08 paralelizaci´on de algoritmos en plataformas distribuidas: caso de estudio en procesamiento

76 Pages·2014·5.01 MB·Spanish

PI 121 - 08
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PARALELIZACION DE ALGORITMOS EN PLATAFORMAS DISTRIBUIDAS:
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CASO DE ESTUDIO EN PROCESAMIENTO SISMICO EN LA INDUSTRIA
PETROLERA
Camilo Antonio Linares Moreno
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
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FACULTAD DE INGENIERIA
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MAESTRIA EN INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION
Bogota´ D.C.
Junio de 2014
PI 121 - 08
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PARALELIZACION DE ALGORITMOS EN PLATAFORMAS DISTRIBUIDAS:
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CASO DE ESTUDIO EN PROCESAMIENTO SISMICO EN LA INDUSTRIA
PETROLERA
Camilo Antonio Linares Moreno
MEMORIA DE TRABAJO DE GRADO REALIZADO PARA CUMPLIR UNO
DE LOS REQUISITOS PARA OPTAR AL TITULO DE
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MAGISTER EN INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION
Director
Ing. Juan Pablo Garzo´n Ruiz M.Sc.
Asesores
Ing. Enr´ıque Gonza´lez Guerrero Ph.D.
Flor Alba Vivas Mejia D.Sc.
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
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FACULTAD DE INGENIERIA
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MAESTRIA EN INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION
Bogota´ D.C.
Junio de 2014
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE INGENIER´IA
CARRERA DE INGENIER´IA DE SISTEMAS
Rector Magn´ıfico
P. Jorge Humberto Pela´ez Piedrahita S.J.
Decano Acad´emico Facultad de Ingenier´ıa
Ingeniero Jorge Luis Sa´nchez Tellez
Decano del Medio Universitario Facultad de Ingenier´ıa
Padre Antonio Jos´e Sarmiento Leal S.J.
Director de Maestr´ıa en Ingenier´ıa de Sistemas y Computaci´on
Ingeniero Enrique Gonz´alez Guerrero Ph.D.
Director Departamento de Ingenier´ıa de Sistemas
Ingeniero Rafael Andr´es Gonzal´es Rivera
Art´ıculo 23 de la Resolucio´n No. 1 de Junio de 1946
¨ La Universidad no se hace responsable de los conceptos emitidos por sus alumnos
en sus proyectos de grado. S´olo velar´a porque no se publique nada contrario al dogma
y la moral cat´olica y porque no contengan ataques o pol´emicas puramente personales.
Antes bien, que se vean en ellos el anhelo de buscar la verdad y la Justicia ¨
A Dios, fuente de amor y
sabidur´ıa.
A Carolina, por su comprensi´on
y apoyo incondicional.
A Samuel y Daniel por
motivarme con su existencia.
a
Agradecimientos
A mis profesores en el programa MISYC, gracias por su motivaci´on continua y
ejemplo.
A mis orientadores Juan Pablo, Flor Alba y Enrique, por su gu´ıa, dedicaci´on y pa-
ciencia en esta traves´ıa.
A mi familia, gracias por su apoyo constante, comprensi´on y motivacio´n.
A la Pontificia Universidad Javeriana, por darme la oportunidadde continuar apren-
diendo cada d´ıa.
A ECOPETROL S.A. por su confianza y apoyo en el desarrollo de mis estudios.
b
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Indice general
´Indice de figuras e
´Indice de Tablas h
1. Introduccio´n 1
2. Marco conceptual 5
2.1. Oportunidades de la computacio´n de alto desempen˜o en la industria
de petr´oleo y gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2. Marco te´orico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1. Disen˜o de algoritmos paralelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2. El procesamiento de datos s´ısmicos . . . . . . . . . . . . . . . 11
3. Estrategias de paralelizacion 21
3.1. Estrategias de paralelizaci´on enmarcadas en PCAM . . . . . . . . . . 21
3.2. Caracter´ısticas de plataformas Clu´ster y Grilla . . . . . . . . . . . . . 26
3.3. Seleccio´n de estrategias de paralelizaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4. Seleccio´n de estrategia de paralelizaci´on para caso de estudio . . . . . 28
4. Caso de implementacio´n 30
4.1. Caso de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.1.1. Migraci´on s´ısmica preapilada en el dominio de disparo comu´n
por extrapolacio´n del campo de onda en profundidad . . . . . 31
4.1.2. Migraci´on en dominio del disparo . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1.3. Migraci´on en dominio de ondas planas. . . . . . . . . . . . . . 34
4.2. Implementaci´on de los algoritmos de migraci´on . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.1. Analisis PCAM del disen˜o de los algoritmos de migraci´on . . . 35
4.2.2. Implementacio´n de algoritmo de migracio´n por disparo . . . . 39
4.2.3. Implementacio´n de algoritmo de migracio´n por ondas planas . 41
4.2.4. Caracter´ısticas de los datos s´ısmicos . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3. Experimentacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.1. Plataforma de experimentacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
c
´ ´
INDICE GENERAL INDICE GENERAL
4.3.2. Disen˜o del experimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3.3. Experimentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.3.4. Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5. Conclusiones 58
