A klasztertechnológiák már régóta rendelkezésre állnak a hétköznapi szervezetek számára. Ez lehetővé vált az olcsó Intel szerverek, a kommunikáció standard eszközei és a kezdeti szintű klaszterek széles körű eszközeinek használatával. A Microsoft platformokon lévő klaszter megoldások elsősorban az üzemeltető hibáinak, felszerelési hibáinak elleni küzdelemre irányulnak. Klaszter megoldások - hatékony eszköz a problémák megoldására.

Mivel a számítógépes technológia fejlődik, a vállalkozások üzleti folyamatokba való beilleszkedésének mértéke és a szervezetek tevékenysége drámaian nőtt. A számítástechnikai erőforrások rendelkezésre állnak, és egyre fontosabbá válik az élesség növekedésének, és egyre fontosabbá válik. A szerverek megbízhatósága egyre a fejlett vállalatok sikeres munkájának egyik legfontosabb tényezője hálózati infrastruktúraEz különösen fontos a nagyvállalatok számára, amelyekben a speciális rendszerek támogatják a valós idejű termelési folyamatokat, a kiterjedt fiókhálózattal rendelkező bankok számára, vagy a döntéshozatali rendszert használó telefonszolgáltató szolgálati központok. Minden ilyen vállalkozás olyan szervereket igényel, amelyek folyamatosan működnek, és minden napi információt 24 órával megszakítás nélkül biztosítanak.

A vállalkozás számára a tétlen berendezések költsége folyamatosan növekszik, mivel az elveszett információk értéke, az elveszett nyereség, a technikai támogatás költsége és helyreállítás, az ügyfelek elégedetlensége, stb. Hogyan hozzanak létre megbízható rendszert és mennyi költséget kell megoldani ez a probléma? Számos olyan technikát tartalmazhat, amelyek lehetővé teszik, hogy kiszámítsák a leállási idők költségét ennek a vállalkozásnak, majd ez a számítás alapján kiválaszthatja a legmegfelelőbb megoldást a legjobb ár-arány és a funkcionalitás.

Számos lehetőség és eszköz létezik a számítástechnikai rendszer megbízható rendszerének kialakítására. RAID lemezes tömbök, biztonsági tápegységek, például "Biztosítsák" a rendszerfelszerelést a rendszer más hasonló összetevőinek meghibásodása esetén, és lehetővé teszik, hogy ne szakítsa meg a kérelmek feldolgozását az elutasítás során. A szünetmentes tápforrások támogatják a rendszer teljesítményét a tápegységhálózat hibái esetén. A többprocesszoros alaplapok biztosítják a szerver működését egy processzor meghibásodása esetén. Az opciók közül egyik sem mentheti, ha a teljes számítástechnikai rendszer ki lesz kapcsolva a teljes számítástechnikai rendszerből. A fürtözés a mentéshez jön.

Történelmileg a klaszterek létrehozásának első lépése széles körben elterjedt a "forró" tartalék idején. Egy vagy két ilyen rendszer, amely a hálózatban több szerverből származik, nem végez hasznos munkát, de készen áll a működés megkezdésére, amint a fő rendszerek bármelyike \u200b\u200bmeghibásodik. Így a szerverek megismétlik egymást, ha az egyik meghibásodása vagy törése. De szeretnék több számítógépet kombinálni, nem csak másolják egymást, hanem egy másik hasznos munkát is végeztek, terjesztve a terhelést maguk között. Az ilyen rendszerek esetében sok esetben a klaszterek jobban megfelelnek.

Kezdetben a klasztereket csak az erőteljes számítástechnikai és támogatási elosztott adatbázisok esetében használták fel, különösen akkor, ha megnövekedett megbízhatóság szükséges. A jövőben kezdett alkalmazni a webszolgáltatást. Azonban a klaszterek árai csökkenése azt a tényt eredményezte, hogy az ilyen megoldásokat egyre inkább más igényekhez használják. A klasztertechnológiák végül elérhetővé váltak a hétköznapi szervezetek számára - különösen az alacsony költségű Intel szerverek, a kommunikációs és közös operációs rendszerek (OS) szabványos eszközeinek használatának köszönhetően a kezdeti szintű klaszterekben.

A Microsoft platformokon lévő klaszter megoldások elsősorban elsősorban a berendezések és a szoftverhiba (szoftver) elleni küzdelemre irányulnak. Az ilyen rendszerek visszafordításának statisztikái jól ismertek: mindössze 22% -ot közvetlenül a berendezések hibái, az operációs rendszer, az áramellátás stb. Ezeknek a tényezőknek a kizárásához, PCI csatlakozókban stb.). A fennmaradó incidensek 78% -át azonban általában alkalmazási hibák és kezelőhibák okozzák. Klaszter megoldások - hatékony eszköz a probléma megoldására.

