使用.net Remtoing進行并行計算
2024-07-10 12:59:23
供稿：網(wǎng)友
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摘要，本文分析了一個使用.net romoting進行并行計算pi值的程序，
并給出結果及性能分析。
在msdn上發(fā)現(xiàn)一篇文章是介紹如何使用.net remoting進行并行計算的，剛好本人對并行計算很有興趣，于是仔細地分析了一下此程序的代碼。原文及程序可以在此處獲得。由于覺得原文只是作了一個大致的講解，有很多細節(jié)只是掩藏在源代碼中，所以在花了很多時間分析完源程序后，才對原文有了很深的理解，疏理出一些內容出來和大家分享。
一． 概述
.net remtoing用于在遠程服務器和客戶機之間互相調用對象，這些對象是存在于同一appdomain中的。它使用soap或二進制的方式傳遞消息（即要調用的對象），傳送協(xié)議為http或tcp。
二． remoting如何實現(xiàn)并行計算？
.net remoting與并行計算好像是兩個不同的概念，前者更類似于分布式計算和web service，而后者實際上是計算粒度更小的任務，但它將一個計算任務分配給多個節(jié)點計算，然后匯總成一個結果返回。
根據(jù)以上思想，實現(xiàn)上將分布的對象的粒度設計小一點即可實現(xiàn)并行計算。并行計算的一個關鍵因素是進程（或子任務）間通訊，而我們把.net remoting中的對象間通訊作為進程間通訊即可。
本例并行計算pi的小數(shù)點，精確到n位。使用.net remoting可以如下實現(xiàn)。在每個節(jié)點上運行相同的程序，但每個節(jié)點計算不同位置的小數(shù)位，如nodea計算小數(shù)點后1-9位，nodeb計算10-18位，nodec計算19-27位，這樣最終匯總的結果就可以有1-27位。由于是并行計算，比起單機計算，時間要快上很多倍，其加速比與每臺節(jié)點的速度及整個通信網(wǎng)絡的速度有關。計算模型如下圖所示：
三． 并行算法
要進行并行計算，首先要設計好并行算法和通訊模式。由于我們只是在pc機群進行并行計算，所以采用了最簡單的主從式并行模型，即由一個主進程負責任務的分發(fā)，結果的歸約，將子任務平均分配到每個節(jié)點上計算。
但實際上本文中使用的并不是平均分配任務，而是更好的任務池工作方式。即每個節(jié)點計算完一個子任務后，會向主進程申請新的任務，一直到任務全部計算完為止，這樣的好處是計算能力越強的節(jié)點計算的任務也越多。比起平均分配來說可以提高總體的計算和減少同步時間。
四． 程序結構
此程序主要由以下幾個包組成，
l 4．1） serverloader
用于加載提供可遠程調用的服務器對象，指定調用使用的網(wǎng)絡協(xié)議和端口，以便于在局域網(wǎng)中被調用，然后偵聽來自客戶端的請求，在服務器上處理此請求并返回結果。
簡單來說即每個節(jié)點都必須運行serverloader程序，以向外界聲明可被調用的對象（即plouffe_bellard.dll中的對象）。
以下代碼為調用配置文件：
string configfilepath = path.getdirectoryname(application.executablepath) + serverloader. exe.config";
remotingconfiguration.configure(configfilepath);
配置文件為：serverloader.exe.config
<configuration>
<system.runtime.remoting>
<application name = "serverloader">
<service>
<wellknown
mode="singlecall"
type="pb.plouffe_bellard,plouffe_bellard"
objecturi="plouffe_bellard"/>
</service>
<channels>
<channel ref="tcp server" port="9000"/>
</channels>
</application>
</system.runtime.remoting>
</configuration>
l 4．2） plouffe_bellard
這就是.net remoting中的實際被調用的遠程對象，它被置于每個節(jié)點上。它是繼承自system.marshalbyrefobject，這樣的派生對象從來都不會離開它的應用域，客戶就可以通過代理對象調用遠程對象的方法。
它是用來計算圓周率pi的小數(shù)點位數(shù)的程序，plouffe_bellard算法具有很好的并行性，它可以指定要計算的小數(shù)點的位置，如第二節(jié)所述。
其函數(shù)形式為：
public class plouffe_bellard : system.marshalbyrefobject
{
public string calculatepidigits(int n)
{ … }
}
l 4．3）digitsofpi
此子基礎上為整個項目核心部分，可作為客戶端程序運行。它主要實現(xiàn)主界面ui處理、節(jié)點配置，多線程創(chuàng)建與同步，計算任務分配與匯總的功能，只需要在任何一臺節(jié)點上運行即可。包括以下幾個對象：
mainform，solutionarray，solutionitem，remotingobject，calculationthread。
n mainform：即處理ui對象
n solutionarray是并行線程分配與管理程序，如:任務池創(chuàng)建、任務分配、線程創(chuàng)建、同步線程, 匯聚結果等。
n solutionitem即任務的數(shù)據(jù)結構。包括要計算的小數(shù)點位, 計算的結果, 計算的在機器。
n remotingobject是remotepicalculator，用于獲取遠程對象。
n calculationthread：計算模塊，在線程中運算（由solutionarray產(chǎn)生和調用），并不斷從任務池中取得任務進行計算。
以下為這幾個對象的序列圖：
當遠程對象的calculatepidigits被客戶端程序調用時，此要求即被發(fā)送到遠程機器的serverloader對象。然后服務器上的對象就會計算結果。最后將計算的結果返回給客戶端程序，顯示在文本框中。
五． 結果分析
機器配置說明
moore 700mhz amd duron 192m sdr
lozit 1.8ghz batumn 256m ddr
時間比較
由于算法的特性，計算到高位時可以看到計算速度逐漸變慢。在我們的機器上，算到第3000位附近速度已經(jīng)是非常之慢，忍受不住終于中斷，一共計算了3330位，共耗時719545 ms，即12分鐘。在實驗中還發(fā)現(xiàn)，節(jié)點只能與同一子網(wǎng)中其它節(jié)點相連才有效，要與子網(wǎng)外的節(jié)點相連，可能要涉及.net 中的更高級話題，就不太清楚了。
六． 后記：
本文中的并行算法相對簡單，沒有涉及并行計算的高級算法及其它內容，如子任務間并沒有傳遞數(shù)據(jù)。使用.net remoting是否適合作并行計算呢？當在科學計算領域中已經(jīng)有現(xiàn)成的mpi，mvp等并行通訊庫可用時？如果可以出現(xiàn)mpi for c#，那真是一大福音。（好像俄羅斯的專家們已經(jīng)實現(xiàn)了這個項目，叫做t-system[2]）。如果有時間，希望會在以后我文章中繼承研究用.net remoting進行并行計算。國外的一些研究組好像已經(jīng)有不少開始這方面的研究，希望有興趣的朋友和本人聯(lián)系，一同探討。
