माइक्रोसॉफ्ट रोबोटिक्स समानांतर डाटा प्रोसेसिंग

Microsoft के उत्पादों में से एक, Microsoft रोबोटिक्स में समवर्ती और समन्वय रनटाइम लाइब्रेरी शामिल है। ध्वनि और छवियों को संसाधित करते समय (और न केवल उन्हें) रोबोट को समानांतर कंप्यूटिंग को व्यवस्थित करने के लिए वास्तव में एक पुस्तकालय की आवश्यकता होती है। एक पोस्ट में मैं निम्न सूत्र का उपयोग करके वेक्टर बी (1 × n तत्वों) द्वारा मैट्रिक्स A (m × n तत्वों) को गुणा करने के लिए एक समानांतर एल्गोरिथ्म बनाने के लिए इस लाइब्रेरी का उपयोग करने का तरीका बताऊंगा: । वेक्टर C (m × 1 तत्वों) की गणना के लिए एल्गोरिथ्म को आसानी से समानांतर किया जाता है, क्योंकि वेक्टर के ith तत्व का मूल्य उसके अन्य तत्वों के मूल्यों पर निर्भर नहीं करता है। सूत्रों से उदाहरण को चलाने से पहले, Microsoft रोबोटिक्स को स्थापित करने की सिफारिश की जाती है।

1. Microsoft रोबोटिक्स का संक्षिप्त परिचय

Microsoft रोबोटिक्स में कई घटक शामिल हैं:

• समवर्ती और समन्वय रनटाइम (CCR) पुस्तकालय - समानांतर और अतुल्यकालिक तरीके से डेटा प्रोसेसिंग का आयोजन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तरह के तरीकों के बीच बातचीत संदेशों के आधार पर आयोजित की जाती है। संदेश बंदरगाहों पर आधारित है;
• विकेंद्रीकृत सॉफ़्टवेयर सेवाएँ (DSS) - एक वातावरण जो आपको विभिन्न कंप्यूटरों पर डेटा प्रोसेसिंग एल्गोरिदम चलाने की अनुमति देता है, रोबोट के विभिन्न उप-प्रणालियों के नियंत्रण प्रक्रियाओं की अतुल्यकालिक बातचीत को व्यवस्थित करता है;
• विज़ुअल सिमुलेशन पर्यावरण (VSE) - एक विज़ुअलाइज़ेशन पर्यावरण जो आपको रोबोट मॉडल, परीक्षण रोबोट नियंत्रण एल्गोरिदम के साथ प्रयोग करने की अनुमति देता है;
• विज़ुअल प्रोग्रामिंग लैंग्वेज (VPL) एक भाषा है जिसे रोबोट नियंत्रण कार्यक्रमों को विकसित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस भाषा में एक प्रोग्राम को उन ब्लॉकों के अनुक्रम के रूप में दर्शाया जाता है जो डेटा प्रोसेसिंग, और उनके बीच संबंधों का प्रदर्शन करते हैं।

Microsoft रोबोटिक्स कुंजी अवधारणाएँ:

• सेवा - Microsoft रोबोटिक्स में विकसित एक एप्लिकेशन;
• संदेश - किसी भी डेटा प्रकार का एक उदाहरण;
• port - FIFO प्रकार (पहले-पहले-पहले) के संदेशों की एक कतार, संदेश बंदरगाह में रहता है जब तक कि प्राप्तकर्ता द्वारा पोर्ट कतार से हटा नहीं दिया जाता है।
  पोर्ट परिभाषा:
  

  Port<int> p = new Port<int>(); 

  
  पोर्ट पर संदेश भेजना:
  

   p.Post(1); 

  
  
• रिसीवर - एक संरचना जो संदेशों को संसाधित करती है। यह संरचना जोड़ती है:
  
  1. संदेश भेजने के लिए एक या एक से अधिक पोर्ट;
  2. एक विधि (या विधियाँ) जिनका उपयोग संदेशों को संसाधित करने के लिए किया जाता है (इस विधि को कार्य कहा जाता है);
  3. तार्किक स्थिति जो एक या दूसरे प्राप्तकर्ता को सक्रिय करने वाली स्थितियों को परिभाषित करती है।
  