A klaszterek lehetővé teszik, hogy olyan egyedi architektúrát építsenek ki, amely elegendő teljesítményt, ellenállást biztosít a berendezések hibáival és szoftverekkel. Az ilyen rendszert könnyen skálázzák és frissítik az univerzális eszközökkel, a szabványos alkatrészeken alapuló ésszerű áron, amely jelentősen kisebb, mint egy egyedülálló hibatűrő számítógép vagy egy tömeges párhuzamosságú rendszer ára).

A "klaszter" kifejezés mind a hibatűrést, mind a skálázhatóságot és a kezelést jelenti. A klasszikus klaszter definíciót adhat: "A klaszter egy párhuzamos vagy elosztott rendszer, amely több számítógéphez kapcsolódik egymással, és ugyanakkor egységes, egységes számítógépes erőforrásként használható." A klaszter több számítógép kombinációja, amelyek bizonyos szintű absztrakciókat szabályozzák és alkalmazzák egyetlen egész számként. A klaszter minden egyes csomópontján (a csomópont általában a klaszterben szereplő számítógép) az operációs rendszer saját példánya. Emlékezzünk arra, hogy az SMP és a Numa architektúra rendszerei vannak egy közös példánynem tekinthető klasztereknek. A klaszter csomópont lehet egyetlen processzor és többprocesszoros számítógép, és egy klaszteren belül a számítógépek eltérő konfigurációval rendelkezhetnek (különböző számú processzor, különböző mennyiségű RAM és lemez). A klaszter csomópontok egymáshoz vannak csatlakoztatva, vagy hagyományos hálózati kapcsolatok (Ethernet, FDDI, Fiber Channel) vagy által nem szabványos speciális technológiák. Az ilyen intraclasztikus vagy interstális kapcsolatok lehetővé teszik a csomópontok közötti kölcsönhatásokat a külső hálózati táptalajtól függetlenül. Az Intra-Cluster csatornákon a csomópontok nemcsak információval kommunikálnak, de irányítják egymás hatékonyságát is.

A klaszter szélesebb meghatározása: "A klaszter egy olyan rendszer, amely egyetlen egész számként működik, amely garantálja az összes erőforrás és egy megosztott fájlrendszer központosított kezelését, és továbbá a konfigurációs rugalmasságot és az erőforrás-felhalmozódás egyszerűsítését."

Amint azt már megjegyeztük, a klaszter fő célja, hogy biztosítsa a magas - összehasonlítva a töredezett számítógépekhez vagy szerverekhez - a készenléti szintet (egyébként a rendelkezésre állás szintjének - magas rendelkezésre állás, ha), valamint nagyfokú skálázhatóság és könnyű adagolás. A rendszer készségének javítása biztosítja a felhasználók számára a leghosszabb ideig. Lehetőség van arra, hogy minden olyan alkalmazást is magában foglalja, amely közvetlenül függ a vállalat nyereségének képességétől, szolgáltatást nyújtva, vagy más létfontosságú funkciókat biztosít. Általános szabályként a klaszter használata lehetővé teszi, hogy biztosítsa, hogy ha a kiszolgáló vagy bármely alkalmazás normálisan működik, egy másik kiszolgáló a klaszterben, továbbra is elvégzi feladatait meg fogja vállalni a hibás szerver szerepét (vagy egy hibás alkalmazás másolatát) Annak érdekében, hogy minimalizálja a felhasználói leállást a rendszer hibás működésének miatt.

A készenlét általában mérésre kerül A rendszer által a munkakörülményben eltöltött idő százalékában, a munka teljes idejétől. A különböző alkalmazások különböző készséget igényelnek a számítástechnikai rendszerből. A rendszer készenléte különböző módszerekkel növelhető. A módszer megválasztását a rendszer költségeitől és a tétlen időtartamú vállalkozás költségeitől függően végzik. Vannak meglehetősen olcsó megoldások, amelyek szabályként elsősorban a meghibásodás után főként csökkennek. Drágább a rendszer normál működését, és szolgáltatást nyújt a felhasználóknak akkor is, ha egy vagy több összetevője sikertelen. Ahogy a rendszer hallható, az ár növeli a nemlineárisan. Hasonlóképpen, a támogatás költsége nem lineáris. A viszonylag alacsony költségekkel rendelkező rendszerek nem elegendő magas szintű hibatűréssel rendelkeznek - legfeljebb 99% (ez azt jelenti, hogy évente körülbelül négy nap egy évig a vállalkozás információs struktúrája nem működik). Ez nem annyira, ha itt magában foglalja mind a tervezett leállást, amely a megelőző munkához vagy újrakonfiguráláshoz kapcsolódik.

Magas rendelkezésre állás (készenlét) olyan megoldást jelent, amely továbbra is működik, vagy visszaállítja a működést a legtöbb hiba előfordulása után nincs operátor beavatkozása. A legfejlettebb (és természetesen drága) failover megoldások képesek a rendszer megbízhatóságának 99,999% -át biztosítani (azaz nem több, mint 5 perc leállási idő évente).

