar Ağları, Yapay Zeka, Doğal Dil İşleme, Paralel ve Dağıtık Sistemler.

Gözat

Yazar "Akgündüz, Mustafa Haluk" ile FBE- Bilgisayar Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Dağıtık Mimari Tasarımı Ve Yönetim Sistemi Geliştirilmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-06-10) Akgündüz, Mustafa Haluk ; Adalı, Eşref ; 10074950 ; Bilgisayar Mühendisliği ; Computer Engineering
    Dağıtık Sistemler, büyük ölçekli uygulamaların zaman ve alan gereksinimi konusunda karşılaştıkları engelleri aşma yönünde ortaya çıkmış bir mimari türüdür. Dağıtık sistemlere kadar olan zamanda geliştirilen mimariler, uygulamaları hızlandırma yönünde donanım (çok işlemcili sistemler, çok çekirdekli işlemciler vb.) ya da yazılım (istemci / sunucu vb.) alanında bir gelişim gösterse de uygulamaların büyüklüklerindeki artış ivmesini yakalayamamışlardır. Diğer yandan başarım kriterlerinin sınırlı sayıda fiziki bilgisayarlar üzerinde gerçekleştirilmek istenmesi, ortaya maliyeti yüksek bir çözüm çıkarmaktadır. Son zamanlarda, akıllı telefon ve tablet bilgisayarların yaygınlaşması, atanmış sistemlere yönelik işlemci, bellek gibi donanımların başarım / fiyat oranlarının artmasını sağlamıştır. Böylece mevcut geliştirilmiş ya da tasarlanacak düşük maliyetli atanmış sistemlerin birarada kullanılmasıyla, maliyeti yüksek hızlı bilgisayarlardan daha iyi başarım / fiyat oranı elde edilebileceği fikri ortaya çıkmıştır. Hedeflenen çalışmada amaç, büyük ölçekli örnek bir uygulamanın, dağıtık sistem mimarisi vasıtasıyla ayrıştırılıp atanmış bilgisayarlarda çalıştırılmasını sağlamak ve elde edilen başarım / fiyat oranının mevcut sistemlerle karşılaştırmasını yapmaktır. Bununla birlikte, sistemdeki donanım sayısının artması, sistemin sürdürebilirliğine ait riskleri, donanımlara dağıtmakta, böylece hem güvenilirlik hem de verimlilik anlamında daha iyi bir sistem ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Dağıtık sistemlere yönelik olarak yapılan literatür araştırmalarında; ana bilgisayar, istemci / sunucu, dağıtık nesne, bilgisayar kümeleri ve grid mimarileri incelenmiş, üstün ve eksik yönleri irdelenmiştir. Çalışmada, uygulamaların yüksek başarımlı olarak çalıştırılmak istenmesi ve mevcut atanmış bilgisayarların sınırlı kaynaklara sahip olması nedeniyle, çözüme yönelik en uygun mimarinin bilgisayar kümeleri mimarisi olduğu belirlenmiş ve tez kapsamında tercih edilen mimari olmuştur. Sayılan üstünlüklerine karşın bilgisayar kümeleri mimarisinin en önemli eksikliği platform esnekliği sağlamamasıdır. Çalıştırılacak uygulamanın atanmış bilgisayarın sahip olduğu işlemci mimarisi ve işletim sistemi ile uyumlu olması gerekmektedir. Ancak bilgisayar sistemlerinde genel olarak platform bağımsızlığı ile başarım arasında karşılıklı dışlama durumu hakimdir, yani platform bağımsızlığı beraberinde belirgin bir başarım kaybını da getirmektedir. Tezin amacındaki öncelik başarım artırımı olduğundan, platform bağımsızlığı değerlendirme dışında kalmıştır. Bilgisayar kümeleri mimarisinde, ana bir bilgisayar üzerinden merkezi bir yönetim yazılımı vasıtasıyla sistemdeki düğümler yönetilmekte, uygulama alt görevlerinin dağıtılıp çalıştırılması sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasıyla bir Merkez Yönetim Yazılımı ve sınamaya yönelik olarak matris çarpımı tabanlı bir matematiksel uygulama geliştirilmiş, bu uygulamanın geliştirilen Merkez Yönetim Yazılımı vasıtasıyla düğümlere aktarılıp çalıştırılması gerçekleştirilmiştir. Benzer çalışmalardan farklı olarak, güvenilirliğin artırılmasına yönelik olarak çoklu çalıştırma, birebir yedekleme ve havuz yedekleme yöntemleri incelenmiştir. Havuz yedekleme yönteminde diğer yöntemlere göre daha az sayıda düğümün sürdürebilirlik kümeleri olarak işaretlenip bekletilmesi, bununla beraber diğer yöntemlerden daha iyi güvenilirlik sağlaması, sistemin güvenilirliğinin sağlanması noktasında yeterli imkanı sağlamış olup, tez kapsamında tercih edilmiştir. Diğer taraftan verimi artırmaya yönelik olarak, dosya aktarımlarında, MD5 bazlı kontroller konularak dosya aktarımı optimize edilmiş ve aynı dosyaların tekrarlı aktarımı engellenmiş, tasarlanan önceliklendirme