  प्राप्तकर्ता विवरण:
  

   Arbiter.Receive(<_>, <>, <_>); : Activate( Arbiter.Receive(false, intPort, delegate(int n) { Console.WriteLine(" : " + n.ToString()); } ) ); 

  
  रिसीवर में शामिल प्रतिनिधि को इंटपोर्ट पोर्ट पर एक संदेश आने पर निष्पादित किया जाएगा।
  संदेश प्राप्तकर्ता दो प्रकार के होते हैं: अस्थायी और स्थायी (उदाहरण में, प्राप्तकर्ता अस्थायी है)। संदेश (या कई संदेशों) को संसाधित करने वाले अस्थायी प्राप्तकर्ता को इस पोर्ट के संदेश प्राप्तकर्ताओं की सूची से हटा दिया जाता है।
  
• टास्क लॉन्च प्रक्रिया डिस्पैचर द्वारा नियंत्रित की जाती है। कार्य के लिए सक्रियण की शर्तों के पूरा होने के बाद (सक्रियण स्थितियों में से एक संदेश के बंदरगाह द्वारा रसीद हो सकती है), डिस्पैचर कार्य को थ्रेड पूल से एक थ्रेड प्रदान करता है जिसमें इसे निष्पादित किया जाएगा।
  पूल में दो धागे के साथ प्रबंधक का विवरण:
  

   Dispatcher d = new Dispatcher(2, "MyPool"); 

  
  डिस्पैचर कतार का विवरण जिसमें निष्पादन के लिए कार्य निर्धारित हैं:
  

   DispatcherQueue dq = new DispatcherQueue("MyQueue", d); 

  
  

2. एक सेवा परियोजना बनाना

सर्विस प्रोजेक्ट Microsoft रोबोटिक्स टैब पर विज़ुअल स्टूडियो में बनाया गया है (चित्र 1 देखें)।


अंजीर। 1. एक सेवा परियोजना बनाना

प्रोजेक्ट बनाने के बाद, आपको सेवा को कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है: इसके लिए एक नाम निर्दिष्ट करें, एक नाम स्थान, उस संगठन का डोमेन जिसके लिए सेवा विकसित की जा रही है, साथ ही वर्ष और महीने भी सेवा बनाई गई थी। डोमेन और दिनांक का उपयोग एक विशिष्ट सेवा पहचानकर्ता बनाने के लिए किया जाता है (इस परियोजना में इस पहचानकर्ता की सीधे आवश्यकता नहीं होगी)।


अंजीर। 2. सेवा सेटअप

एक सेवा परियोजना में कई फाइलें होती हैं:

• ParallelProcessing.cs - सेवा का मूल;
• ParallelProcessingTypes.manifest.xml - सेवा को लोड करने के लिए DSS द्वारा उपयोग किया जाने वाला प्रकटन;
• ParallelProcessingTypes.cs - में सेवा द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रकारों का विवरण होता है।

सेवा को संकलित करने के बाद, dll पुस्तकालयों का एक सेट और एक प्रकटन उत्पन्न होता है। मैनिफेस्ट - एक्सएमएल प्रारूप में एक फ़ाइल जिसमें उन सेवाओं के लिंक होते हैं जिनके साथ विकसित सेवा सहभागिता करती है। सेवा प्रोजेक्ट की सेटिंग सेट की गई हैं ताकि सेवा को संकलित करने के बाद, निर्मित dll पुस्तकालयों को \ bin डायरेक्टरी में कॉपी कर लिया जाए।
सेवा को dsshost प्रोग्राम का उपयोग करके लॉन्च किया गया है, जो प्रकट और उसमें निर्दिष्ट सभी सेवाओं को लोड करता है।