Egyetlen szerverrendszerek között tükrözött lemez alrendszerek (vagy RAID lemezes tömbök) és hibatűrő rendszerek, az "arany középső" fürt megoldásokat biztosít. A rendelkezésre állás szempontjából megközelítik a hibatűrő rendszereket, csökkenthető kevesebb költséggel. Az ilyen megoldások ideálisak olyan esetekben, amikor csak nagyon kicsi nem tervezett leállások megengedettek.

A klaszterrendszer meghibásodása esetén a helyreállítás speciális szoftvert és hardvert kezel. A klaszterszoftver lehetővé teszi, hogy automatikusan meghatározza az egyetlen hardver vagy szoftverhiba, izolálja és visszaállítja a rendszert. A speciálisan tervezett szubrutinok választhatják a legtöbbet gyors út Helyreállítás és a szolgáltatások teljesítményének biztosítása érdekében. A felület kialakításának és programozásának beépített szerszámeszközének segítségével olyan speciális programokat hozhat létre, amelyek a felhasználó által kifejlesztett alkalmazásokban előforduló hibák észlelését, szigetelését és kiküszöbölését is létrehozhatják.

A klaszterezés fontos előnye a skálázhatóság biztosítása. A klaszter lehetővé teszi, hogy rugalmasan növelje a rendszer számítástechnikai teljesítményét, új csomópontokat adjon hozzá, és megszakítja a felhasználókat. A modern klaszter megoldások automatikus terhelési eloszlást biztosítanak a klasztercsomópontok között, amelynek eredményeképpen az egyik alkalmazás több szerveren dolgozik, és felhasználhatja a számítástechnikai erőforrásaikat. A klasztereken működő tipikus alkalmazások:

• adatbázis;
• vállalati erőforrás-menedzsment rendszerek (ERP);
• Üzenetfeldolgozás és postai rendszerek;
• tranzakciós feldolgozó eszközök webes és webszervereken keresztül;
• Ügyfelek interakciós rendszerek (CRM);
• fájl és nyomtatási elválasztó rendszerek.

Tehát a fürt ötvözi az összekapcsolt több kiszolgálót speciális kommunikációs csatorna, Gyakran hívott rendszerhálózat. A klaszter csomópontok szabályozzák egymás teljesítményét és cserélje ki a specifikus információkat, például a klaszter-konfigurációt, és továbbadják az adatokat is közös hajtások és koordinálja a használatukat.

A munkahatóság ellenőrzése Segítséget gyakorolnak speciális jel szívverés. ("impulzus"). Ez a jel fürt csomópontok továbbítják egymást a normál működés megerősítéséhez. A kis fejfájás klasztereknél ugyanazokat a csatornákat ugyanabban a csatornákban továbbítják, mivel az adatok, a speciális sorok nagy fürtrendszerekben kiemelkednek. A klaszterszoftvernek egy "impulzus" jelet kell kapnia minden kiszolgálónak egy bizonyos időintervallumon - nem kezelés esetén a kiszolgáló nem működik, és a klaszter automatikusan újrakonfigurálva van. A szerverek közötti konfliktusok automatikusan megengedettek, ha a "Master" kiszolgáló vagy a kiszolgálócsoport kiválasztásának problémája merül fel, amikor a klaszter elindul, amelynek feladata új fürt létrehozása.

A szervezet a klaszter kommunikációs csatorna, közönséges hálózati technológiák (Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM), közös I / O busz (SCSI vagy PCI), a nagy sebességű Fibre Channel interfészen vagy specializált CI technológiák (COMPUTER INTERCONNECT) DSSI (Digitális tároló rendszer összekapcsolása) vagy memóriacsatorna.

A DSSI felületet úgy tervezték, hogy elérje a meghajtókat és kölcsönhatásba lépő rendszereket. Ez hasonló az SCSI-2 többvégű protokollhoz, de nagyobb teljesítményt és a számítógépes interakció megszervezésének lehetőségét. A DSSI klaszterek támogatják a rendszer megbízhatósági eszközöket, az erőforrás-elválasztást, az elosztott fájlrendszert és az átláthatóságot. Az ellenőrzés és a biztonság szempontjából a DSSI klasztert egyetlen tartomány képviseli.

CI interfész - kettős szekvenciális gumiabroncs, legfeljebb 70 Mbps árfolyammal. A számítógép I / O rendszerhez csatlakozik egy intelligens vezérlő segítségével, amely képes mind a kettős, mind az egyetlen busz fenntartására, attól függően, hogy az adott számítógéphez való hozzáférés követelményei. Az összes CI interfész kommunikációs vonal CI integrátorral van csatlakoztatva - egy speciális eszközkövetési kapcsolatok csomópontokkal és klaszter konfigurációival.

A memóriacsatornás technológia lehetővé teszi, hogy hozzon létre egy rendkívül hatékony kommunikációs környezetet, amely nagysebességű (legfeljebb 100 Mb / s) üzenetet biztosít a klaszter szerverek között.

