Znanstveno stručni simpozij
grafičara Blaž Baromić, Senj, Hrvatska ,19. – 21. lipnja 2003; Zbornik
radova
DISTRIBUIRANI RAČUNALNI SUSTAVI I GRAFIČKE APLIKACIJE DISTRIBUTED COMPUTING
SYSTEMS AND
GRAPHIC APPLICATIONS
A.Koren, E.Wendling,D.Saifert,.
SAŽETAK
Iako je razvoj suvremenih stolnih računala u posljednjih pola stoljeća
eksponencijalno rastao, još uvijek postoje područja rada i istraživanja
u kojima je njihova snaga nedostatna. Tipičan primjer za to su određene
primjene u grafičkoj tehnologiji gdje se barata sa izrazito velikim
datotekama (složene slike), zahtjevnim procesima (renderiranje) i slično.
Za rješavanje takvih problema danas se sve više koriste distribuirani
računalni sustavi, odnosno sustavi koji su nastali spajanjem velikog
broja stolnih računala u jedinstveni sustav, tzv. grozd računala (cluster).
Svrha ovog rada je ukazati na osnovne mogućnosti distribuiranog procesiranja
i njihovu primjenu u grafičkoj struci.
Ključne riječi:
Distribuirani računalni sustavi, procesiranje, grozd računala, grafičke
aplikacije
ABSTRACT
Although the development of desktop computers in last fiftv years has
been growing exponentially, some working and research areas in which
their power of computing is inadequate still exist. Tvpical example
for that are certain applications in graphic tech-nologv in which extremely
large files (complex picrures) are handled, time-consuming processes
(rendering) are executed, etc. For such problems distributed computing
sys-tems are used, i.e. systems made of large number of personal computers
interconnected in one unique system - cluster. The purpose of this paper
is to point out main possibili-ties of distributed processing and their
usage in graphic applications.
Key words:
Distributed computing systems, processing, cluster, graphic applications
1. UVOD
Moderna tehnologija u širem smislu sve više ovisi o mogućnostima modeliranja
i simuliranja složenih sustava i izvođenja opsežnih izračuna na snažnim
računalima.U grafičkoj tehnologiji postoji niz takvih primjera, a stalnim
porastom zahtjeva na kvalitetu grafičkih proizvoda rastu i zahtjevi
na snagu i brzinu računarskih sustava kao osnovnog alata u procesu realizacije
tih proizvoda. Tipični primjeri ove vrste su obrada slika i fotografskih
predložaka, renderiranje i 3D oblikovanje predmeta, animacija, prilagodba
različitih veličina (A, B, C itd) i prilagodba formata (EPS, JPG, TIFF
i sl) kao i cijeli niz procesa vezanih uz obradu multimedijskih sadržaja.
U okružju tržišnog gospodarstva i rastuće globalne konkurencije razvoj
u području računalnih aplikacija za potrebe grafičke tehnologije slijedio
je tehnološki razvitak u području računarstva i komunikacijske tehnologije.
2. RAZVOJ RAČUNALNE PODRŠKE
Početkom pedesetih godina na tržištu su se pojavila prva računala. To
su bile naprave sastavljene pretežno od elektronskih cijevi a zauzimale
su prostor cijelih soba i trošile na stotine kilovatsati električne
energije dnevno. Izumom tranzistora, za kojeg se pokazalo da može uz
mnogo manju potrošnju energije i veću pouzdanost nadomjestiti elektronsku
cijev, započet je trend minijaturizacije u računarstvu paralelno s povećanjem
računske moći i pouzdanosti. Daljnjim razvojem poluvodičke tehnologije
nastali su mikroelektronički sklopovi koji sadrže do nekoliko milijuna
tranzistora smještenih na pločicu silicija od nekoliko kvadratnih centimetara.
Istovremeno s razvojem mikrolektronike i računalne tehnologije razvijalo
se i područje telekomunikacija. Od jednostavnih telefonskih centrala,
povezanih žicanim kabelima, i relativno izoliranih radiodifuznih sustava
razvio se današnji svjetski sustav za prijenos glasa, slike i teksta.
Tim se sustavom do nedavno međusobno izolirana računala međusobno povezuju
u multimedijske računalne mreže.
