5. 系統建置與成果
5.2. 成果分析
5.2.3. 運算端程式對運算端電腦日常運作的影響
運算端協助運算是以不影響運算端電腦日常運作為原則，本小節就針對該項 目來做驗證。實驗方法上，採用一個叫 Super PI 的軟體，並紀錄其運算時間。該 軟體由日本人所開發，是一個計算圓周率小數點後幾位的軟體，藉由其運算時間 的長短，可以當作一台電腦效能衡量的標準。也由於 Super PI 相當依賴 CPU 運 算能力，運作的同時將佔用電腦絕大多數的運算資源。因此，本實驗利用 Super PI 來模擬運算端電腦在運行繁重日常工作的環境；另外採用 Super PI 運算圓周 率小數點後 1M 個位數(Super PI 1M)所需的時間作為衡量標準。
圖 5-9 Super PI 運算圓周率小數點後 1M 個位數的情況
實驗方法為：再一台單獨執行Super PI 1M需要 1 分 20 秒的電腦上，分別採 用CPS架構的運算端程式和以及直接執行的方式來執行「多重小波轉換濾波器浮 水印」的實驗。並由Super PI 1M所需的時間來判定兩種環境之下對於使用者操 作的影響。不同的環境之下各做 5 遍，分別取平均值和單獨執行Super PI 1M所
需的時間做比較，差距越多，代表該方式越能影響使用者的日常作業。
表格 5-3 對運算者端電腦的影響
使用 CPS 運算端程式 直接執行
需時：01m22s 需時：02m05s
附註：單獨執行 Super PI 1M 需時 01m20s
實驗結果如表格 5-3所示。使用CPS運作時，由於工作優先權是低的。所以 OS會把大多數的時間分配給優先權式標準的Super PI去使用；相對的，直接執行 的情況之下，優先權皆為標準的兩個工作會去搶奪CPU時間。從效果來看也很顯 著：在單純只執行Super PI 1M需時 01m20s；而加入了採用CPS運算端執行「多 重小波轉換濾波器浮水印」的實驗後時間略升為01m22s；至於直接執行「多重 小波轉換濾波器浮水印」的實驗時間會暴增到02m05s。若以Super PI的運作當成 運算者電腦的日常作業來看，CPS運算端的運作並不會對其造成巨大的影響。
透過之前的印證，證明了 CPS 在處理小批次的需高運算能力的執行程式的 分散式運算環境中，是一個能有效縮短執行時間，同時具有工作流程控管能力的 解決方案。但是，倘若運行的實驗產生較大量的檔案傳輸時，CPS 是否適用？以 下，將透過實驗驗證。
本實驗，透過傳送一個 130MB大小的檔案，主要著重在於較大量的檔案傳 輸流量的環境上，運行的工作並不耗費大量的運算能力。單一批次流程圖可以參 考圖 5-10。在共做 20 次的環境之下，參與運算電腦由一台漸增至 6 台，並監控 工作的總完成時間及需求者端的網路流量狀況。每組實驗各做 3 次，取平均值做 為判斷依據。
圖 5-10 高檔案傳輸實驗流程圖
在進行該實驗之前，先傳輸較小的檔案，分別為 1MB、2MB、4MB作為對 照。在這個對照組實驗中，流程大致與圖 5-10相似，只是改變傳送檔案大小與 數量，每個批次控制檔案的傳輸為 20MB，亦即 1MB傳 20 個、2MB傳 10 個、
4MB傳 5 個，總共進行 30 個批次。參與電腦依舊由 1 台漸增至 6 台，取工作的 總完成時間及需求者端的網路流量狀況為判斷依據。
對照組的實驗結果見圖 5-11。隨著電腦的增加，可以看到所需時間逐漸減 少。儘管，相同環境下三組實驗的所需時間略有不同，但差異不大，可以歸為網 路環境所以造成的合理誤差。
圖 5-11 較小檔案傳輸流量實驗完成總時間圖(對照組)
圖 5-12 高檔案傳輸流量實驗完成總時間圖
表格 5-4 較小檔案傳輸流量實驗需求端流量表(4MB)(對照組)
註：Y 軸最大值為 25000000 bits/sec
表格 5-5 較小檔案傳輸流量實驗需求端流量表(2MB)(對照組)
註：Y 軸最大值為 25000000 bits/sec
表格 5-6 較小檔案傳輸流量實驗需求端流量表(1MB)(對照組)
註：Y 軸最大值為 25000000 bits/sec
表格 5-7 高檔案傳輸流量實驗需求端流量表
1 66 131 196 261 326 391 456 521 586 651 716 781 846 911 976 1041 1106 1171 1236 1301 1366 1431 數列1
1 73 145 217 289 361 433 505 577 649 721 793 865 937 1009 1081 1153 1225 1297 1369 1441 1513 1585 數列1