A kommunikációs csatorna sebességének követelményei a klasztercsomópontok integrációjától és az alkalmazások alkalmazásának jellegétől függenek. Ha például a különböző csomópontokban működő alkalmazások nem kölcsönhatásba lépnek egymással, és nem végeznek egyidejű hozzáférést a lemezmeghajtókhoz, a csomópontok csak a teljesítményük megerősítésével, valamint a klaszter konfiguráció megváltoztatásával kapcsolatos információkat cserélnek Csomópontok, a lemezmennyiségek újraelosztása stb. Ez a fajta csere nem igényel jelentős interpair erőforrásokat, és elégedett lehet egy egyszerű 10 megabit Ethernet csatornával.

Valódi klaszterkonfigurációk hatalmas mennyiségűek. Vannak olyan megoldások, amelyek több klaszter kombinációját, sőt további eszközökkel is. Minden lehetőség megfelel a vonatkozó követelményeknek különböző alkalmazások És természetesen mind a végrehajtás költsége, mind a komplexitás szempontjából különbözik. A klaszterek ilyen topológiája csillag, gyűrű, N-N és mások széles körben használják. De függetlenül attól, hogy milyen összetett és egzotikus klaszter képes két kritériumban képzett:

A klaszter csomópontok RAM szervezése,

Az I / O eszközök elérhetőségének mértéke, elsősorban a lemezek.

Ami a RAM-t illeti, két lehetőség van: mindegyik fürt csomópont független ramVagy közös megosztott memóriájuk van. A klaszter I / O eszközök rendelkezésre állásának mértékét elsősorban a külső memória megosztott lemezekkel történő használatának lehetősége határozza meg, és ez azt jelenti, hogy bármelyik csomópont átlátszó hozzáférést biztosít a megosztott lemezterülethez. A megosztott lemez alrendszer mellett a helyi lemezek helyi lemezeket tartalmazhatnak a fürt csomópontokon, de ebben az esetben elsősorban az operációs rendszert a csomópontra rakják be. Az ilyen klaszternek rendelkeznie kell egy speciális alrendszernek, az elosztott zárkezelőnek, a DLM-nek, a konfliktusok kiküszöbölésére, miközben különböző fürtcsomópontokból származó fájlokat írnak. Olyan rendszerekben, ahol nincs DLM, az alkalmazások nem tudnak párhuzamosan működni ugyanazokkal az adatokkal, és a teljes lemezmemória, ha van ilyen, az egyik csomóponthoz egy adott időpontban van hozzárendelve.

Olyan klasztereknél, amelyek nem támogatják a külső memóriához való egyidejű hozzáférést, minden csomópont teljesen autonóm szerver.Két csomópont esetén a lemezek megosztott memóriájához való hozzáférést az elválasztott I / O busz segítségével végezzük (1. ábra). Minden csomópont esetében egy ilyen gumiabroncs egy lemez-tömbbe kerül. Bármikor csak egy csomópont tulajdonosa egy megosztott fájlrendszert. Ha az egyik kiszolgáló sikertelen, ellenőrzi a buszon, és az elválasztott lemezek egy másik csomópontra kerülnek.

Ábra. 1. Két csomópont klaszter építése.

Az integrált információs rendszerrel rendelkező vállalatok esetében, ahol csak az erőforrások részei szerepelnek a kritikus alkalmazások megbízhatóságának elvégzéséhez, egy aktív - mentési fürt létrehozására szolgáló rendszer (2. ábra) alkalmazható. Egy ilyen rendszerben a legegyszerűbb eset tartalmaz egy aktív kiszolgálót, amely a legfontosabb alkalmazásokat és egy biztonsági gépet, amely megoldja a kevésbé felelős feladatokat. Ha az aktív szerver sikertelen, az összes alkalmazás automatikusan átkerül a biztonsági mentésre, ahol az alacsonyabb prioritású alkalmazások leállnak. Ez a konfiguráció lehetővé teszi, hogy kizárja a kritikus alkalmazások munkájának lelassulását - a felhasználók egyszerűen nem fognak észrevenni a változtatásokat (e rendszer különleges esete - a "passzív - biztonsági mentés" konfiguráció, amelyben a biztonsági szerver nem hordozhat bármilyen terhelést és készenléti állapotban van).

Ábra. 2. Az "aktív - tartalék" típusú klaszter kiépítése.