Današnje potrebe u računarstvu u svim područjima ljudskog djelovanja
ne samo da zadržavaju trend porasta, već je taj trend još i dodatno
ubrzan. Tijekom posljednjih nekoliko godina počela je izgradnja specijaliziranih
super računala s posebnim naglaskom na postizanju što veće računalne
snage. U zadnjih su desetak godina napori u tom smjeru objedinjeni u
jednu novu granu računarstva visokih performansi (High- Performance
Computing). Osnovna obilježja te grane računarstva je uvođenje raznolike
vrste sklopovskog paralelizma, počevši od čvrsto povezanih višeprocesorskih
sustava raspodijeljenih računalnih mreža, preko računalnih grozdova
(clusters), pa do računalnih spletova (computer grids), slika 1. Programska
potpora ovakvih sustava mora, s jedne strane, osigurati djelotvornu
uporabu svih njihovih dijelova i, s druge strane, omogućiti što jednostavnije
odvijanje različitih aplikacijskih programa. Razvoj aplikacijskih programa
mora pak biti zasnovan na paraleliziranim algoritmima i radu u obliku
paralelnih sustava zadataka prilagođenih arhitekturi pojedinih sustava.
3. DISTRIBUIRANI RAČUNALNI SUSTAVI TRENDOVI RAZVOJA
Dva su osnovna pristupa rješavanju problema složenosti i obrade velikih
količina podataka. Prvi je izgradnja superračunala koje će moći spremati
velike količine podataka i obavljati veliki broj računskih operacija
u sekundi. Zbog iznimne skupoće i nepraktičnosti ovog pristupa danas
se sve više pristupa drugom rješenju - spajanju velikog broja stolnih
računala u jedinstveni sustav - računalni grozd i njihovo povezivanje
u zajedničku, snažnu mrežu računala - Grid.
Grubo rečeno, računalni grozd je skup međusobno povezanih računala
koji simulira jedinstveni višeprocesorski sustav. Osnovna ideja je
da korisnik ne treba znati koliko stvarno ima računala, niti njihove
značajke. Za njega cijeli grozd ima samo jedno ime i njegovo korisničko
okruženje (vlastite datoteke, raspoloživi programi i programske biblioteke)
neosjetljivo je na hardverske promjene u grozdu. Razni programski
dodaci imaju zadaću da korisniku omoguće korištenje grozda kao da
se radi o jednom jedinom računalu s onoliko procesora koliko ih ukupno
ima u svim zasebnim računalima. Programski alati za paralelizaciju
omogućavaju razvoj i izvršavanje aplikacija koje simultano angažiraju
više procesora bez obzira na kojim računalima se oni fizički nalaze.
Sve to (upućenom) korisniku omogućava korištenje grozda na gotovo
isti način kao da se radi o jedinstvenom višeprocesorskom računalu.
Uz ove očite prednosti, grozd i dalje ostaje računalni sustav koji
se nalazi na mjestu izgradnje, ograničen unutar jedne institucije.
Pravi potencijal krije se u povezivanju pristupa grozda i Internet
računarstva.
Rješenje je Grid tehnologija koja pruža protokole, usluge i razvojne
alate za omogućavanje kontroliranog djeljenja resursa bez obzira na
prostorni smještaj korisnika. Suština Grid tehnologije se svodi na
povezivanje različitih računala i računalnih grozdova s Gb brzom mrežom,
kako bi se stvorilo novo jedinstveno virtualno hiperračunalo. Grid
je zapravo skup računalnih sustava u distribuiranom okruženju s mogućnošću
paralelnog rada čiji je konačni učinak značajno povećanje računalne
moći na globalnoj razini.
Slika1. Razvoj distribuiranih računalnih sustava
Očekuje se da će Grid imati značajniju ulogu na polju obrade
informacija nego što Web ima na dobavi informacija. Pretpostavlja
se da će društveno razvojni učinak Grida biti izuzetno velik, te da
će predstavljati sveobuhvatnu računalno-komunikacijsku mrežnu tehnologiju
sličnu onoj koju električna mreža predstavlja u pogledu energetike
(distribuirana energetika). Cijeli je niz primjena u području grafičke
tehnologije u kojima se koriste razni oblici distribuiranih računalnih
sustava, a za očekivati je i stalni porast ovog trenda. U današnjim
grafičkim aplikacijama već se uveliko koristi paralelizam prilikom
računalne obrade, dok je, vjerojatno, još pitanje dana kad će upotreba
računalnih grozdova, Grid tehnologije ili nekih novih tehnoloških
dostignuća biti nužnost i u ovom području.
