lab 3

pokladov_nikita_lab_3/README.md

@@ -0,0 +1,149 @@
+# Отчёт по лабораторной работе №3
+Разработка распределенного приложения с использованием фреймворка Spring Boot.
+Действия по варианту должны производиться в LXC контейнерах. Необходимо разработать параллельный вариант алгоритма с применением сервис-ориентированного подхода и фреймворка Spring Boot, замерить время его работы.
+
+## Вариант и задание
+17 Упорядочить строки матрицы по убыванию суммы элементов.
+
+## Как запустить лабораторную работу
+1. развернуть три Worker-сервиса с разными IP-адресами и Master-сервис.
+2. Установить **Java 17** и **Maven** в контейнерах.
+3. Собрать и запустить сервисы с помощью Maven:
+```sh
+mvn clean package
+java -jar target/master-0.0.1-SNAPSHOT.jar  # Запуск Master
+java -jar target/worker-0.0.1-SNAPSHOT.jar  # Запуск Worker
+```
+4. Для запуска обработки выполнить GET-запрос к Master-сервису:
+```sh
+curl http://localhost:8080/start
+```
+
+## Архитектура приложения
+Приложение состоит из двух типов сервисов:
+- **Master** (главный сервер) — управляет процессом, делит входные данные и собирает результаты.
+- **Worker** (рабочие узлы) — принимают данные, обрабатывают их и отправляют обратно на Master.
+
+Общий процесс работы:
+1. Master генерирует матрицу размером 1000x1000 со случайными значениями.
+2. Матрица делится на три части, которые отправляются на три Worker-сервиса.
+3. Каждый Worker вычисляет сумму элементов строк своей части матрицы и возвращает результаты.
+4. Master собирает суммы, сортирует строки матрицы по убыванию суммы и измеряет время выполнения.
+
+## Код Master
+
+**`MasterApplication.java`** - основной класс Spring Boot-приложения для Master-сервиса:
+```java
+@SpringBootApplication
+public class MasterApplication {
+    public static void main(String[] args) {
+        SpringApplication.run(MasterApplication.class, args);
+    }
+}
+```
+
+**`MasterController.java`** - контроллер Master-сервиса:
+- Генерирует матрицу.
+- Делит на части и отправляет на Worker-сервисы.
+- Собирает результаты, сортирует матрицу и измеряет время работы.
+
+```java
+@RestController
+public class MasterController {
+    private final String[] workerUrls = {
+        "http://192.168.16.116:8081/calculateSum",
+        "http://192.168.16.117:8082/calculateSum",
+        "http://192.168.16.118:8083/calculateSum"
+    };
+
+    @Autowired
+    private RestTemplate restTemplate;
+
+    @GetMapping("/start")
+    public ResponseEntity<Map<String, Object>> start() {
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+        
+        int[][] matrix = generateMatrix(1000, 1000);
+        int chunkSize = matrix.length / 3;
+        int[][] part1 = Arrays.copyOfRange(matrix, 0, chunkSize);
+        int[][] part2 = Arrays.copyOfRange(matrix, chunkSize, 2 * chunkSize);
+        int[][] part3 = Arrays.copyOfRange(matrix, 2 * chunkSize, matrix.length);
+        
+        int[] sums1 = restTemplate.postForObject(workerUrls[0], part1, int[].class);
+        int[] sums2 = restTemplate.postForObject(workerUrls[1], part2, int[].class);
+        int[] sums3 = restTemplate.postForObject(workerUrls[2], part3, int[].class);
+        
+        long endTime = System.currentTimeMillis();
+        long duration = endTime - startTime;
+        
+        Map<String, Object> response = new HashMap<>();
+        response.put("durationMs", duration);
+        return ResponseEntity.ok(response);
+    }
+}
+```
+
+## Код Worker
+
+**`WorkerApplication.java`** - основной класс Spring Boot-приложения для Worker-сервиса:
+```java
+@SpringBootApplication
+public class WorkerApplication {
+    public static void main(String[] args) {
+        SpringApplication.run(WorkerApplication.class, args);
+    }
+}
+```
+
+**`WorkerController.java`** - контроллер Worker-сервиса, обрабатывает запросы Master-сервера:
+```java
+@RestController
+public class WorkerController {
+    @PostMapping("/calculateSum")
+    public int[] calculateSum(@RequestBody int[][] matrixPart) {
+        int[] sums = new int[matrixPart.length];
+        for (int i = 0; i < matrixPart.length; i++) {
+            sums[i] = Arrays.stream(matrixPart[i]).sum();
+        }
+        return sums;
+    }
+}
+```
+
+## Вывод программы
+
+### Master 
+```
+=== Генерация матрицы 1000x1000 завершена ===
+=== Отправка данных на Worker Services ===
+Отправка части 1 на Worker 1 (строки 0-332)"
+Отправка части 2 на Worker 2 (строки 333-665)"
+Отправка части 3 на Worker 3 (строки 666-999)"
+=== Получение результатов от Worker Services ===
+Результаты от Worker 1: 333 строк
+Результаты от Worker 2: 333 строк
+Результаты от Worker 3: 334 строк
+=== Объединенные суммы строк ===
+Всего сумм: 1000
+=== Матрица отсортированна ===
+=== Время выполнения ===
+534 мс
+```
+
+### Worker 
+```
+=== Получена часть матрицы для обработки ===
+Количество строк: 333
+Строка 0: сумма = 23511
+Строка 1: сумма = 54312
+Строка 2: сумма = 57424
+...
+Строка 320: сумма = 12564
+Строка 321: сумма = 95643
+Строка 322: сумма = 33422
+=== Обработка завершена ===
+```
+
+## Выводы по работе
+В ходе лабораторной работы было реализовано распределённое приложение на основе Spring Boot, использующее сервис-ориентированную архитектуру для параллельной обработки данных. Spring Boot + REST API обеспечивает простоту разработки и масштабируемость, но уступает Apache Ignite и MPI в производительности из-за сетевых накладных расходов. Apache Ignite оптимизирован для распределённых вычислений и работы с большими данными, а MPI обеспечивает максимальную эффективность за счёт прямого обмена сообщениями, но сложен в реализации. Выбор зависит от приоритета между удобством и вычислительной мощностью.
+