Van is egy beállítási „Active - Aktív”, ami azt jelenti, a végrehajtás valamennyi kiválasztott alkalmazások fürtkiszolgálókat ugyanazt a magas prioritású, a számítási erőforrások, a backup szerver használják a mindennapi munkában. Ennek a megközelítésnek az az előnye, hogy a felhasználó rendelkezésére áll egy rendkívül hozzáférhető rendszer (szerver duplikált), ugyanakkor minden klaszter számítástechnikai erőforrást használhat. Ez csökkenti a rendszer teljes költségét, egy számítási teljesítményegységre utal. A nem működő géptől a fennmaradó géptől való átruházás esetén alkalmazások a fennmaradó, amely természetesen befolyásolja az általános teljesítményt. Az "aktív - aktív" klaszterek csak olyan dedikált rendszerekként létezhetnek, amelyeken az Office Munka Támogatás típusának alacsony prioritású feladatait nem lehet elindítani. Ezenkívül, amikor egy aktív biztonsági mentési kiszolgálóval rendelkező klaszterek építése során teljesen megismételte a kiszolgálókat saját egyedi lemezekkel. Ugyanakkor szükséges, hogy folyamatosan másolja az adatokat a fő kiszolgálóról a biztonsági mentésre - Ez biztosítja, hogy hiba esetén a biztonsági szolgálat megfelelő adatokat kapjon. Mivel az adatok teljesen megismétlődtek, az ügyfél hozzáférhet bármely kiszolgálóhoz, amely lehetővé teszi, hogy a terhelés kiegyenlítésről beszéljen egy hasonló klaszterben. Ezenkívül az ilyen klaszter csomópontjai földrajzilag elválaszthatók, ami a katasztrófa-ellenálló konfigurációját teszi lehetővé. Ez a megközelítés nagyon magas szintű rendelkezésre állást biztosít, de számos alábbi hátránya van:

Az adatok folyamatos másolási szükségessége (ez azt jelenti, hogy a számítástechnikai és hálózati erőforrások egy része folyamatosan költözik a szinkronizálásra);

Még a klaszteren belüli kiszolgálók közötti leggyorsabb hálózati felület sem zárja ki a késleltetést az információ továbbításában, ami végül a deszinkronizáláshoz vezethet, ha egy kiszolgáló sikertelen, és nem minden tranzakciót a második kiszolgáló lemezen tükrözi.

Egy klaszterben az erőforrások szétválasztása nélkül (3. ábra) A szerverek egy lemez tömbhöz kapcsolódnak, de mindegyikük ellenőrzi a lemezek készletével. Az egyik csomóponton való meghibásodás esetén a fennmaradó szerver átveszi a lemezek vezérlését. Ez a módszer kiküszöböli a szerverek közötti állandó adatszinkronizálás szükségességét, és ezáltal további számítástechnikai és hálózati erőforrásokat bocsát ki. De ebben a konfigurációban a lemezek egyetlen sikertelenségsé válnak, ezért ebben az esetben a meghajtókat RAID technológiával használják.

Ábra. 3. Klaszter építése megosztott erőforrások nélkül.

A rendszerekben teljes erőforrás-elválasztással (4. ábra) A klaszter összes szervere egyidejű hozzáférést biztosít az ugyanazon a lemezhez. Ez a megközelítés magában foglalja a gondosan kifejlesztett szoftver jelenlétét, amely többszörös hozzáférést biztosít egy médiumhoz. Az előző esetben az itt található lemezek egyetlen hibapont lehet, ezért kívánatos a raid tömbök használata is. Ebben a kiviteli alakban eltűnik, hogy szükség van a szerverek közötti állandó adatszinkronizálásra. Így további számítástechnikai és hálózati erőforrásokat szabadítanak fel.

Ábra. 4. Klaszter építése megosztott erőforrásokkal.

A klaszter által végrehajtott program feltételesen több kategóriába sorolható. Bármely fürtös csomóponton szinte bármilyen hagyományos programot futtathat. Ráadásul egy és ugyanazon program különböző klaszter csomópontokon futhat. Mindazonáltal a program minden másolatának saját erőforrását (fájlrendszer) kell használnia, mivel a fájlrendszert egy adott csomópont rögzíti. A klaszterek szokásos szoftverén kívül úgynevezett igazán klaszteralkalmazások vannak. Az ilyen programokat a klaszter csomópontokon keresztül osztják el, és a különböző csomópontokon működő program részei között az interakció szerveződik. A valódi klaszterprogramok lehetővé teszik, hogy a klaszter terhelésére jogosult legyen. Középső pozíció, amely olyan alkalmazásokat alkalmaz, amelyek egy klaszterben dolgoznak. A valódi klaszterprogramokkal ellentétben nem használják őket kifejezett párhuzamossággal; Valójában a program szokásos, de a klaszter bizonyos lehetőségeit használhatja, elsősorban az erőforrások migrációjához kapcsolódik.

A Microsoft platformokon lévő összes klaszter megoldás elsősorban a berendezések és a szoftverhiba elleni küzdelemre irányul. A speciális szoftver olyan, amely egyesíti a klaszterek szervereit. Számos modern vállalati alkalmazás és az operációs rendszer beépített klaszterező támogatást nyújt, de a klaszter megszakítás nélküli működése és átláthatósága csak a középszintű speciális szintet garantálhatja. Felelős:

Az összes szerver összehangolt munkájához;

A konfliktusrendszerben felmerülő engedélyhez,

Biztosítja a klaszter kialakulását és átalakítását a hibák után;

Terheléselosztást biztosít a fürt csomópontokon keresztül;

Elismeri, hogy visszaállítja a sikertelen szerverek működését a rendelkezésre álló csomópontokon (failover - a migrációs eljárás);

Figyeli a hardver- és szoftver környezet állapotát;

Lehetővé teszi, hogy bármilyen alkalmazást futtathasson a klaszterre az új hardveres architektúra előzetes alkalmazkodás nélkül.

