Boinc - программный комплекс для быстрой организации распределённых вычислений

1. BOINC

выполнил: Алилов М.Р.
2019

2. Что такое BOINC?

BOINC — программный комплекс для быстрой организации распределённых
вычислений. Состоит из серверной и клиентской частей. Первоначально разрабатывался
для крупнейшего проекта добровольных вычислений — SETI@home, но впоследствии
разработчики из Калифорнийского университета в Беркли сделали платформу
доступной для сторонних проектов. На сегодняшний день BOINC является
универсальной платформой для проектов в области математики, молекулярной
биологии, медицины, астрофизики и климатологии. BOINC даёт исследователям
возможность задействовать огромные вычислительные мощности персональных
компьютеров со всего мира.
Эта программа позволяет различным исследовательским, учебным заведениям или
просто энтузиастам науки найти помощь у людей, которые готовы поделиться с ними
процессорным временем. Задача, требующая значительной вычислительной мощности,
разбивается на более простые части и рассылается различным людям, если решение
является верным для своей части – сервер проекта начисляет определённое количество
баллов участнику.
2

3. Серверная часть

В среднем за 24 часа: 28.545 петафлопс (х1015 оп/сек).
Активно: 125,587 участников, 498,161 компьютеров.
Daily change: +194 участников, +363 компьютеров.
(8:30 МСК 13.11.2019)
Серверная часть состоит из HTTP-сервера с веб-сайтом проекта, базы данных MySQL
и набора демонов (генератор заданий, планировщик, валидатор, ассимилятор
результатов.
Сервер
—
только
на
Linux,
предпочтительно
Debian.
HTTP сервер представляет собой набор PHP-скриптов и необходим организаторам
проектов для общего управления проектом: регистрация участников, распределение
заданий для обработки, получение результатов, управление базами данных проекта.
В базе данных хранятся пользователи, пароли, записи заданий, результатов,
информация о хостах, программах проекта и прочее.
Демоны — набор программ на C++.
3

4. Клиентская часть

BOINC-клиент позволяет участвовать одновременно в нескольких проектах с помощью
одной общей программы управления (boinc.exe).
Для визуализации процесса управления BOINC-клиентом можно использовать либо
поставляемую по умолчанию официальную программу-менеджер (boincmgr.exe), либо
воспользоваться «неофициальной» программой для мониторинга и управления BOINCклиентом.
Следует отметить, что собственно BOINC-клиент в академическом понимании не имеет
пользовательского интерфейса как такового, а представляет собой сервис, запускаемый
при запуске системы и управляется по протоколу TCP/IP. Однако для конечного
пользователя это не имеет значения, поскольку дистрибутив программы комплектуется
программой-менеджером, которая сразу по умолчанию устанавливается вместе с
BOINC-клиентом как единое целое и абсолютно прозрачна для пользователя. В этом
случае в качестве адреса управляемого программой менеджером BOINC-клиента
указывается адрес «localhost». Таким образом, с одной стороны, ничто не мешает
пользователю использовать альтернативную программу-менеджер для управления
BOINC-клиентом, а с другой стороны даёт возможность управлять несколькими BOINCклиентами, находящимися на разных компьютерах из одной программы-менеджера.
Также такая организация управления BOINC-клиентом подразумевает возможность
использовать BOINC-клиент в «невидимом» режиме, когда запускается исключительно
сервис, без пользовательского интерфейса вообще.
4

5. Финансовый аспект

Gridcoin — криптовалюта, использующая
технологию блокчейн для краудсорсинга вычислен
ий научных проектов. Протокол Gridcoin
опубликован 16 октября 2013 года, и он построен
таким образом, что при эмиссии
применяется доказательство доли владения.
Ключевой особенностью Gridcoin является то, что
эмиссия связана с участием в научных
распределённых вычислениях, т.е. пользователи
получают вознаграждение за «вычислительный
вклад» в науку.
11 октября 2014 года был осуществлён переход между версиями протокола —
с оригинальной Gridcoin-Classic на Gridcoin-Research. Gridcoin-Classic использовал
гибридную систему эмиссии, сочетавшую доказательство выполнения работы и
доказательство доли владения. В результате перехода были устранены не связанные
с BOINC вычисления. Количество используемых вычислительных мощностей для
защиты блокчейна является минимальным, в отличие от типичных криптовалют,
таких как Биткойн. Дополнительно с переходом на Gridcoin-Research был улучшен
уровень безопасности подтверждения доли участия.
5

