PDF de programación - Aplicación paralela para entorno empresarial usando GPGPU

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LA PAZ, BAJA

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Subsecretaría de Educación Superior
Dirección General de Fducación Superior Tecnológica
Instituto Tecnológico de La Paz

SEP
sueieccns Ter,Iwigkos

"2013. Año de la Lealtad Institucional Centenario del Ejército Mexicano"

La Paz, B.C.S., 15 / agosto / 2013

DEPI/272/2013

Asunto: Autorización de impresión.

C. LIC. JOSÉ ROBERTO AGUILERA ANGULO,
ESTUDIANTE DE LA MAESTRÍA EN
SISTEMAS COMPUTACIONALES,
PRESENTE.

Con base en el dictamen de aprobación emitido por el Comité Tutorial de la Tesis denominada: "APLICACIÓN PARALELA PARA
ENTORNO EMPRESARIAL USANDO GPGPU", mediante la opción de tesis (Proyectos de Investigación), entregado por usted
para su análisis, le informamos que se AUTORIZA la impresión.

ATENTAMENTE
Ciencia es Verdad, Técnica es Libertad

ABLO PEREZ ALVA EZ,

JEFE DE LA DIV. DE EST. DE POSGRADO E INV.

c.c.p. Coordinación de la Maestría.
c.c.p. Depto. de Servicios Escolares.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

E INVESTIGACIÓN

ITLP-DEPI-RTT-10

Rey.1

Dirección General de Educación Superior Tecnológica
Instituto Tecnológico de La Paz

SEP (cid:9)
Institutos Tecnológicos

-

DICTAMEN DEL COMITÉ TUTORIAL

DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN.

SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

La Paz, B.C.S., 15 /a osto/ 2013

C. M.C. PABLO PÉREZ ÁLVAREZ,
JEFE DE LA DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE
POSGRADO E INVESTIGACIÓN,
PRESENTE.

Por medio del presente, enviamos a usted dictamen del Comité Tutorial de tesis para la obtención del
grado de Maestro, con los siguientes datos generales:

Nombre
JOSÉ ROBERTO AGUILERA ANGULO
SISTEMAS COMPUTACIONALES

No. de Control
M11310009
Maestría en:
Título de la tesis:
APLICACIÓN PARALELA PARA ENTORNO EMPRESARIAL USANDO GPGPU
DICTAMEN:
Se (cid:9) autoriza (cid:9)
correspondientes conforme a las observaciones planteadas por este Comité Tutorial.

en (cid:9) virtud (cid:9) de (cid:9) que (cid:9)

trabajo (cid:9) de (cid:9)

investigación, (cid:9)

el (cid:9)

realizó (cid:9)

las (cid:9) correcciones

Atentamente.
El Comité Tutorial

SÚS A

NIO CASTRO

MATI. LUIS ARM

DENAS FLORIDO

c.c.p. Coordinador de la Maestría.
c.c.p. Departamento de Servicios Escolares.
c.c.p. Estudiante.

ITLP-DEPI-RTT-08

Rey.1

(cid:9)






















 

…“No podemos resolver problemas pensando de la

misma manera que cuando los creamos”

-Albert Einstein







 







Prefacio





Esta tesis se presenta como parte de los requisitos para obtener el grado académico

de Maestría en Sistemas Computacionales, del Instituto Tecnológico de La Paz. La misma

contiene los resultados obtenidos en investigaciones llevadas a cabo en la División de

Estudios de Posgrado e Investigación, durante el periodo comprendido entre agosto de 2011

a junio de 2013, bajo la dirección de la M. S. C. Iliana Castro Liera, profesora titular de la

División de Estudios de Posgrado e Investigación.













 

Lic. José Roberto Aguilera Angulo

División de Estudios de Posgrado e Investigación

Instituto Tecnológico de La Paz

La Paz Baja California Sur, agosto de 2013

 





























 

…“Para mis padres, hermano y abuela; por su apoyo,

cariño y confianza.”

 

Agradecimientos



Le agradezco a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi formación

profesional, por ser mi fortaleza en los momentos de cansancio y por brindarme una vida

llena de aprendizajes, experiencias y sobre todo felicidad.

En primer lugar, quiero expresar mi especial agradecimiento a la profesora Iliana

Castro Liera, con quien he tenido el gusto de trabajar y aprender desde hace algunos años,

quien me dio la oportunidad de realizar mi trabajo de tesis bajo su dirección, compartiendo

su conocimiento y su amistad. Esta tesis no hubiera sido posible sin el apoyo y la

dedicación que me ha ofrecido.