A klaszterszoftverek jellemzően több előre meghatározott rendszer-helyreállítási szkriptel rendelkezik, és az adminisztrátornak is biztosíthatja az ilyen forgatókönyvek konfigurálását. A visszaszerzés a hibák, mind a csomópont egészére, mind az egyes komponensekre - alkalmazásokra, a lemezmennyiségekre stb. Például le kell tiltani az egyik csomópontot az újrakonfiguráláshoz.

Klaszter megoldások a modern számítástechnikai rendszerekben a megnövekedett megbízhatóság és a sebesség mellett, számos további követelmény kerül bemutatásra:

A rendszer egyetlen külső képviseletét kell biztosítaniuk,

Nagy sebességű biztonsági mentés és adatvisszanyerés,

Párhuzamos hozzáférés az adatbázishoz,

Lehetősége van arra, hogy a terhelést a sürgősségi csomópontokból továbbítsa,

Magas szintű készenléti konfigurációs eszközök, garantálja a helyreállítást baleset után.

Természetesen több klaszter csomópont használata, amely egyszerre ugyanazon adatokra utal, növeli a biztonsági mentés bonyolultságát és az információcsökkentést. A sürgősségi csomópontból a javíthatatlan terhelés átvitele a fő mechanizmus az alkalmazások folyamatos alkalmazásának biztosításához, a klaszterforrások optimális használatának függvényében. Hatékonyan együttműködés A klaszterrendszereknek és a DBMS rendszernek kell lennie elosztott zárkezelő, az adatbázis következetes módosítását, amikor a különböző klaszter csomópontok sorrendjét kérte. Konfigurálása fürtkonfiguráció egyidejű nyújtása magas rendelkezésre állású alkalmazások meglehetősen bonyolult folyamat (ennek oka, hogy a komplexitás meghatározására vonatkozó szabályokat, amelyek e vagy más alkalmazások kerülnek át a klaszter sürgősségi csomópontokat jó). A klaszterrendszer köteles lehetővé teszi, hogy könnyen átviheti az alkalmazásokat az egyik klaszter csomópontról a másikra, valamint helyreállítja a vészhelyzeti alkalmazást egy másik csomópontra. A rendszer rendszere nem szükséges tudni, hogy klaszterrendszerrel működik, így a klaszternek egyetlen számítógépnek kell lennie. Minden csomópontra, egyetlen IP-címre és egyetlen rendszermagra kell rendelkeznie.

A legmegbízhatóbbak elosztott klaszterek. Még a legmegbízhatóbb rendszerek is meghiúsulhatnak, ha tűz van, földrengés, árvíz, vagy a terroristák támadása. A modern üzleti tevékenység globális szintjén az ilyen események nem károsíthatják azt, így a klaszter (vagy meg kell osztani).

Minden előadó számítógépes vállalatok (Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems) saját klaszter megoldásaikat kínálják. Az UNIX-Cluster szegmens vezető pozíciói az IBM-t veszi fel, amely aktívan elősegíti a DB2 adatbázisát, a Sun aktívan elősegíti a Sun Cluster megoldását. Az egyik legaktívabb játékos (mind a klaszterek számára tanúsított platformok száma, mind a klaszter megoldások sokfélesége) felismeri a Compaq Corporation-t, amely gyakorlatilag teljes körű klasztert kínál a Windows platformokon egy osztályra vagy egy távoli ágra, A vállalati infrastruktúra és a nagy központok alkalmazásaihoz. Adatfeldolgozás. A Compaq TrueCluster Server Cluster megoldás maximalizálja a vállalatok jelenlegi követelményeit az ilyen technológiához. Az új szoftver lehetővé teszi például egy adatbázis létrehozását több kiszolgálóval együtt társított szerveren. Az ilyen társulás szükségessége például, ha nagy konténerre van szükség, vagy csökkentenie kell az üresjárati időt a kiszolgáló meghibásodása esetén, amelyet a műveletek egy másik klaszterszerverre történő átvitelével érünk el. Ez lehetővé teszi, hogy jelentősen csökkentse a hardverplatformok költségeit, így gazdaságilag indokolt építési klaszterek az alacsony költségű standard építészeti szerverektől is viszonylag kisvállalkozások számára is. A Compaq és az Oracle aktívan együttműködik a technológiával és az üzleti tevékenységet, amely skálázhatóbb, kezelt, megbízhatóbb és költséghatékonyabb fürtablakot hoz létre. Ezenkívül az Oracle elkezdett együttműködni a Dell és a Sun Microsystems-szel, amely az Oracle Clustering-szel működő, előre konfigurált és tesztelt rendszereket kínál. A Dell, például a klaszterszoftvert a vizsgált kiszolgálókon ablakokkal és Linuxokkal kell ellátni.

