Informacionnye TehnologiiInformacionnye TehnologiiИнформационные технологии1684-6400New Technologies Publishing House70228410.17587/it.31.379-392Software engineeringПрограммная инженерияResearch ArticleA new approach to designing efficient software systems for high-performance computing based on life cycle analysisНовый подход к проектированию эффективных программных систем для высокопроизводительных вычислений на основе анализа жизненного циклаEgunovV. A.ЕгуновВ. А.
Russian Federation

Cand. Sc., Assistant Professor

канд. техн. наук, доц.

vegunov@mail.ruVolgograd State Technical UniversityВолгоградский государственный технический университет150720253173793920602202606022026Copyright ©; 2025, Informacionnye TehnologiiCopyright ©; 2025, Информационные технологии2025Informacionnye TehnologiiИнформационные технологииhttps://journals.eco-vector.com/1684-6400/article/view/702284

A new approach to designing effective software systems is proposed. In this case, efficiency improvement means minimizing any costs associated with a software system at various stages of the life cycle, including the cost of developing, modifying and operating a software system, and effective software systems are those systems that, among other systems designed to achieve a similar result, are associated with minimal costs at all stages the life cycle. The development stage is analyzed in detail, a comparison of the traditional approach to the design of software systems and the proposed new approach is carried out. The proposed approach to the design and modification of software systems is implemented for the task of developing algorithms for computationally complex procedures, which made it possible to reduce the number of iterations of software system development by 2-3 times, while reducing the time required to complete these iterations.

Предложен новый подход к проектирования эффективных программных систем. Под эффективностью в данном случае понимается минимизация любых затрат, связанных с программной системой на различных этапах жизненного цикла, включая затраты на разработку, модификацию и эксплуатацию программной си­стемы, а под эффективными программными системами — те системы, которые среди прочих систем, спроек­тированных для достижения аналогичного результата, связаны с минимальными затратами на всех этапах жизненного цикла. Подробно проанализирован этап разработки, выполнено сравнение традиционного подхода к проектированию программных систем и предлагаемого нового подхода. Предлагаемый подход к проекти­рованию и модификации программных систем реализован для задачи разработки алгоритмов вычислительно сложных процедур, что позволило в 2...3 раза снизить число итераций разработки программных систем, одно­временно снизив время, необходимое на выполнение данных итераций.