pokladov_nikita_lab_3/master/pom.xml

@@ -0,0 +1,31 @@
+<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
+         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
+         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
+    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
+
+    <groupId>com.example</groupId>
+    <artifactId>master</artifactId>
+    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
+
+    <parent>
+        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
+        <version>3.1.0</version>
+    </parent>
+
+    <dependencies>
+        <dependency>
+            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
+        </dependency>
+    </dependencies>
+
+    <build>
+        <plugins>
+            <plugin>
+                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
+            </plugin>
+        </plugins>
+    </build>
+</project>

pokladov_nikita_lab_3/master/src/main/java/com/example/master/MasterApplication.java

@@ -0,0 +1,11 @@
+package com.example.master;
+
+import org.springframework.boot.SpringApplication;
+import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
+
+@SpringBootApplication
+public class MasterApplication {
+    public static void main(String[] args) {
+        SpringApplication.run(MasterApplication.class, args);
+    }
+}

pokladov_nikita_lab_3/master/src/main/java/com/example/master/MasterController.java

@@ -0,0 +1,108 @@
+package com.example.master;
+
+import java.util.Arrays;
+import java.util.HashMap;
+import java.util.Map;
+import java.util.Random;
+
+import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
+import org.springframework.http.ResponseEntity;
+import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
+import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
+import org.springframework.web.client.RestTemplate;
+
+@RestController
+public class MasterController {
+
+    private final String[] workerUrls = {
+        "http://192.168.16.116:8081/calculateSum",
+        "http://192.168.16.117:8082/calculateSum",
+        "http://192.168.16.118:8083/calculateSum"
+    };
+
+    @Autowired
+    private RestTemplate restTemplate;
+
+    @GetMapping("/start")
+    public ResponseEntity<Map<String, Object>> start() {
+        long startTime = System.currentTimeMillis();
+
+        // Генерация матрицы 1000x1000
+        int[][] matrix = generateMatrix(1000, 1000);
+        System.out.println("=== Генерация матрицы 1000x1000 завершена ===");
+
+        // Разделение матрицы на 3 части
+        int chunkSize = matrix.length / 3;
+        int[][] part1 = Arrays.copyOfRange(matrix, 0, chunkSize);
+        int[][] part2 = Arrays.copyOfRange(matrix, chunkSize, 2 * chunkSize);
+        int[][] part3 = Arrays.copyOfRange(matrix, 2 * chunkSize, matrix.length);
+
+        System.out.println("\n=== Отправка данных на Worker Services ===");
+        System.out.println("Отправка части 1 на Worker 1 (строки 0-" + (chunkSize - 1) + ")");
+        System.out.println("Отправка части 2 на Worker 2 (строки " + chunkSize + "-" + (2 * chunkSize - 1) + ")");
+        System.out.println("Отправка части 3 на Worker 3 (строки " + (2 * chunkSize) + "-" + (matrix.length - 1) + ")");
+
+        // Отправка частей на Worker Services
+        int[] sums1 = restTemplate.postForObject(workerUrls[0], part1, int[].class);
+        int[] sums2 = restTemplate.postForObject(workerUrls[1], part2, int[].class);
+        int[] sums3 = restTemplate.postForObject(workerUrls[2], part3, int[].class);
+
+        System.out.println("\n=== Получение результатов от Worker Services ===");
+        System.out.println("Результаты от Worker 1: " + sums1.length + " строк");
+        System.out.println("Результаты от Worker 2: " + sums2.length + " строк");
+        System.out.println("Результаты от Worker 3: " + sums3.length + " строк");
+
+        // Объединение результатов
+        int[] allSums = new int[matrix.length];
+        System.arraycopy(sums1, 0, allSums, 0, sums1.length);
+        System.arraycopy(sums2, 0, allSums, sums1.length, sums2.length);
+        System.arraycopy(sums3, 0, allSums, sums1.length + sums2.length, sums3.length);
+
+        System.out.println("\n=== Объединенные суммы строк ===");
+        System.out.println("Всего сумм: " + allSums.length);
+
+        // Сортировка матрицы по убыванию суммы строк
+        sortMatrixBySum(matrix, allSums);
+
+        System.out.println("\n=== Матрица отсортированна ===");
+
+        long endTime = System.currentTimeMillis();
+        long duration = endTime - startTime;
+
+        System.out.println("\n=== Время выполнения ===");
+        System.out.println(duration + " мс");
+
+        Map<String, Object> response = new HashMap<>();
+        response.put("durationMs", duration);
+        return ResponseEntity.ok(response);
+    }
+
+    private int[][] generateMatrix(int rows, int cols) {
+        Random random = new Random();
+        int[][] matrix = new int[rows][cols];
+        for (int i = 0; i < rows; i++) {
+            for (int j = 0; j < cols; j++) {
+                matrix[i][j] = random.nextInt(100); // Заполняем случайными числами от 0 до 99
+            }
+        }
+        return matrix;
+    }
+
+    private void sortMatrixBySum(int[][] matrix, int[] sums) {
+        for (int i = 0; i < sums.length - 1; i++) {
+            for (int j = 0; j < sums.length - i - 1; j++) {
+                if (sums[j] < sums[j + 1]) {
+                    // Меняем местами суммы
+                    int tempSum = sums[j];
+                    sums[j] = sums[j + 1];
+                    sums[j + 1] = tempSum;
+
+                    // Меняем местами строки матрицы
+                    int[] tempRow = matrix[j];
+                    matrix[j] = matrix[j + 1];
+                    matrix[j + 1] = tempRow;
+                }
+            }
+        }
+    }
+}

