Η τυχαία επικοινωνία μεταξύ υπολογιστών λύνει το πρόβλημα κατανομής εργασιών μεταξύ τους

Από την ιστοσελίδα του New Scientist, 2 Φεβρουαρίου 2003

Η κατανομή υπολογιστικών εργασιών, μπορεί να αποβεί τελικά ένα χρήσιμο εργαλείο στην επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων, χάρις σε μια Αμερικανική έρευνα, η οποία εμφανίζεται να υπερνικά το κυριότερο μειονέκτημα της μεθόδου. Πως δηλαδή να γίνεται η κατανομή των εργασιών στους υπολογιστές αρχικά. 

Η ιδέα της κατανεμημένης ή "πλεγματικής" υπολογιστικής επεξεργασίας, έρχεται να αντικαταστήσει την ανάγκη για υπερυπολογιστές, υιοθετώντας την διαίρεση πολύ περίπλοκων εργασιών και κατανέμοντας τα μέρη τους σε μεγάλους αριθμούς φτηνότερων επεξεργαστών, όπως είναι π.χ. οι επιτραπέζιοι υπολογιστές.  

Ένα πετυχημένο παράδειγμα είναι το πρόγραμμα SETI@home, στο οποίο περισσότεροι από 4 εκατομμύρια εθελοντές προσφέρουν τον χρόνο των  υπολογιστών τους όταν αυτοί παραμένουν ανενεργοί, για να συμμετάσχουν στην εξέταση των δεδομένων των ραδιοτηλεσκοπίων, προς ανεύρεση σημάτων από εξωγήινους. 

Για περισσότερο πολύπλοκα προβλήματα όμως, τα οποία περιλαμβάνουν ανάδραση (επιστροφή δηλαδή των αποτελεσμάτων και νέα επεξεργασία με βάση την προηγούμενη), όπως είναι για παράδειγμα η εξομοίωση του καιρού στον πλανήτη μας, υπάρχει μια ουσιαστική δυσκολία με τον συντονισμό όλων των υπολογιστών που εμπλέκονται στην προσπάθεια. Όσο πιο πολλοί επεξεργαστές συμμετέχουν, τόσο περισσότερος χρόνος και μνήμη χρειάζονται για την παρακολούθηση και έλεγχο της ροής των δεδομένων. Μ' ένα τεράστιο αριθμό τελικών επεξεργαστών, το πρόβλημα του συντονισμού των γίνεται ανυπέρβλητο, λέει ο Gyorgy Korniss του πολυτεχνικού ινστιτούτου Rensselaer στη Νέα Υόρκη. 

Η τυχαία επιλογή

Παρόλα αυτά ο Korniss και οι συνεργάτες του έχουν καταλήξει σε μια απλή λύση, η οποία δεν απαιτεί να υπάρχει ένας παγκόσμιος υπολογιστής-ελεγκτής. Κάθε ξεχωριστός υπολογιστής, προβαίνει ευκαιριακά σε  ελέγχους με τυχαία επιλεγμένους άλλους υπολογιστές, για να βεβαιωθεί ότι παραμένει κατάλληλα συγχρονισμένος. 

"Αυτό σημαίνει ότι κάθε ανεξάρτητος υπολογιστής πρέπει να επικοινωνεί μόνο με πεπερασμένο αριθμό άλλων," λέει ο Korniss. Το αποτέλεσμα είναι ένα αυτοσταθεροποιητικό φαινόμενο του συνολικού συστήματος, στο οποίο οι υπολογιστές που βρίσκονται χρονικά μπροστά στις εργασίες που τους έχουν ανατεθεί, ειδοποιούνται από τους άλλους να περιμένουν μέχρι να καταφθάσει το επόμενο πακέτο δεδομένων. Αν αυτός ο συγχρονισμός δεν επιτευχθεί, ο υπολογισμός που εκτελείται, ύστερα από λίγο δεν θα έχει νόημα 

Το στοιχείο της τυχαιότητας είναι κρίσιμο. Αν οι επεξεργαστές αλληλοελέγχονταν μόνο με τους γειτονικούς τους, τότε ολόκληρες περιοχές του συστήματος θα προηγούνταν στην εκτέλεση των εργασιών από άλλες. 

Παρά τον τεράστιο αριθμό των επεξεργαστών που επιστρατεύονται, το πρόγραμμα SETI@home δεν πάσχει στην πραγματικότητα από προβλήματα κλίμακας. Έτσι θα μπορούσε να παρατηρήσει κάποιος ότι το πρόβλημα του συγχρονισμού δεν φαίνεται να επηρεάζει την λειτουργικότητα του όλου συστήματος. Αλλά, όπως εξηγεί ο Scott Kirkpatrick, ένας μηχανικός υπολογιστών στο Εβραϊκό πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ, στο Ισραήλ, η μόνη αιτία που δεν έχει εκδηλωθεί πρόβλημα συγχρονισμού στο σύστημα αυτό, είναι ότι δεν έχει ανιχνευθεί ακόμη κάποιο μήνυμα εξωγήινων. Ο άριστος συγχρονισμός θα χρειαστεί όταν ένα τέτοιο μήνυμα ανιχνευτεί πραγματικά. Σε προβλήματα όμως όπως η πρόγνωση καιρού, ο συγχρονισμός απαιτείται κάθε στιγμή. 

Αναφορά:  Journal reference: Science (vol 299, p 677)