Adicionalmente quiero extender este agradecimiento a los profesores la División de

Estudios de Posgrado e Investigación, por todo el apoyo brindado a lo largo de mi estancia,

por su tiempo, amistad y por los conocimientos que me trasmitieron.

Por último quiero agradecer a mi familia que me ha dado todo su amor,

comprensión y motivación para salir adelante con este proyecto.

Son muchas las personas que han formado parte de mi vida profesional a las que me

encantaría agradecerles su amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía en los momentos

difíciles. Algunas están aquí conmigo y otras en mis recuerdos y en mi corazón, sin

importar en donde estén quiero darles las gracias por formar parte de mí, por todo lo que

me han brindado y por todas sus bendiciones.



 

Gracias, muchas gracias a todos.

 

Resumen



En el presente trabajo se describe la implementación de una técnica de paralelismo

aplicada al procesamiento de información financiera almacenada en una base de datos

relacional, mediante Unidades de Procesamiento Gráfico de Propósito General (GPGPU,

por sus siglas en inglés), con lo que se obtuvo una reducción significativa del tiempo de

cómputo requerido para el cálculo de intereses financieros en un conjunto de cuentas.






Abstract



This work presents a description of one way to implements a parallel technique to

financial information has been storage on a relational data base, through of General

Porpoise Graphics Processing Units (GPGPU), obtaining a significant reduction of

computing time required to calculate financial interests in aggregate of accounts.








 

 

Índice de contenido

Capítulo 1

Introducción
Contribuciones
Objetivo General
Objetivos Específicos


Capítulo 2

Paralelización Mediante CUDA Y GPGPU
Unidades de Procesamiento Gráfico de Propósito General

Elementos principales de la arquitectura

Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cómputo (CUDA)

Kernel
Jerarquía de memoria
Intercambio de datos y comunicación entre CPU y GPU


Capítulo 3

Acceso a Disco y la Base de Datos.
La base de datos PostgreSQL

Programación / Desarrollo
Almacenamiento de datos en disco.
Bloques de datos en el disco.
Consulta de información de los bloques de datos.


Capítulo 4

Cálculo de intereses e implementación en la GPU
El cálculo de intereses

Conceptos
Operaciones para determinar los saldos de la cuenta

Implementación

 

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Estrategia de optimización del acceso a disco
Seudocódigo


Capítulo 5

Resultado y Conclusiones
Resultado
Conclusiones


Apéndice 1 Código para PostgreSQL
Apéndice 2 Código para CUDA



Referencias




 
















 

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48
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Índice de figuras y tablas

Fig. 1. Diferencias entre CPU y GPU
Fig. 2. Modelo de programación
Fig. 3. Modelo de acceso a memoria
Fig. 4. Distribución de bloques en núcleos
Fig. 5. Definición de una función Kernel
Fig. 6. Invocación de un Kernel
Fig. 7. Jerarquía de memoria y velocidad de acceso a datos
Fig. 8. Gestión y liberación de memoria
Fig. 9. Arquitectura de PostgreSQL 9.1
Fig. 10. Función data_directory
Fig. 11. Despliegue de información de la tabla pg_stat_database
Fig. 12. Ejecución de la función pg_relation_filepath
Fig. 13. Ejecución de la función pg_relation_filepath, archivo de tamaño 3.5GB
Fig. 14. División de un bloque de datos en disco
Fig. 15. Estructura de un registro en el archivo
Fig. 16. Creación de las extensiones pgstattuple y pageinspect
Fig. 17. Consulta de ctid
Fig. 18. Consulta pgstattuple
Fig. 19. Funciones page_header(), heap_page_items() y get_raw_page()
Fig. 20. Programación lineal
Fig. 21. Programación paralela propuesta
Fig. 22. Esquema de la implementación propuesta

Tabla I. Especificación de límites del manejador
Tabla II. Tabla saldos
Tabla III. Tabla vencimientos
Tabla IV. Tabla productos
Tabla V. Resultados comparativos de tiempo



 

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Capítulo 1











Introducción

1 

 

Capítulo 1

Introducción

El desarrollo de sistemas de negocios, ha sido campo de estudio de la informática

desde los años 50. Llegar a desarrollar sistemas capaces de responder adecuadamente ante

las necesidades cambiantes de las organizaciones es una tarea compleja que ha estado y

sigue estando en la mente de los programadores, desde hace ya varias décadas. [1]

Los retos que el mercado impone y los adelantos tecnológicos marcan la necesidad

imperante de las empresas de ya no sólo contar con información exacta, sino oportuna; esto

hace la diferencia entre una empresa exitosa que puede tomar a tiempo una buena decisión

y una empresa del pasado.

Es evidente que las organizaciones crecen y cambian sus requerimientos constantemente,

esto debido a múltiples factore