3. सेवा संरचना

सेवा कोड की संरचना में स्टार्ट विधि शामिल है, जिसे डीएस नोड (dsshost.exe) सेवा शुरू करने के लिए कहा जाता है (इसलिए, डेटा को प्रारंभ करने के लिए क्रियाएं आमतौर पर प्रारंभ विधि में रखी जाती हैं):

 protected override void Start() { base.Start(); //   //    } 

परियोजना को संकलित करने के बाद, तीन डीएल पुस्तकालय उत्पन्न होते हैं:

• ParallelProcessing.Y2013.M02.dll - सेवा परियोजना में शामिल स्रोत कोड फ़ाइलों के आधार पर एक सेवा कार्यान्वयन पुस्तकालय;
• ParallelProcessing.Y2013.M02.proxy.dll पुस्तकालय आपको अन्य सेवाओं के साथ अपनी सेवा का उपयोग करने की अनुमति देता है;
• ParallelProcessing.Y2013.M02.transform.dll लाइब्रेरी में सेवा कार्यान्वयन और प्रॉक्सी लाइब्रेरी कार्यान्वयन में परिभाषित प्रकारों के बीच पत्राचार का विवरण होता है। DSS रनटाइम का उपयोग करके यह लाइब्रेरी अपने आप लोड हो जाती है।

आप दृश्य स्टूडियो में न केवल F5 के माध्यम से बनाई गई सेवा को निष्पादित कर सकते हैं, बल्कि कमांड लाइन के माध्यम से भी कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, स्टार्ट मेनू \ MRDS में "DSS कमांड प्रॉम्प्ट" चुनें। नतीजतन, शेल विंडो शुरू हो जाएगी, रूट निर्देशिका और पर्यावरण चर सेट किए जाएंगे। खुलने वाली विंडो में, आपको निम्न कमांड चलाने की आवश्यकता है:

 dsshost /p:50000 /t:50001 /m:"<    >" 

4. अनुमानित नेतृत्व समय

स्टॉपवॉच वर्ग का उपयोग करके गणना निष्पादन समय निर्धारित किया जाएगा:

 Stopwatch sWatch = new Stopwatch(); sWatch.Start(); < > sWatch.Stop(); Console.WriteLine(sWatch.ElapsedMilliseconds.ToString()); 

5. कंप्यूटिंग का कार्यान्वयन

5.1। डेटा संरचनाओं की घोषणा

हम मैट्रिक्स ए, वैक्टर बी और सी का निर्धारण करते हैं, विश्व स्तर पर उनके आकार के भंडारण के लिए चर:

 int[,] A; int[] B; int[] C; int m; int n; 

TestFunction () विधि गणना शुरू करता है। सबसे पहले, विधि में, मैट्रिक्स को एक वेक्टर द्वारा अनुक्रमिक एल्गोरिथ्म का उपयोग करके गुणा किया जाता है, फिर समान समस्या को समानांतर गणनाओं का उपयोग करके हल किया जाता है। इस विधि पर विचार करें।
डेटा संरचनाएँ आरंभिक हैं:

 nc = 2; //   m = 11000; //    n = 11000; //    A = new int[m, n]; B = new int[n]; C = new int[m]; 

मैट्रिक्स A और वेक्टर B उत्पन्न होते हैं:

 Random r = new Random(); for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) A[i, j] = r.Next(100); } for (int j = 0; j < n; j++) B[j] = r.Next(100); 

5.2। अनुक्रमिक गुणन एल्गोरिथ्म

अनुक्रमिक विधि पर विचार करें:

 Stopwatch sWatch = new Stopwatch(); sWatch.Start(); for (int i = 0; i < m; i++) { C[i] = 0; for (int j = 0; j < n; j++) C[i] += A[i, j] * B[j]; } sWatch.Stop(); Console.WriteLine("  = {0} .", sWatch.ElapsedMilliseconds.ToString()); 