4. ISPITIVANJE UTJECAJA RAČUNALNIH PLATFORMI NA REZULTATE
U GRAFIČKIM APLIKACIJAMA
Jedan od najjednostavnijih primjera paralelizma i multiprocesiranja
jest obrada slikovnih predložaka programskim alatima, tipični primjer
ovakvog pristupa je programski paket Adobe Photoshop, koji je prilagođen
radu s više procesora. U nastavku je opisano istraživanje na različitim
računalnim platformama, te su obrazloženi dobiveni rezultati i prednosti
koje donosi ovakav tip obrade.
Grafičke aplikacije kao i programski paketi kao što su Adobe Photoshop,
Macromedia Freehand, Corel Draw i si. ovise o snazi računalne platforme
na kojoj se izvršavaju. Glavni utjecaj na performanse u tim programskim
alatima imaju:
1. brzina procesora
2. brzina i količina radne memorije
3. brzina medija za pohranu podataka (hard diska)
4. sistemska brzina između hardverskog i softverskog dijela računala
u cjelini
Grafički program za obradu fotografija Adobe Photoshop je računalno
najzahtjevniji alat u grafičkoj pripremi. Rad ovog programa moguć
je na više različitih platformi kao što su: PC (MS Windows), Apple
Mac, UNIX, LINUX, premda se u praksi najčešće izvodi samo u prve dvije
spomenute platforme. Program podržava i rad s dva procesora, dakle
omogućava paralelno procesiranje.
5. EMPIRIJSKO ISTRAŽIVANJE
Istraživanje je izvedeno u svrhu spoznavanja te dokazivanja optimalne
platforme za rad u programskom alatu Adobe Photoshop. Korištene su
dvije platforme (Apple i PC) sa po dvije različite konfiguracije po
sistemu. Sva računala su prethodno formatirana i na svakom su instalirani
samo nužni driveri i Adobe Photoshop 6.0 verzija programa. Kod svakog
računala je postavljeno da se Photoshop može služiti s 256 Mb memorije
(paging file). Zajednički je za sva računala da su radila s 22"
Philips Brillance 202P4 monitorom na rezoluciji od 1280*1024 piksela
u 32-bitnoj boji. Testni predložak na kojemu će se izvesti ispitivanja
je bio Scitex-ov testni EPS koji služi za ispitivanje i kalibraciju
scanera tog proizvođača. Veličina dokumenta je 24,8 Mb.
Tabela1. Konfiguracije korištene u istraživanju
| Vrsta platforme |
PC |
PC |
Apple |
Apple |
| Tip računala |
Pentium IV |
Dual Pentium III-Tualatin |
Macintosh G4 |
Macintosh Dual G4 |
| Brzina procesora |
2000Mhz |
2 X 1400 Mhz |
800Mhz |
2 X 800Mhz |
| Količina RAM memorije |
512MB |
1024MB |
512MB |
768MB |
| Tip Hard diska ,veličina |
Seagate Baracuda IV,80GB ,7200 okr/min |
2X Seagate Cetah,2X 36Gb , 10000 okr/min |
Seagate Baracuda IV,40Gb ,7200 okr/min |
Seagate Baracuda IV,60Gb ,7200 okr/min |
| Operativni sustav |
Windows 2000
Profesional
|
Windows 2000
Profesional
|
Mac OS 9.2 |
Mac OS 9.2 |
Za testiranje performansi navedenih konfiguracija korišteni je set
filtera u Photoshop-u, koji iskorištavaju preko 95% performansi sistema
dok se izvršavaju.Korišteni su:Gaussian blur,Radial blur,Smart blur,Graphic
pen i Mosaic titles ,te se na kraju testa svako računalo testiralo
u brzini izvođenja Poscripta datog uzorka.Pri testiranju se izvođenje
svakog filtera ponavljalo 20 puta da bi se izbjegla možebitna slučajna
pogreška.Važno je naznačiti da se nakon svakog izvršenog testiranja
računalo resetiralote se time izbjegla mogučnost ostajanja pohranjenih
signatura u memoriji sustava koje bi utjecale na ukupne performanse.