design methodologiessoftware system efficiencyhigh-performance computingHPClifecycleiterative methodologiesincremental methodologiesметодологии проектированияэффективность программных системвысокопроизводительные вычисленияжизненный циклитеративные методологииРоссийский научный фондRussian Science Foundation25-21-20073The study was supported by the Russian Science Foundation, project № 25-21-20073 (https://rscf.ru/project/25-21-20073/) and the Administration of Volgograd region.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-21-20073 (https://rscf.ru/project/25-21-20073/) и гранта администрации Волгоградской области.Strongin R. G., Gergel’ V. P., Grishagin V. A., Barkalov K. A. Parallel computing in global optimization problems, Moscow, Publishing house of MSU, 2012, 280 p.Стронгин Р. Г., Гергель В. П., Гришагин В. А., Баркалов К. А. Параллельные вычисления в задачах глобальной оптимизации. М.: Изд. МГУ, 2012. 280 с.Voevodin V. V., Voevodin Vl. V. Parallel computing, Saint Petersburg, BHV — Petersburg, 2002, 608 p.Воеводин В. В., Воеводин Вл. В. Параллельные вычисления. СПб: БХВ-Петербург, 2002. 608 с.Tsymbal V., Kurylev A. Profiling Heterogeneous Computing Performance with VTune Profiler, WOCL’21: International Workshop on OpenCL, April 2021, Article No. 10, available at: https://doi.org/10.1145/3456669.3456678.Tsymbal V., Kurylev A. Profiling Heterogeneous Computing Performance with VTune Profiler // WOCL’21: International Workshop on OpenCL. April 2021. Article No. 10. URL: https:// doi.org/10.1145/3456669.3456678Arvanitou E.-M., Ampatzoglou A., Chatzigeorgiou A., Carver J. C. Software engineering practices for scientific software development: A systematic mapping study, Journal of Systems and Software, 2021, vol. 172, p. 110848, available at: https://doi. org/10.1016/j.jss.2020.110848.Arvanitou E.-M., Ampatzoglou A., Chatzigeorgiou A., Carver J. C. Software engineering practices for scientific software development: A systematic mapping study // Journal of Systems and Software. 2021. Vol. 172. P. 110848. URL: https://doi. org/10.1016/j.jss.2020.110848Wilson G. Software Carpentry: Getting Scientists to Write Better Code by Making Them More Productive, Computing in Science & Engineering, Nov.-Dec. 2006, vol. 8, no. 6, pp. 66—69, doi: 10.1109/MCSE.2006.122.Wilson G. Software Carpentry: Getting Scientists to Write Better Code by Making Them More Productive // Computing in Science & Engineering. Nov.-Dec. 2006. Vol. 8, N. 6. P. 66—69. DOI: 10.1109/MCSE.2006.122.Heaton D., Carver J. C. Claims about the use of software engineering practices in science: A systematic literature review, Information and Software Technology, 2015, vol. 67, pp. 207—219, doi: 10.1016/j.infsof.2015.07.011.Heaton D., Carver J. C. Claims about the use of software engineering practices in science: A systematic literature review // Information and Software Technology. 2015. Vol. 67. P. 207—219. DOI: 10.1016/j.infsof.2015.07.011.van Vliet H. Software Engineering: Principles and Practice, John Wiley, 2008.van Vliet H. Software Engineering: Principles and Practice. John Wiley, 2008.Aliev T. I. Fundamentals of system design, Saint Petersburg, Publishing house of ITMO University, 2015, 120 p.Алиев Т. И. Основы проектирования систем. С-Пб.: Университет ИТМО, 2015. С. 120.Rodzina O. N., Rodzina L. S. Heuristic programming and optimization based on natural analogies, News of the Southern Fe¬deral University. Technical sciences, 2008, no. 2 (79), pp. 164—166.Родзина О. Н., Родзина Л. С. Эвристическое программирование и оптимизация, основанная на природных аналогиях // Известия ЮФУ. Технические науки. 2008. № 2 (79). С. 164—166.Egunov V. A., Shabalovskij V. A. Evaluating the effectiveness of parallel programs using Intel Parallel Studio, Informatization and communication, 2024, no. 1, pp. 118—123, doi: 10.34219/2078-8320-2024-15-118-123.Егунов В. А., Шабаловский В. А. Оценка эффективности параллельных программ с использованием Intel Parallel Studio // Информатизация и связь. 2024. № 1. С. 118—123. DOI: 10.34219/2078-8320-2024-15-118-123.Chernyshev S. A. Principles, patterns and methodologies of software development, Moscow, Yurayt Publishing House, 2024, 176 p.Чернышев С. А. Принципы, паттерны и методологии разработки программного обеспечения. М.: Юрайт, 2024. 176 с.Blokdyk G. Waterfall Model a Complete Guide, Emereo Pty Limited, 2019, 302 с.Blokdyk G. Waterfall Model a Complete Guide. Emereo Pty Limited, 2019. 302 с.Kon M. Agile: project evaluation and planning. Moscow, Alpina Publisher, 2018. 424 p.Кон М. Agile: оценка и планирование проектов. М.: Альпина Паблишер, 2018. 424 c.Arvanitou E.-M., Ampatzoglou A., Chatzigeorgiou A., Carver J. C. Software engineering practices for scientific software development: A systematic mapping study, Journal of Systems and Software, 2021, vol. 172, p. 110848, doi: 10.1016/j.jss.2020.110848.Arvanitou E.-M., Ampatzoglou A., Chatzigeorgiou A., Carver J. C. Software engineering practices for scientific software development: A systematic mapping study // Journal of Systems and Software. 2021. Vol. 172. P. 110848. DOI: 10.1016/j.jss.2020.110848.Robi R., Zamora Dzh. Parallel and high-performance computing, Moscow, DMK Press, 2022, 704 p.Роби Р., Замора Дж. Параллельные и высокопроизводительные вычисления / Пер. с анг. А В. Логунова. М.: ДМК Пресс, 2022. 704 с.Lavrishcheva E. M., Petruhin V. A. Methods and tools of software engineering, Moscow, MIPT, 2007, 415 p.Лаврищева Е. М., Петрухин В. А. Методы и средства инженерии программного обеспечения: Учеб. пособ. М.: Изд. МФТИ, 2007. 415 с.Bilmes J., Asanovic K., Chin C., Demmel J. Optimizing Matrix Multiply Using PHiPAC: A Portable, High-performance, ANSI C Coding Methodology, The 11th International Conference on Supercomputing (Vienna, Austria, July 7—11, 1997), New York, NY, USA, ACM, 1997, pp. 340—347.Bilmes J., Asanovic K., Chin C., Demmel J. Optimizing Matrix Multiply Using PHiPAC: A Portable, High-performance, ANSI C Coding Methodology // The 11th International Conference on Supercomputing (Vienna, Austria, July 7—11, 1997). New York, NY, USA, ACM, 1997. P. 340—347.Knijnenburg P. M. W., Kisuki T., O’Boyle M. F. P. Iterative Compilation, Lecture Notes in Computer Science, 2002, vol. 2268, pp. 171—187.Knijnenburg P. M. W., Kisuki T., O’Boyle M. F. P. Iterative Compilation // Lecture Notes in Computer Science. 2002. Vol. 2268. P.171—187.Lawson C. L., Hanson R. J., Kincaid D. R., Krogh F. T. Basic Linear Algebra Subprograms for Fortran Usage, ACM Transactions on Mathematical Software, 1979, vol. 5, no. 3, pp. 308—323.Lawson C. L., Hanson R. J., Kincaid D. R., Krogh F. T. Basic Linear Algebra Subprograms for Fortran Usage // ACM Transactions on Mathematical Software. 1979. Vol. 5, N. 3. P. 308—323.