A vállalati rendszerek piacán a klaszterek az egyik kulcsfontosságú szerepet játszanak. Sok esetben a klaszter megoldások egyszerűen nincs méltó alternatíva. A klaszterinformációs rendszerek valódi magas rendelkezésre állása és széles skálázhatósága lehetővé teszi számukra, hogy sikeresen megoldják az egyre összetettebb feladatokat, és növekvő igények mellett könnyű növelni a platform számítástechnikai erejét elfogadható költségalapú vállalkozásokkal.

Klaszter (számítógépcsoport)

Terheléselosztó klaszterek

Az elv az intézkedés alapja az igények megoszlását egy vagy több bemeneti csomópontok átirányítani az feldolgozásra a többi, a számítási csomópontok. Az ilyen klaszter kezdeti célja a termelékenység, azonban olyan módszerek, amelyek növelik a megbízhatóságot is. Hasonló struktúrákat neveznek kiszolgálógazdaságoknak. Szoftver (software) lehet kereskedelmi (OpenVMS, Mosix, Platform LSF HPC, Solaris Cluster, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler) és a szabad (OpenMosix Sun Grid Engine, Linux Virtual Server).

Számítógépes klaszterek

A klasztereket számítási célokra használják, különösen a tudományos kutatásban. A klaszterek számításához jelentős mutatók a processzor nagy teljesítménye a lebegőpontos számok (flops) és a kombinációs hálózat alacsony késleltetésének, és kevésbé szignifikáns - az I / O műveletek sebessége, amely fontosabb az adatbázisok és az interneten Szolgáltatások. Fürtöket lehetővé teszi, hogy csökkentsék a számítási időt, míg egy számítógépet, megtörve a feladat, hogy a párhuzamos ágak váltott a kötési adatokat. Az egyik tipikus konfiguráció egy olyan számítógépes készlet, amelyet a nyilvánosan hozzáférhető komponensekből gyűjtött össze, amelyekre telepítettek. operációs rendszer Linux és kapcsolódó Ethernet, Myrinet, InfiniBand hálózat vagy más viszonylag olcsó hálózatok. Ez a rendszer szokásos, hogy a beowulf klaszternek nevezzük. Különösen a nagy teljesítményű klasztereket (az angolokat rövidítés jelzi) HPC klaszter. - Nagy teljesítményű számítástechnikai klaszter). A legerősebb nagy teljesítményű számítógépek listája (a rövidítés is jelölhető HPC.) Megtalálható a világ rangsorában Top500. Oroszország a FÁK legerősebb számítástechnikája van.

Elosztott számítástechnikai rendszerek (rács)

Az ilyen rendszerek nem minősülnek klasztereknek, hanem elvek nagyrészt a klaszter technológiához képest. Ezeket a rácsrendszereknek is nevezik. A fő különbség az egyes csomópontok alacsony rendelkezésre állása, vagyis azzal a képtelenség, hogy működését egy meghatározott időpontban (a csomópontok összekapcsolják és leválasztják a művelet során), így a feladatot több folyamatba kell osztani egymástól. Egy ilyen rendszer, ellentétben a klaszterekkel, nem hasonlít az egyetlen számítógéphez, és egyszerűsített eszközökként szolgál a számítások eloszlásának. A konfigurációs instabilitás ebben az esetben nagyszámú csomópont kompenzálódik.

A klaszterszerverek programozva szervezettek

A klaszterrendszerek méltó helyet foglalnak el a leggyorsabb listában, míg jelentősen megnyeri a szuperszámítógépeket az árban. 2008 júliusában a Top500 minősítés 7. helye az SGI Altix Ice 8200 klaszter (Chippewa Falls, Wisconsin, USA).

A szuperszámítógépek viszonylag olcsó alternatívája a beowulf fogalmakon alapuló klaszterek, amelyek szabad szoftvereken alapuló rendes olcsó számítógépekből épülnek fel. Az ilyen rendszer egyik gyakorlati példája a Stone SouperComputer (UAC Ridge, Tennessee, USA,).

A magánszemélyhez tartozó legnagyobb klasztert (1000 processzorból) John Koza (John Koza) építette.

Történelem

A klaszter létrehozásának története elválaszthatatlanul kapcsolódik a számítógépes hálózatok területének korai fejlesztéseihez. A számítógépek közötti nagysebességű kommunikáció megjelenésének egyik oka reméli a számítástechnikai erőforrások kombinálását. Az 1970-es évek elején A TCP / IP protokollfejlesztő csapata és a Xerox Parc Laboratory a hálózati interakció szabványait rendelte. A Hydra operációs rendszer ("Hydra") megjelent a Dec-ben készült PDP-11 számítógépekhez, amelyet ezen az alapon hoztak létre, a klasztert C.MPP-nek nevezték (Pittsburgh, PCS. Pennsylvania, USA). Azonban csak a város közelében, mechanizmusok jöttek létre, lehetővé téve a feladatok és fájlok forgalmazását a hálózaton keresztül, a legtöbb esetben ezek a Sunos (BSD-alapú operációs rendszer a Sun Microsystems).