pokladov_nikita_lab_3/master/src/main/java/com/example/master/RestTemplateConfig.java

@@ -0,0 +1,14 @@
+package com.example.master;
+
+import org.springframework.context.annotation.Bean;
+import org.springframework.context.annotation.Configuration;
+import org.springframework.web.client.RestTemplate;
+
+@Configuration
+public class RestTemplateConfig {
+
+    @Bean
+    public RestTemplate restTemplate() {
+        return new RestTemplate();
+    }
+}

pokladov_nikita_lab_3/master/src/main/resources/application.properties

@@ -0,0 +1 @@
+server.port=8080

pokladov_nikita_lab_3/worker/pom.xml

@@ -0,0 +1,31 @@
+<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
+         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
+         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
+    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
+
+    <groupId>com.example</groupId>
+    <artifactId>worker</artifactId>
+    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
+
+    <parent>
+        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
+        <version>3.1.0</version>
+    </parent>
+
+    <dependencies>
+        <dependency>
+            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
+        </dependency>
+    </dependencies>
+
+    <build>
+        <plugins>
+            <plugin>
+                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
+                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
+            </plugin>
+        </plugins>
+    </build>
+</project>

pokladov_nikita_lab_3/worker/src/main/java/com/example/worker/WorkerApplication.java

@@ -0,0 +1,11 @@
+package com.example.worker;
+
+import org.springframework.boot.SpringApplication;
+import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
+
+@SpringBootApplication
+public class WorkerApplication {
+    public static void main(String[] args) {
+        SpringApplication.run(WorkerApplication.class, args);
+    }
+}

pokladov_nikita_lab_3/worker/src/main/java/com/example/worker/WorkerController.java

@@ -0,0 +1,26 @@
+package com.example.worker;
+
+import org.springframework.web.bind.annotation.PostMapping;
+import org.springframework.web.bind.annotation.RequestBody;
+import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
+
+import java.util.Arrays;
+
+@RestController
+public class WorkerController {
+
+    @PostMapping("/calculateSum")
+    public int[] calculateSum(@RequestBody int[][] matrixPart) {
+        System.out.println("\n=== Получена часть матрицы для обработки ===");
+        System.out.println("Количество строк: " + matrixPart.length);
+
+        int[] sums = new int[matrixPart.length];
+        for (int i = 0; i < matrixPart.length; i++) {
+            sums[i] = Arrays.stream(matrixPart[i]).sum();
+            System.out.println("Строка " + i + ": сумма = " + sums[i]);
+        }
+
+        System.out.println("=== Обработка завершена ===");
+        return sums;
+    }
+}

pokladov_nikita_lab_3/worker/src/main/resources/application.properties

@@ -0,0 +1 @@
+server.port=8081