1 70 139 208 277 346 415 484 553 622 691 760 829 898 967 1036 1105 1174 1243 1312 1381 1450 1519 1588 數列1
1 77 153 229 305 381 457 533 609 685 761 837 913 989 1065 1141 1217 1293 1369 1445 1521 1597 1673 數列1
1 88 175 262 349 436 523 610 697 784 871 958 1045 1132 1219 1306 1393 1480 1567 1654 1741 1828 1915 2002 數列1
1 84 167 250 333 416 499 582 665 748 831 914 997 1080 1163 1246 1329 1412 1495 1578 1661 1744 1827 數列1
註：Y 軸最大值為 25000000 bits/sec
高檔案傳輸流量實驗結果請見圖 5-12以及表格 5-7。首先，從完成時間的
4411 4262
3719
Numbers of PCs
F in ish ed T im es (S ec )
數列1
圖 5-13 延長等待時間為 200 秒後的完成時間圖
實驗過程之中，也發現了許多以往不曾發生的例外情況。例如，檔案無法完 全正常回傳或者運算端程式無法回傳檔案而停止運作的情況。因此，可以研判在
高檔案傳輸流量的環境之下，運作時間將不再取決於參與電腦的多寡，反而更加 依賴網路頻寬的大小以及需求者端電腦的效能，明顯和當初 CPS 建立的精神不 符。
由這些實驗結果可以知道，CPS 架構並不是適合處理高檔案傳輸流量的環 境。過大的網路流量以及過於頻繁的存取，對於需求者來說，會造成其負擔的增 加，會造成工作運作上的瓶頸，甚至頻繁地產生例外情況使的工作效率降低。在 實際應用 CPS 架構時，應該避免這種頻繁地傳輸大檔案的環境。
6. 結論與未來展望
6.1. 結論
本研究提出了 CPS 架構，利用 Web Services 的非緊密結合以及開放式標準，
突破了現行 P2P 分散式運算環境彈性的不足；導入 BPEL 則賦予了 P2P 架構實 驗設計上的彈性以及工作流程控管的能力；在信賴網路中實行，則提升了中小企 業在施行分散式運算環境上，安全性和動機上的立場和保證。
CPS 架構提供了一個以 Web Services 為基礎的輕量級 P2P 運算能力分享環 境。適用於傳輸量小的可批次化的需高運算能力的執行程式，在組織的信賴網路 之中實行，為中小型組織提供了一個運用組織內閒置電腦運算能力的可行方案。
同時兼具了圖形化的開發與管理環境以及工作流程控管的能力，不影響運算端的 日常作業。簡單使用且能 24 小時運作的 P2P 協同運算環境，可以有效利用老舊 電腦的運算能力，減少組織為因應運算需求增高而添購設備的成本支出。
6.2. 未來展望
6.2.1. 工作進度管理
目前運算端程式的 Roll-Back 機制採用重作的方式，主要的目的在於保守地 確定契約被達成而已，卻是一個浪費運算資源的舉動。因此，要如何有效率地做 工作進度管理。例如當程式被關閉之後，能記錄目前的進度狀態；當重新執行運 算端程式時，便能夠較有效率的 Roll-Back，甚至能夠接續之前的進度繼續運算，
資源才不會被浪費。工作進度管理兼具資源合理使用以及效率提升的好處，是今 後值得研究的方向之ㄧ。
6.2.2. 流程最佳化
具有工作流程控管能力之後，如何使流程最佳化，是一個容易被提起的部 份。動態派工機制應該是一個可行的方式：以一個流程點來看，參考圖 6-1。有 ABCD代表四個運算端，圖中每一個時間區塊代表該運算端執行一個工作的所需 時間。圖中狀況表示在需求者還有兩個工作時，Ａ、Ｄ分別向需求者要求新的工 作。在循序式(round robin)派工機制的環境下，需求者會各分給A、D一個工作，
其狀態如圖中（a）所示；倘若透過動態派工機制，根據之前的Ａ、Ｄ運算效能
Finishing time (a) If requester assigns one to A, another to D
C D A B
Time
(b) If requester assigns both to D, finish time is optimal.
