使用.net Remtoing並行計算
摘要，本文分析了一個使用.net romoting進行並行計算PI值的程序，
並給出結果及性能分析。
在MSDN上發現一篇文章是介紹如何使用.net Remoting進行並行計算的，剛好本人對並行計算很有興趣，於是仔細地分析了一下此程序的代碼。原文及程序可以在此處獲得。由於覺得原文只是作了一個大致的講解，有很多細節只是掩藏在源代碼中，所以在花了很多時間分析完源程序後，纔對原文有了很深的理解，疏理出一些內容出來和大家分享。
一． 概述
.NET Remtoing用於在遠程服務器和客戶機之間互相調用對象，這些對象是存在於同一AppDomain中的。它使用Soap或二進制的方式傳遞消息（即要調用的對象），傳送協議爲HTTP或TCP。
二． Remoting如何實現並行計算？
.NET Remoting與並行計算好像是兩個不同的概念，前者更類似於分佈式計算和Web Service，而後者實際上是計算粒度更小的任務，但它將一個計算任務分配給多個節點計算，然後彙總成一個結果返回。
根據以上思想，實現上將分佈的對象的粒度設計小一點即可實現並行計算。並行計算的一個關鍵因素是進程（或子任務）間通訊，而我們把.net remoting中的對象間通訊作爲進程間通訊即可。
本例並行計算Pi的小數點，精確到N位。使用.net remoting可以如下實現。在每個節點上運行相同的程序，但每個節點計算不同位置的小數位，如NodeA計算小數點後1-9位，NodeB計算10-18位，NodeC計算19-27位，這樣最終彙總的結果就可以有1-27位。由於是並行計算，比起單機計算，時間要快上很多倍，其加速比與每臺節點的速度及整個通信網絡的速度有關。計算模型如下圖所示：
<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />
三． 並行算法
要進行並行計算，首先要設計好並行算法和通訊模式。由於我們只是在PC機羣進行並行計算，所以採用了最簡單的主從式並行模型，即由一個主進程負責任務的分發，結果的歸約，將子任務平均分配到每個節點上計算。
但實際上本文中使用的並不是平均分配任務，而是更好的任務池工作方式。即每個節點計算完一個子任務後，會向主進程申請新的任務，一直到任務全部計算完爲止，這樣的好處是計算能力越強的節點計算的任務也越多。比起平均分配來說可以提高總體的計算和減少同步時間。
四． 程序結構
此程序主要由以下幾個包組成，
l 4．1） ServerLoader
用於加載提供可遠程調用的服務器對象，指定調用使用的網絡協議和端口，以便於在局域網中被調用，然後偵聽來自客戶端的請求，在服務器上處理此請求並返回結果。
簡單來說即每個節點都必須運行ServerLoader程序，以向外界聲明可被調用的對象（即Plouffe_bellard.dll中的對象）。
以下代碼爲調用配置文件：
String ConfigFilePath = Path.GetDirectoryName(Application.ExecutablePath) + ServerLoader. exe.config";
RemotingConfiguration.Configure(ConfigFilePath);
配置文件爲：ServerLoader.exe.config
<configuration>
<system.runtime.remoting>
<application name = "ServerLoader">
<service>
<wellknown
mode="SingleCall"
type="PB.Plouffe_Bellard,Plouffe_Bellard"
objectUri="Plouffe_Bellard"/>
</service>
<channels>
<channel ref="tcp server" port="9000"/>
</channels>
</application>
</system.runtime.remoting>
</configuration>
l 4．2） Plouffe_bellard
這就是.NET Remoting中的實際被調用的遠程對象，它被置於每個節點上。它是繼承自System.MarshalByRefObject，這樣的派生對象從來都不會離開它的應用域，客戶就可以通過代理對象調用遠程對象的方法。
它是用來計算圓周率PI的小數點位數的程序，Plouffe_Bellard算法具有很好的並行性，它可以指定要計算的小數點的位置，如第二節所述。
其函數形式爲：
public class Plouffe_Bellard : System.MarshalByRefObject
{
public String CalculatePiDigits(int n)
{ … }
}
l 4．3）DigitsOfPi
此子基礎上爲整個項目核心部分，可作爲客戶端程序運行。它主要實現主界面UI處理、節點配置，多線程創建與同步，計算任務分配與彙總的功能，只需要在任何一臺節點上運行即可。包括以下幾個對象：
MainForm，SolutionArray，SolutionItem，RemotingObject，CalculationThread。
n mainForm：即處理UI對象
n SolutionArray是並行線程分配與管理程序，如:任務池創建、任務分配、線程創建、同步線程, 匯聚結果等。
n SolutionItem即任務的數據結構。包括要計算的小數點位, 計算的結果, 計算的在機器。
n RemotingObject是RemotePiCalculator，用於獲取遠程對象。
n CalculationThread：計算模塊，在線程中運算（由SolutionArray產生和調用），並不斷從任務池中取得任務進行計算。
以下爲這幾個對象的序列圖：
當遠程對象的CalculatePiDigits被客戶端程序調用時，此要求即被髮送到遠程機器的ServerLoader對象。然後服務器上的對象就會計算結果。最後將計算的結果返回給客戶端程序，顯示在文本框中。
五． 結果分析
機器配置說明
<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />MOORE 700MHz AMD Duron 192M SDR
LOZIT 1.8GHz Batumn 256M DDR
時間比較
由於算法的特性，計算到高位時可以看到計算速度逐漸變慢。在我們的機器上，算到第3000位附近速度已經是非常之慢，忍受不住終於中斷，一共計算了3330位，共耗時719545 ms，即12分鐘。在實驗中還發現，節點只能與同一子網中其它節點相連纔有效，要與子網外的節點相連，可能要涉及.net 中的更高級話題，就不太清楚了。
六． 後記：
本文中的並行算法相對簡單，沒有涉及並行計算的高級算法及其它內容，如子任務間並沒有傳遞數據。使用.net remoting是否適合作並行計算呢？當在科學計算領域中已經有現成的MPI，MVP等並行通訊庫可用時？如果可以出現MPI for C#，那真是一大福音。（好像俄羅斯的專家們已經實現了這個項目，叫做T-System[2]）。如果有時間，希望會在以後我文章中繼承研究用.net remoting進行並行計算。國外的一些研究組好像已經有不少開始這方面的研究，希望有興趣的朋友和本人聯繫，一同探討。
2004年4月20日星期二
參考文獻：
1． Parallel Computing with .NET Remoting，Eric Bergman-Terrell
http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/en-us/dnhcvs03/html/vs03d1.asp
2． Alexander Chudinov，Vladimir Roganov，Parallel Computing Runtime for Microsoft .NET Framework