使用.net Remtoing并行計算

2019-11-18 12:07:37

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供稿：網友

　　在MSDN上發現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愛好，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），傳送協議為HTTP或TCP。
　　
　　二．Remoting如何實現并行計算？
　　.NET Remoting與并行計算似乎是兩個不同的概念，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點計算，然后匯總成一個結果返回。
　　
　　根據以上思想，實現上將分布的對象的粒度設計小一點即可實現并行計算。并行計算的一個要害因素是進程（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的小數點，精確到N位。使用.net remoting可以如下實現。在每個節點上運行相同的程序，但每個節點計算不同位置的小數位，如NodeA計算小數點后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，其加速比與每臺節點的速度及整個通信網絡的速度有關。計算模型如下圖所示：
　　　使用.net Remtoing并行計算（圖一）

　　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，結果的歸約，將子任務平均分配到每個節點上計算。
　　
　　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。
　　　使用.net Remtoing并行計算（圖二）

　　四．程序結構
　　此程序主要由以下幾個包組成，
　　　使用.net Remtoing并行計算（圖三）

　　● 4．1）　ServerLoader
　　
　　用于加載提供可遠程調用的服務器對象，指定調用使用的網絡協議和端口，以便于在局域網中被調用，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>
　　
　　● 4．2）　Plouffe_bellard
　　
　　這就是.NET Remoting中的實際被調用的遠程對象，它被置于每個節點上。它是繼續自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的小數點位數的程序，Plouffe_Bellard算法具有很好的并行性，它可以指定要計算的小數點的位置，如第二節所述。
　　
　　其函數形式為：
　　
　　public class Plouffe_Bellard : System.MarshalByRefObject
　　
　　{
　　
　　public String CalculatePiDigits(int n)
　　
　　　　　　　　　 { … }
　　
　　}
　　
　　● 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。它主要實現主界面UI處理、節點配置，多線程創建與同步，計算任務分配與匯總的功能，只需要在任何一臺節點上運行即可。包括以下幾個對象：
　　
　　MainForm，SolutionArray，SolutionItem，RemotingObject，CalculationThread。
　　
　　■ mainForm：即處理UI對象
　　
　　■ SolutionArray是并行線程分配與治理程序，如:任務池創建、任務分配、線程創建、同步線程, 匯聚結果等。
　　
　　■ SolutionItem即任務的數據結構。包括要計算的小數點位, 計算的結果, 計算的在機器。
　　
　　■ RemotingObject是RemotePiCalculator，用于獲取遠程對象。
　　
　　■ CalculationThread：計算模塊，在線程中運算（由SolutionArray產生和調用），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：
　　　使用.net Remtoing并行計算（圖四）

　　當遠程對象的CalculatePiDigits被客戶端程序調用時，此要求即被發送到遠程機器的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
　　使用.net Remtoing并行計算（圖五）

　　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位四周速度已經是非常之慢，忍受不住終于中斷，一共計算了3330位，共耗時719545 ms，即12分鐘。在實驗中還發現，節點只能與同一子網中其它節點相連才有效，要與子網外的節點相連，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據。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有現成的MPI，MVP等并行通訊庫可用時？假如可以出現MPI for C#，那真是一大福音。（似乎俄羅斯的專家們已經實現了這個項目，叫做T-System[2]）。假如有時間，希望會在以后我文章中繼續研究用.net remoting進行并行計算。國外的一些研究組似乎已經有不少開始這方面的研究，希望有愛好的朋友和本人聯系，一同探討。

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