A and D request for new subtask when Requester still has 2 subtasks to assign
Finishing time
圖 6-1 單流程點最佳化派工示意圖
另外，若能換過來把整個網路當成一個虛擬機器，利用 BPEL 作為外界與虛 擬機器、甚至虛擬機器內部元件之間溝通的一種媒介，建構出一整個虛擬機器運 作的邏輯。透過這種方式，整個虛擬機器所包含的資源將能被統籌管理使用；屆 時，無論是程序或者是執行緒，也能透過虛擬機器核心的運作分配給網路中閒置 資源運作。這種方式將突破本研究目前只能執行可批次化的需高運算能力的情 況，也是未來值得研究的方向之ㄧ。
參考文獻
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FEBRUARY 2003
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COMMUNICATIONS OF THE ACM June 2003/Vol. 46, No. 6
附錄(一) Computing Power Services 系統使用手冊
軟體安裝
z Microsoft Visual Studio .Net 2003 z Microsoft .Net Framework
z Microsoft SQL Server 2000 z Oracle BPEL Process Manager 2.0
z Eclipse 3.0（若使用 3.1 板，在安裝 BPEL Process Manager 時會發生問題）
z J2SDK1.4.2 以上版本
z ActivePerl-5.6.1.638（若使用 5.8.7 版，會發生不支援的問題，此軟體為針對
「多重小波轉換濾波器浮水印嵌入」實驗，生成實驗檔所使用）
系統建置
1. Microsoft .Net 系統主程式
z 需求者端（Requester）－ EXPClient
y 在 C:\Inetpub\wwwroot\ 下建立資料夾 EXPClient。
y 控制台→系統管理工具→Internet Information Services→新增虛擬目 錄。開啟服務。
y 進入 Microsoft Visual Studio .Net 2003 開啟 EXPClient 專案，並重新 編譯。
y Web Reference_coordinator依照協調者端Coordinator的安裝位址進行 更新，例如：http://140.113.72.173/psbroker/broker.asmx
¾ EXPClient→滑鼠右鍵→加入 Web 參考
¾ 依照協調者端 PSBroker 的安裝位址進行更新，選擇「本機上 的電腦服務」（PSBroker 和 EXPClient 架在同一主機上）或直接 輸入 URL 位址。
¾ 選擇協調者端 PSBroker 位址
¾ Web 參考名稱命名
y 可依據使用者需要更改程式碼中的帳號密碼。
z 運算者端（Computing Unit）－ ComputingUnit
y 在 C:\Inetpub\wwwroot\ 下建立資料夾 ComputingUnit。
y 控制台→系統管理工具→Internet Information Services→新增虛擬目 錄。開啟服務。
y 進入 Microsoft Visual Studio .Net 2003 開啟 ComputingUnit 專案，並
重新編譯。
y Web Reference_Broker依照協調者端Coordinator的安裝位址進行更 新，例如：http://140.113.72.173/PSBroker/Broker.asmx
（方法同上 EXPClient）
y Web Reference_EXPClient依照需求者端Requester的安裝位址進行更 新，例如：http://140.113.72.173/expclient/expclient.asmx
（方法同上 EXPClient）
y 可依據使用者需要更改程式碼中的參數。
y 可依據使用者需要更改程式碼中的參數。