Grid Computing: Experiment Management, Tool Integration, and Scientific Workflows

محاسبات شبکه ای به عنوان ابزاری برای قادر ساختن توسعه دهندگان برنامه به جمع آوری منابع پراکنده در سراسر جهان برای حل مسائل علمی در مقیاس بزرگ، به موضوعی قابل توجه در جامعه علمی تبدیل شده است. این مونوگراف به چهار جنبه حیاتی توسعه نرم‌افزار برای مهندسی و اجرای برنامه‌های کاربردی در معماری‌های موازی و گرید می‌پردازد.

یک زبان مبتنی بر دستورالعمل جدید به نام ZEN برای مشخصات فشرده و گسترده پیشنهاد شده است. محدوده مقدار مورد علاقه برای پارامترهای کاربردی دلخواه، از جمله اندازه مشکل یا ماشین، توزیع آرایه یا حلقه، کتابخانه های نرم افزار، شبکه های اتصال متقابل، یا ماشین های اجرای هدف. بر اساس زبان ZEN، یک ابزار مدیریت آزمایش جدید به نام ZENTURIO برای مدیریت آزمایش خودکار مطالعات عملکرد و پارامترهای مقیاس بزرگ در معماری‌های موازی و شبکه توسعه داده شده است. این ابزار با توجه به عملکرد و سودمندی در چندین برنامه کاربردی موازی در دنیای واقعی از حوزه‌های مختلف، از جمله شیمی نظری، فوتونیک، امور مالی و ریاضیات عددی تأیید شده است.

بسته به معماری مدیریت آزمایش ZENTURIO یک چارچوب بهینه‌سازی عمومی ساخته شده است که فراابتکاری همه‌منظوره را برای حل مشکلات عملکرد NP-کامل و بهینه‌سازی پارامتر در یک فضای جستجوی نمایی مشخص شده با استفاده از زبان مشخصات آزمایش ZEN ادغام می‌کند. در نهایت یک رویکرد به موقع برای مدل‌سازی و اجرای گردش‌های کاری علمی در محیط‌های گرید پویا و ناهمگن، ارائه یک مدل رسمی انتزاعی برای نمایش سلسله مراتبی گردش‌های کاری مبتنی بر گراف هدایت‌شده پیچیده پیشنهاد شده است.

بنابراین. این مونوگراف به حوزه‌های تحقیقاتی مختلف مرتبط با توسعه ابزار یکپارچه برای مهندسی کارآمد و اجرای با کارایی بالا برنامه‌های علمی در محیط‌های Grid کمک می‌کند.

Grid computing has become a topic of significant interest in the scientific community as a means of enabling application developers to aggregate resources scattered around the globe for solving large-scale scientific problems. This monograph addresses four critical software development aspects for the engineering and execution of applications on parallel and Grid architectures.

A new directive-based language called ZEN is proposed for compact specification of wide value ranges of interest for arbitrary application parameters, including problem or machine sizes, array or loop distributions, software libraries, interconnection networks, or target execution machines. Based on the ZEN language, a novel experiment management tool called ZENTURIO is developed for automatic experiment management of large-scale performance and parameter studies on parallel and Grid architectures. This tool has been validated with respect to functionality and usefulness on several real-world parallel applications from various domains, including theoretical chemistry, photonics, finances, and numerical mathematics.

Depending on the ZENTURIO experiment management architecture a generic optimization framework is built up that integrates general-purpose meta-heuristics for solving NP-complete performance and parameter optimization problems in an exponential search space specified using the ZEN experiment specification language. Finally a timely approach is proposed for modeling and executing scientific workflows in dynamic and heterogeneous Grid environments, introducing an abstract formal model for hierarchical representation of complex directed graph-based workflows.

Thus this monograph contributes to various research areas related to integrated tool development for efficient engineering and high performance execution of scientific applications in Grid environments.