Tabela2. Rezultati istraživanja
| Konfiguracija |
Pentium IV |
Dual Pentium III-Tualatin |
Macintosh G4 |
Macintosh Dual G4 |
Gaussian
blur
|
1,49s |
1,01s |
2,54s |
1,45s |
Radial
blur
|
3min42,03s |
2min12,05s |
3min33,42s |
2min53,52s |
Smart
blur
|
2,38s |
1,56s |
3,53s |
2,3s |
Graphic
pen
|
5,3s |
3,2s |
4,65s |
2,35s |
Mosaic
tiles
|
7,3s |
2,37s |
10,12s |
4,23s |
| Postscript |
4,52s |
1,43s |
12,35s |
4,03s |
Prvi od filtera korištenih u istraživanju je Gaussian blur kod kojega
su postavljene postavke za testiranje od radiusa piksela 5.Filter
jednostavno zamuti sliku a pogotovo rubove objekata na samom predlošku.Filter
se provodi pod CMYK sistemom boja.
Slijedeći filter kod testiranja je bio Radial blur se koji također
nalazi pod filterima Blur.Postavke su kod testiranja bile ove:Amount
postavka je postavljena na broj 10,Blur method je postavljen na Spin,a
kvaliteta prikaza i samog filtera na Best.Radial blur se također provodi
pod CMYK sistemom boja.Po samim rezultatima testiranja ovaj filter
je najsloženiji i najviše ovisi o samom procesoru.Također se po dobivenim
rezultatima vidi da višeprocesorska računala mnogo bolje izvode ovaj
filter.
Slijedio je Smart blur filter.On također spada pod izbornik Blur filtera.Jedini
se od Blur filtera izvodi pod RGB skalom boja.Postavke su slijedeće:
Radius je postavljen na 3,00 ,Treshold na 25 , Quality na High , a
Mode na Normal.Kod ovoga filtera su jednoprocesorska računala zaostajala
i do preko 50% za dvoprocesorskih računala.Vidljivo je da računala
bazirana na PC platformi imaju bolje rezultate od Apple računala.
Slijedilo je filter iz Sketch izbornika.Graphic pen također koristi
RGB skalu boja.Postavke filtera su: Stroke lenght na 15 ,Light/Dark
Balance na 24, Stroke Direction na Right diagonal.
I kod ovog filtera dvoprocesorska računala rade znatno bolja vremena
od račnala s jednim procesorom.Važno je naglasiti da je ovo jedini
filter u kojemu je jedna Apple platforma postigla bolje vrijeme od
konkurentske PC platforme.To se može objasniti i činjenicom da je
upravo Adobe Photoshop (programske skripte) dodatno podržan od G4
procesora na novim Apple računalima. Pod izbornikom Texture smo izabrali
filter Mosaic tiles.On se također izvodi pod RGB postavkama boja.Postavke
filtra su: Tile size 7,Grout Width 2,Lighten Grout 8.Filter u kojem
je najočitija prednost višeprocesorskih računala.
Krajnji test je izvođenje Poscript funkcije.Prije izvođenja same operacije
potrebno je postaviti Virtual printer i to Scitex Dolev.Sve skripte
poterbne za poscrip je moguće naći na samoj Internet stranici proizvođača
softwarea(www.adobe.com).Poscrip level bio je postavljen na 3 , intent
je Perceptual a Print space je Adobe RGB (1998).
6. ZAKLJUČAK
U radu je dan prikaz osnovnih smjerova razvoja na području
distribuiranih računalnih sustava općenito, te je naznačen utjecaj
koji ovakav pristrup ima na području programske podrške u grafičkoj
tehnologiji. Provedeno znanstveno istraživanje naznačilo je osnovne
smjernice razvoja programske podrške i računalnih sustava u grafičkoj
pripremi. Zbog stalnog porasta zahtjeva na kvalitetu i brzinu izrade
grafičkog proizvoda dolazi do velikog porasta složenosti programskih
alata, pa se očekuje da će upotreba višeprocesorskih računalnih sustava,
a u bliskoj budućnosti i distribuiranih mrežnih sustava biti značajna
i u polju grafičke tehnologije.
7. LITERATURA
1. Anderson R., M. Lee, S. J. Chapin, Unraveling the
Mysteries Of Clustering,
URL:http://www.nwc.com/l 119/1119f2.html
2. Grid Computing,
URL:http://itmanagement.webopedia.com/TERM/g/grid_computing.html
3. McClelland D., Photoshop 7 Bible, John Wiley & Sons, (2002)
4. Adobe Svstems Incorporated, Postscript Language Reference 3rd Edition,
Addison-
WesleyPubCo,(1999)
5. Adobe Systems Incorporated - home page, URL: http://www.adobe.com