algoritması ile düğümler önceliklendirilmiş, böylece düğümlerde çalıştırılacak uygulama alt görevlerine öncelik değeri atama imkanı verilmiş, düğümlerin homojen kullanımı sağlanarak yaşlanma oranları dengelenmiş, böylece sistemin ilk bozulma anı ötelenmiştir. Haberleşme altyapısının seçimine yönelik çalışmada, Berkeley Soketleri, Mesaj Aktarım Arabirimi, Uzak Yordam Çağrısı ve Dağıtık Paylaşımlı Bellek yapıları incelenmiş, hem kullanılacak atanmış bilgisayarların farklı yapılandırma gereksinimleri, hem de başarım ekseninde yapılan araştırma sonuçlarına göre, geliştirilen uygulamada bilgisayar kümeleri mimarisinde çokça kullanılan Mesaj Aktarım Arabirimi yerine TCP / IP tabanlı Berkeley Soketleri tercih edilmiştir. Haberleşme altyapısı olarak Berkeley Soketlerinin seçilmesinden dolayı, aktarılmak istenen nesnelere ya da dosyalara ilişkin verilerin serileştirilerek mesaj yapısına eklenmesi ve karşı tarafta aynı verinin mesajdan ayrıştırılarak ilgili nesnelerin ya da dosyaların oluşturulması işlemine ilişkin mesajlaşma yapısı ayrıca tanımlanmış ve geliştirilen Merkez Yönetim Yazılımına entegre edilmiştir. Geliştirilen yazılıma referans olması açısından, OSCAR, ROCKS, WareWulf, xCAT ve Debian Küme Bileşenleri incelenmiş, farklı yönleri karşılaştırılmıştır. Merkez Yönetim Yazılımı, uygulamanın ayrıştırılarak düğümlerde çalıştırılmasına ilişkin tüm süreci dağıtıcı, toplayıcı(lar) ve düğüm(ler) den oluşan üç ana bileşenle gerçekleştirmektedir. Dağıtıcı tüm süreci yönetmek yerine sadece toplayıcı ve düğümleri yönetmekte, böylece hem tüm sürecin yönetimi kolaylaşmakta hem de yazılım içerisinde bileşen bazlı yalıtım sağlanmaktadır. Toplayıcı ve düğümler arası aktarım dağıtıcıdan bağımsızlaştığı için haberleşme ve senkronizasyon gibi ek işler ortadan kalkmıştır. Toplayıcı, uygulamanın bulunduğu bilgisayarda çalışıp, uygulamaya ilişkin paralelleşmiş alt görevlerin tanımlandığı kural dosyalarını çözmekte ve alt görevlerin düğümlere aktarımını sağlamaktadır. Düğümler ise toplayıcılardan gelen kural ve kuralla ilgili dosyaların çalıştırılmasını sağlamaktadırlar. Düğümlerde çalıştırılacak uygulamaya ilişkin dosyalar ve değiştirge kümeleri gibi tüm gereksinimler uygulama sahibi tarafından kural listesi halinde tanımlanmakta ve kural dosyalarında barındırılmaktadır. Kurallar dağıtımı yapılacak uygulamanın içeriğine dair bir bilgi barındırmazlar, uygulamaya bakışları sadece dosya ve değiştirge listeleri ve bunların çalıştırılma şekillerinden ibarettir. Dolayısıyla merkez yönetim yazılımının uygulamaya olan saydamlığını sağlamış olurlar. Sistemin sınanması iki farklı bilgisayar ve dört farklı atanmış bilgisayar kullanarak gerçekleştirilmiştir. Sınanan atanmış bilgisayarlar sırasıyla, Raspberry PI Model B, Raspberry PI 2 Model B, BeagleBone Black Model C ve HardKernel ODROID U3 olup maliyetleri, referans bilgisayarın yaklaşık %6-11 arasındadırlar. Sistemin sınanması üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Önce referans bilgisayarda uygulama alt görevleri paralel olarak çalıştırılmış ve tek işlemci ve tek depolama birimi kullanımı gibi seri çalışma zorunluluklarından dolayı, toplam başarımın düğüm sayısı ile orantılı artmadığı görülmüştür. Ardından atanmış bilgisayarlarla aynı sınama tekrarlanmış, bu sefer toplam başarımın düğüm sayısı ile orantılı arttığı görülmüştür. Buradan çıkan sonuç, seri çalışmaya yönelik tek etken olan ağdan veri aktarımının sistem başarımına etkisinin çok az olduğudur. Sonrasında temin edilen donanımlar teker teker sınanmış ve elde edilen sınama sonuçlarında, referans bilgisayara göre sırasıyla %4, %21, %11 ve %48'lik başarım sonuçları elde edilmiştir. Son olarak yapılan maliyet analizinde, referans bilgisayar ile atanmış bilgisayarların başarım / fiyat oranları karşılaştırılmış, atanmış bilgisayarların referans bilgisayara alternatif olup olmadıkları sınanmıştır. Sınama sonuçlarında, referans bilgisayara göre sırasıyla %58, %289, %156 ve %314'lük başarım / fiyat oranları elde edilmiştir. Buna göre ilk versiyon Raspberry PI atanmış bilgisayarı hariç, tüm atanmış bilgisayarlar referans bilgisayardan daha iyi başarım / fiyat oranı göstermişlerdir.