6. Проекты

Создать проект на платформе BOINC может любой желающий — вся платформа BOINC
изначально разрабатывалась в рамках LGPL, поэтому любой может ознакомиться с
исходными текстами.
В основном этим занимаются различные университеты и научные центры для решения
задач, требующих больших вычислительных ресурсов, но не имеющих необходимых
материальных средств для покупки суперкомпьютеров, либо мощностей современных
суперкомпьютеров недостаточно для решения поставленной задачи.
Некоторые из наиболее популярных проектов:
SETI@home
Rosetta@home
Einstein@home
LHC@home
6

7. SETI@home

SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) — область науки, чьей целью ставится
нахождение разумной внеземной жизни. Один из методов, известный как «радио SETI»,
заключается в использовании радиотелескопов для приёма узкополосных сигналов из
космоса. Сигналы, не характерные для естественных явлений, будут служить
доказательством использования внеземных технологий.
Раньше проекты SETI использовали специальные суперкомпьютеры, расположенные у
телескопа для анализа поступающей информации. В 1995 году, Дэвид Геди предложил
использовать большое количество домашних компьютеров, подключённых к сети
Интернет как виртуальный суперкомпьютер для анализа радиосигналов. Для изучения
этой идеи он организовал проект SETI@home. Проект SETI@home был запущенн в мае
1999 года.
7

8. Rosetta@home

Проект Rosetta@home направлен на вычисление трёхмерной структуры белков. Подобные
исследования могут привести к созданию лекарств от таких заболеваний как ВИЧ, малярия,
рак и болезнь Альцгеймера.
Результаты вычислений не доступны напрямую. Так же, нельзя использовать результаты
вычислений собственного компьютера. Однако они используются для большого количества
научных публикаций.
Основные задачи:
поиск структуры с наименьшей энергией для заданной аминокислотной
последовательности для предсказания структуры белка;
решение обратной задачи — поиск аминокислотной последовательности с наименьшей
энергией для заданной белковой структуры;
расчёт взаимодействия комплекса белок-белок.
8

9. Einstein@home

Einstein@Home направлен на определение местонахождения
пульсаров, используя данные Лазерно-интерферометрической
гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), радиотелескопа
Аресибо, космического гамма-телескопа Ферми (GLAST).
Сигнал, доказавший существование гравитационных волн был
слишком коротким для обработки проектом, однако теперь
производится подготовка данных для нового поиска
продолжительных гравитационных волн по всему небу.
Основной задачей расчетов является выделение полезного
сигнала (интерференционной картины) из шума, который
является следствием тепловых колебаний атомов в
зеркалах, квантовой природы света, сейсмических движений
земной коры или резонансных колебаний нитей, на которых
подвешена оптика. Процесс обнаружения осложняется также
влиянием вращения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, в
совокупности вызывающими сдвиг частоты сигнала изза эффекта Доплера.
9

10. LHC@home

Подпроект SixTrack, созданный для помощи учёным улучшения работы БАК, просчитывает
различные траектории 60 частиц, при которых луч сохранит стабильность в ускорителе.
Количество циклов от 100000 до миллиона циклов, что соответствует менее 10 секундам
реального времени. Этого достаточно, чтобы проверить будет ли пучок сохранять
траекторию на протяжении гораздо большего времени или существует риск потери
стабильности пучка, что может привести к серьёзным проблемам в реальности, например,
к остановки ускорителя или к выходу из строя некоторых детекторов.
В настоящее время также существует проект
LHC@home 2.0, который открыт для всех
желающих. Целью данного проекта является
моделирование столкновений пучков протонов
с целью последующего сопоставления полученных
экспериментальных и модельных данных и
выявления отклонений. В рамках проекта
в том числе проводятся симуляции потенциальных
проявлений «Новой физики» за пределами
Стандартной модели.
10

11. Резюмируя

Эффективность сети BOINC по сравнению со специализированными
суперкомпьютерами заметно ниже. Так, например «СанВей Тауху Лайт» имеет в
своём составе около 11 млн ядер. Его потребляемая мощность составляет около
28 МВт. В сети BOINC активных около 835 тыс. хостов. При среднем потреблении
современного компьютера около 100 Вт (без монитора) и наличии 2,5 ядер,
коэффициенте загрузки 10 % — суммарная потребляемая мощность составляет
около 10 МВт, 2 млн 130 тысяч ядер, что позволяет говорить о достаточной
эффективности сети BOINC. В качестве недостатка можно отметить то, что
гарантированная вычислительная мощность отсутствует. (по данным с википедии)
11

12. Спасибо за внимание!

12