Bibliograf´ıa 60
d
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Indice de figuras
1.1. Plataformas l´ıderes de alto desempen˜o de listado Top 500. a)Listado
de las 10 plataformas l´ıderes; no´tese que el rango de desempen˜o va de
2.90 a 33.9 Pflops. b) Gra´fica de desempen˜o proyectado al 2020 segu´n
ana´lisis de Top500. [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Representaci´on del M´etodo S´ısmico y captura de un disparo. A la
izquierda se representan los principios ba´sicos del M´etodo S´ısmico. A
la derecha, la gr´afica de los datos correspondientes a un disparo en
una captura s´ısmica. [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3. Bloques de Procesamiento S´ısmico: El esquema muestra en bloques
las diferentes etapas del Procesamiento S´ısmico. [3] . . . . . . . . . . 3
2.1. Ejemplos Arquitecturas de Computadores. En cada una de las arqui-
tecturas presentes en el cuadro se muestran ejemplos de implementa-
ciones disponibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2. EjemploMigracio´nS´ısmicap´os-apilado[4].a)muestraelcampoantes
de realizar el proceso de migraci´on, b) muestra el campo despues del
resultado de la migracio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3. CapturaDatosS´ısmicos[5].Estat´ecnicamuestralaperturbaci´onrea-
lizada en el punto S, la cual se refleja y es capturada por los geofonos
en los puntos H para muestrear el subsuelo . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4. Dominio en disparo comu´n. Este dominio muestra una fuente que
genera la perturbacio´n y varios receptores que simultaneamente cap-
turar la informaci´on de la sen˜al incidente. . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5. Representacion de las Trazas de los Receptores en Disparo Comu´n . . 15
2.6. Traza en Disparo comu´n despues de haber realizado la correcci´on de
tiempos de propagacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.7. DominiodeDesplazamientoComu´n.Dominioendondelafuenteseva
desplazandoaunadistanciaconstanteygenerandolasperturbaciones
en distintas posiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.8. Trazas de la Superficie de Estudio en Apilamiento por Offset Comu´n 17
e
´ ´
INDICE DE FIGURAS INDICE DE FIGURAS
2.9. Imagen de dominio de punto medio comu´n, en donde se captura la
informacio´n de varios geofonos y se hace referencia como punto medio
al R6[5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.10.Trazas del dominio de punto medio comu´n[5] . . . . . . . . . . . . . . 18
2.11.Descripci´on de la obtenci´on de los datos por el dominio de receptor
comu´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.12.Resultado de las trazas obtenidas por el geofono G2L de los datos en
dominio de receptor comu´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1. Matriz de selecci´on de estrategias de paralelizacio´n . . . . . . . . . . 28
4.1. Distribucio´n grafica de la estructura del archivo de migraci´on s´ısmica
capturado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2. Modelo de velocidades Marmousi utilizado en la generacio´n del dato
sintetico,para240disparoscon96canalesdecapturaporcadadisparo
[6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3. Descripcio´n en bloques del proceso de migracio´n s´ısmica . . . . . . . 32
4.4. Diagrama de bloques del esquema de migracion sismica por disparo. . 33
4.5. Diagrama de bloques del esquema de migracion sismica por ondas
planas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.6. Diagrama de la implementacio´n de la metodologia PCAM para los
algoritmos de migraci´on s´ısmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.7. Diagrama de Bloques Algoritmo de Migraci´on S´ısmica por Disparo . . 39
4.8. DiagramadeBloquesAlgoritmodeMigraci´onS´ısmicaporOndasPlanas 41
4.9. Campo de Velocidades correspondiente al dato sint´etico Marmousi [6] 48
4.10.Dato Marmoussi Migrado por Dominio del Disparo . . . . . . . . . . 49
4.11.DatoMarmoussiMigradoporDominiodeOndasPlanasconpmin=700us
y 81 Migraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.12.Migraci´on de 50 Shots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.13.Migraci´on de 100 Shots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.14.Migraci´on de 200 Shots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.15.Migraci´on de 5 Ondas Planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.16.Migraci´on de 50 Ondas Planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.17.Migraci´on de 101 Ondas Planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.18.Resultado Tiempos de Ejecucio´n en el Cluster Zine1, en dominio del
disparo y ondas planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.19.Resultado Tiempos de Ejecucio´n en el Cluster Zine1, en dominio del
disparo y ondas planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.20.Eficiencia del uso del Cluster con el Algoritmos de Migracio´n en el
Dominio del Disparo y Ondas Planas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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