5.3। समानांतर गुणा एल्गोरिथ्म

कम्प्यूटेशनल विधि की कई प्रतियाँ चलाकर समानांतर प्रसंस्करण किया जाता है। विधि की प्रत्येक प्रतिलिपि स्रोत डेटा का एक निश्चित भाग संसाधित करती है। प्रत्येक विधि के लिए नौकरी का वर्णन करने के लिए, InputData वर्ग का उपयोग किया जाता है:

 public class InputData { public int start; //   public int stop; //   } 

कक्षा के प्रारंभ / स्टॉप फ़ील्ड वेक्टर C के प्रारंभ / अंतिम पंक्ति संख्या को संग्रहीत करते हैं, जिनकी गणना कम्प्यूटेशनल विधि के एक उदाहरण का उपयोग करके की जाती है।
ParallelMul विधि पर विचार करें:

 //       InputData[] ClArr = new InputData[nc]; for (int i = 0; i < nc; i++) ClArr[i] = new InputData 

अगला, कम्प्यूटेशनल विधि के प्रत्येक उदाहरण के लिए प्रारंभिक डेटा सेट किए गए हैं:

 //       nc  int step = (Int32)(m / nc); //    int c = -1; for (int i = 0; i < nc; i++) { ClArr[i].start = c + 1; ClArr[i].stop = c + step; c = c + step; } 

एक डिस्पैचर दो धागों के पूल के साथ बनाया जाता है:

 Dispatcher d = new Dispatcher(nc, "Test Pool"); DispatcherQueue dq = new DispatcherQueue("Test Queue", d); 

उस पोर्ट का वर्णन करता है जिसमें गणना पूरी होने के बाद मूल () विधि का प्रत्येक उदाहरण एक संदेश भेजता है:

 Port<int> p = new Port<int>(); 

Arbiter.Activate विधि डिस्पैचर कतार में दो कार्य (मूल विधि के दो उदाहरण) डालता है:

 for (int i = 0; i < nc; i++) Arbiter.Activate(dq, new Task<InputData, Port<int>>(ClArr[i], p, Mul)); 

Arbiter.Activate विधि का पहला पैरामीटर डिस्पैचर कतार है जो कार्य के निष्पादन को नियंत्रित करेगा, दूसरा पैरामीटर लॉन्च किया जाने वाला कार्य है।
Arbiter.MultipleItemReceive विधि का उपयोग करते हुए, एक कार्य (रिसीवर) लॉन्च किया जाता है जो पोर्ट पी पर दो संदेशों की प्राप्ति की प्रक्रिया करता है:

 Arbiter.Activate(Environment.TaskQueue, Arbiter.MultipleItemReceive(true, p, nc, delegate(int[] array) { Console.WriteLine(" "); })); 

गणना पूरा होने पर निर्धारित करने के लिए रिसीवर का उपयोग किया जाता है। पोर्ट पी पर दो संदेश आने के बाद ही यह काम करेगा। रिसीवर में वर्णित प्रतिनिधि में, आप उन कार्यों को शामिल कर सकते हैं जिन्हें गुणा प्रक्रिया के पूरा होने के बाद किया जाना चाहिए।
मूल () विधि मैट्रिक्स के एक भाग को वेक्टर द्वारा गुणा करती है:

 void Mul(InputData data, Port<int> resp) { Stopwatch sWatch = new Stopwatch(); sWatch.Start(); for (int i = data.start; i < data.stop; i++) { C[i] = 0; for (int j = 0; j < n; j++) C[i] += A[i, j] * B[j]; } sWatch.Stop(); Console.WriteLine(" № {0}:   = {1} .", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, sWatch.ElapsedMilliseconds.ToString()); resp.Post(1); } 

मूल () विधि के दो मापदंड हैं:
1) एक सूचकांक तत्व का मान संग्रहीत करता है जो विधि के इनपुट के लिए पारित मापदंडों को परिभाषित करता है;
2) पूर्णता का बंदरगाह, जिसकी गणना पूर्ण होने के बाद एक पूर्णांक भेजा जाता है।
गणना पूरी होने के बाद, मूल विधि पोर्ट p पर एक पूर्णांक मान भेजता है (भेजा गया मूल्य कोई भी हो सकता है)।
गणना का परिणाम अंजीर में दिखाया गया है। 3।


अंजीर। 3. गणना के परिणाम

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