Politiques polyvalentes et efficientes d'allocation de ressources pour les systèmes parallèles

par Fernando Mendonca

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Denis Trystram.

Le président du jury était Frédéric Guinand.

Le jury était composé de Guillaume Mercier, Frédéric Suter, Giorgio Lucarelli.

Les rapporteurs étaient Pascal Bouvry, Philippe Olivier A. Navaux.


  • Résumé

    Les plateformes de calcul à grande échelle ont beaucoup évoluées dernières années. La réduction des coûts des composants simplifie la construction de machines possédant des multicœurs et des accélérateurs comme les GPU.Ceci a permis une propagation des plateformes à grande échelle,dans lesquelles les machines peuvent être éloignées les unes des autres, pouvant même être situées sur différents continents. Le problème essentiel devient alors d'utiliser ces ressources efficacement.Dans ce travail nous nous intéressons d'abord à l'allocation efficace de tâches sur plateformes hétérogènes composées CPU et de GPU. Pour ce faire, nous proposons un outil nommé SWDUAL qui implémente l'algorithme de Smith-Waterman simultanément sur CPU et GPU, en choisissant quelles tâches il est plus intéressant de placer sur chaque type de ressource. Nos expériences montrent que SWDUAL donne de meilleurs résultats que les approches similaires de l'état de l'art.Nous analysons ensuite une nouvelle méthode d'ordonnancement enligne de tâches indépendantes de différentes tailles. Nous proposons une nouvelle technique qui optimise la métrique du stretch. Elle consiste à déplacer les jobs qui retardent trop de petites tâches sur des machines dédiées. Nos résultats expérimentaux montrent que notre méthode obtient de meilleurs résultats que la politique standard et qu'elle s'approche dans de nombreux cas des résultats d'une politique préemptive, qui peut être considérée comme une borne inférieure.Nous nous intéressons ensuite à l'impact de différentes contraintes sur la politique FCFS avec backfilling. La contrainte de contiguïté essaye de compacter les jobs et de réduire la fragmentation dans l'ordonnancement. La contrainte de localité basique place les jobs de telle sorte qu'ils utilisent le plus petit nombre de groupes de processeurs appelés textit. Nos résultats montrent que les bénéfices de telles contraintes sont suffisants pour compenser la réduction du nombre de jobs backfillés due à la réduction de la fragmentation.Nous proposons enfin une nouvelle contrainte nommée localité totale, dans laquelle l'ordonnanceur modélise la plateforme par un fat tree et se sert de cette information pour placer les jobs là où leur coût de communication est minimal.Notre campagne d'expériences montre que cette contrainte obtient de très bons résultats par rapport à un backfilling basique, et de meilleurs résultats que les contraintes précédentes.

  • Titre traduit

    Multi-Purpose Efficient Resource Allocation for Parallel Systems


  • Résumé

    The field of parallel supercomputing has been changing rapidly inrecent years. The reduction of costs of the parts necessary to buildmachines with multicore CPUs and accelerators such as GPUs are ofparticular interest to us. This scenario allowed for the expansion oflarge parallel systems, with machines far apart from each other,sometimes even located on different continents. Thus, the crucialproblem is how to use these resources efficiently.In this work, we first consider the efficient allocation of taskssuitable for CPUs and GPUs in heterogeneous platforms. To that end, weimplement a tool called SWDUAL, which executes the Smith-Watermanalgorithm simultaneously on CPUs and GPUs, choosing which tasks aremore suited to one or another. Experiments show that SWDUAL givesbetter results when compared to similar approaches available in theliterature.Second, we study a new online method for scheduling independent tasksof different sizes on processors. We propose a new technique thatoptimizes the stretch metric by detecting when a reasonable amount ofsmall jobs is waiting while a big job executes. Then, the big job isredirected to separate set of machines, dedicated to running big jobsthat have been redirected. We present experiment results that show thatour method outperforms the standard policy and in many cases approachesthe performance of the preemptive policy, which can be considered as alower bound.Next, we present our study on constraints applied to the Backfillingalgorithm in combination with the FCFS policy: Contiguity, which is aconstraint that tries to keep jobs close together and reducefragmentation during the schedule, and Basic Locality, that aims tokeep jobs as much as possible inside groups of processors calledclusters. Experiment results show that the benefits of using theseconstrains outweigh the possible decrease in the number of backfilledjobs due to reduced fragmentation.Finally, we present an additional constraint to the Backfillingalgorithm called Full Locality, where the scheduler models the topologyof the platform as a fat tree and uses this model to assign jobs toregions of the platform where communication costs between processors isreduced. The experiment campaign is executed and results show that FullLocality is superior to all the previously proposed constraints, andspecially Basic Backfilling.


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