نموذج جديد يقدم مفهوم الكائنات الافتراضية المتكيفة (VOs)

الائتمان: Paduraru & Stefanescu.

العلاقة بين البنية والوظيفة التي تديرها هي موضوع اهتمام في عدة مجالات ، بما في ذلك علوم الكمبيوتر (الأجهزة مقابل البرمجيات) ، علم الأحياء (الأجهزة مقابل وظيفة) وعلم النفس (الجسم مقابل العقل). شرع كل من Ciprian Paduraru و Gheorghe Stefanescu ، الباحثان اللذان قاما بالدراسة الأخيرة ، بالتحقيق في العلاقة بين الأجهزة والبرمجيات في علوم الكمبيوتر ، لا سيما في سياق الروبوتات وأجهزة AI و IoT والتقدم التكنولوجي الحديث.

وقال ستيفانيسكو لـ TechXplore: "يمكن التحكم بسهولة في إجراءات الحساب المتسلسل ، ولكن غالباً ما يكون من الصعب موازاة ذلك ، في حين يكون من الصعب عادةً التحكم بالتطبيق المتوازي الموزع أصلاً". "لإيجاد إعداد قوي ، مختلط ، قدمنا ​​في السابق نموذجًا مبنيًا على ازدواجية الوقت (rv-IS) ولغة برمجة منظمة DSL (Agapia)."

Agapia هي لغة خاصة بالنطاق (DSL) تُستخدم في برمجة الأنظمة التفاعلية ، حيث يمكن خلط تدفق البيانات وهياكل تدفق التحكم بحرية. يمكن لمجمّعها حاليًا إنتاج عمليات حوسبة عالية الأداء (HPC) ، داخل بيئات MPI أو OpenMP.

يتم وصف دلالات Agapia التشغيلية من خلال بنية ثنائية الأبعاد ، مع بُعد واحد للوقت وبُعد واحد للفضاء. للتعامل بفعالية مع قيود الزمكان ، ابتكر Paduraru و Stefanescu طريقة جديدة لتحديد الأنماط الثنائية الأبعاد عبر الكلمات الشكل العشوائية. سمح لهم ذلك بتوسيع نموذجهم ، مما منحه المزيد من الأبعاد للمساحة.

الائتمان: Paduraru & Stefanescu.

وقال ستيفانيسكو "عندما قدمت النموذج لجول آغا في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين في صيف عام 2015 وسألته عما إذا كان يعتقد أنه نموذج جيد للوكلاء ، أشار إلى ميزة مفقودة: التكيف". "في وقت لاحق ، أدركنا أن التكيف الهيكلي يمكن تضمينه بسهولة ، مما يسمح للنظام بتغيير ، في وقت التشغيل ، هيكله إلى بنية أخرى من فئة من الأنماط المسموح بها."

ويأمل Stefanescu و Paduraru أنه بمجرد اكتمالهما ، سيمكن نموذجهما نوعًا جديدًا من "لغة التجميع" التي تقوم بتوصيل البرامج والأجهزة الموزعة. أحد المساهمات الرئيسية في دراستهم هو أنه يقدم مفهوم "الكائنات الحية الافتراضية" ، التي لديها هيكل يعكس قدرات الأجهزة وتشغيل وظائف منخفضة المستوى ، وتنفيذ متطلبات البرامج.

وقال ستيفانيسكو "يتم تعريف فئة من الكائنات الحية ثنائية الأبعاد (VOs) من خلال مجموعة من المواصفات الهيكلية والوظيفية". "يتم توفير المعلومات الهيكلية بنمط ثنائي الأبعاد منتظم ، يصف الهياكل المسموح بها لوضع العقد الحوسبية. وتتواصل العقد المجاورة عبر واجهاتها المشتركة. وتضمن العقد ذات السطوح البينية على حد VO الخارجي التفاعل مع البيئة. علاوة على ذلك ، فإن العقد على الحدود الخارجية لها دور رئيسي في التحكم في التكوين المكاني للـ VO ، مما يسمح للكائنات الافتراضية بأن تتجمع في كائنات حية أكبر. "

كما يتطور VO ، فإنه قد يغير هيكله ، إضافة أو حذف العقد عن طريق إعادة التشكيل ، شريطة أن تكون البنية الجديدة في نفس الطبقة مثل الطبقة الحالية. ويمكن أيضا تحديد مشغلي إنشاء وحذف واضحين. يتم تنفيذ الوظائف الأساسية التي تدعمها فئة معينة من VOs من خلال شبكة VO من عقد الحوسبة. وتشمل هذه الوظائف التي تدعمها العقد والاتصالات التي تتيحها بنية VO.

وأوضح ستيفانيسكو أن "البرنامج الإداري يتحكم في الوظائف التي يتم تنفيذها وأين وكيف يتدخلون". "من بين الوظائف الأساسية المدعومة ، هناك وظائف خاصة مكرسة للتكيف: فهي تقرر ما إذا كانت إعادة تكوين العقد أو إضافتها أو حذفها ضرورية ، وكذلك متى وكيف يتم تنفيذها." كيفية إضافة وظائف جديدة ، أو إزالة وظائف قديمة. "

الائتمان: Paduraru & Stefanescu.

عند نشر VOs على الأنظمة الفعلية ، قد يتم تعيين المزيد من العقد الافتراضية على نفس العقدة المادية. هذا يسمح لمزيد من التواصل بين النظير (P2P) بين العقد VO. يمكن تنفيذ بعض الوظائف القائمة أو الجديدة بطريقة أكثر فاعلية من خلال استغلال هذا الاتصال المباشر بين العقد الافتراضية ، التي تم تعيينها على نفس العقدة المادية.

"أعتقد أن أحد أهم جوانب دراستنا هو كيفية ربط بنية النظام وجانبه الوظيفي" ، قال Paduraru لـ TechXplore. "يمكن تطبيق ذلك في المستقبل على العديد من فئات المشاكل ، سواء بالنسبة إلى أولئك الذين يحتاجون إلى التوصيل البيني للعوامل المادية (مثل الروبوتات التي تعمل معًا لإنشاء مسار) ، ووكلاء البرامج (على سبيل المثال ، قطع الاتصال بالبرامج على السحابة)."

في ورقتهم ، قام بادارارو وستيفانيسكو بتوضيح أفكارهم على وجه التحديد باستخدام ثلاثة أمثلة من VOs لإدارة التدفق: كائن جامع شجر ، كائن حي تغذية ، كائن حي يتكون من مجموعة من الكائنات الحية في الخلية المغذية. ثم استخدموا جهاز محاكاة لكائنات تجميع الأشجار (TC) لتقييم فوائد إعادة التشكيل.

وتشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أنه في البيئات المتغيرة ديناميكياً ، تكون البنى القابلة لإعادة التشكيل أكثر كفاءة من الهياكل الثابتة. كما أظهر الباحثون كيف يمكن استخدام لغة DSL الخاصة بهم ، Agapia ، لتحقيق تطبيقات سريعة في محاكاة VO.

"نخطط الآن لاستثمار المزيد في دعم برمجة مثل هذه النماذج ، وخلق المزيد من الاختبارات من بيئات الصناديق ، والجمع بين تقنيات مختلفة مثل التعلم التعزيزية لإنشاء سياسات التحسين دون جهد بشري ، وأخيرا نشر الكائنات الافتراضية في تطبيقات العالم الحقيقي ، "وقال بادارو.