Az első kereskedelmi klaszter projekt az ARCNET volt, amelyet az adatbolt eredményei hoztak létre, nem, és ezért a klaszterek építése nem fejlődött ki a város előtt, amikor a VAX / VMS operációs rendszeren alapult a VAXCLUSTER-et. Az ARCNET és a VAXCLUSTER-t nemcsak közös számításokhoz tervezték, hanem a fájlrendszer és a periféria megosztását is, figyelembe véve az adatok integritásának és egyediségének megőrzését. A VAXCLUSTER (NOW VMSCLUSTER) - az OpenVMS operációs rendszer integrált eleme az Alpha és Itanium processzorok segítségével.

Két másik korai klaszter termék, amelyek elismerést kaptak, közé tartozik a Tandem Hymalaya (, ha osztály és IBM S / 390 párhuzamos Sysplex (1994).

A szokásos személyi számítógépekből származó klaszterek története nagyrészt párhuzamos virtuális gépre van szükség. Ebben a szoftverben a számítógépek egy virtuális szuperszámítógépen történő kombinációjához nyitották meg az azonnali kókuszok létrehozásának lehetőségét. Ennek eredményeképpen az összes olcsó klaszter teljes teljesítménye, majd a "komoly" kereskedelmi rendszerek kapacitásának összege.

Az American Aerospace Agency (NASA) által az olcsó személyi számítógépeken alapuló klaszterek létrehozása az American Aerospace Agency (NASA) városában folytatódott, majd a beowulf klaszterek kifejlesztése ezen elv alapján kifejlesztett. Az ilyen rendszerek sikerei a Grid Networks fejlesztését nyomták, amelyek a Unix létrehozása óta léteztek.

Szoftver

Széles körben közös eszköz a túlságosan interakció szervezéséhez az MPI könyvtár, amely támogatja a nyelveket és a Fortrant. Például az MM5 időjárási modellezési programban használják.

A Solaris operációs rendszer biztosítja a Solaris Cluster szoftvert, amely a Solaris futó szerverek magas rendelkezésre állását és felhasználói megszakítását szolgálja. Az OpenSolaris számára van egy megvalósítás nyílt forráskód jogosult OpenSolaris Ha klaszter..

Több program népszerű a GNU / Linux felhasználók körében:

• dISTCC, MPICH, stb. - A programok párhuzamosítására szolgáló speciális eszközök. A DISTCC lehetővé teszi a párhuzamos összeállítást a GNU Compiler Collection-ban.
• Linux virtuális kiszolgáló, Linux-Ha - csomópont szoftver a számítástechnikai szerverek közötti lekérdezések terjesztésére.
• MOSIX, OpenMosix, Kerghed, OpenSSI - Teljesen kiemelkedő klaszter környezetek, amelyek a rendszermagba épültek automatikusan elosztva a homogén csomópontok közötti feladatokat. OpenSSI, OpenMosix és Keriged létrehozása csomópontok között.

A klaszter mechanizmusokat a Dragonfly BSD rendszermagba kell beágyazni, amelyet 2003-ban elágaznak a FreeBSD 4.8-tól. A távoli tervekben is megfordult egy operációs rendszer szerdája.

A Microsoftot egy HA klaszter gyártja a Windows operációs rendszerhez. Úgy gondolják, hogy a Digital Equipment Corporation technológián alapul, legfeljebb 16 (2010 óta) csomópontokat támogat egy klaszterben, valamint a SAN hálózaton (tárolóterület hálózat). Az API-készletet az elosztott alkalmazások támogatására használják, vannak olyan lapok, amelyek olyan programokkal dolgoznak, amelyek nem rendelkeznek a klaszter munkájára.

A 2006. júniusában megjelent 2003 (CCS) klaszter-kiszolgáló 2003 (CCS) nagy technológiai alkalmazásokhoz készült, amelyek klaszter számítástechnikát igényelnek. A kiadványt a különböző számítógépek telepítésére tervezték, amelyet egy klaszterben gyűjtenek össze, hogy elérjék a szuperszámítógép kapacitását. Minden egyes klaszter a Windows Compute Cluster Server egy vagy több vezérlőgépből áll, amelyek elosztják a feladatokat és több alárendelt gépet, amelyek a fő működést teljesítik. 2008 novemberében a Windows HPC Server 2008 a Windows Compute Cluster Server 2003 helyettesítésére szolgál.

Osztály 29 "kezelése Intelligens rendszerek"

Absztrakt a témában:

Klaszterrendszerek

Teljesített:

diákcsoport K9-292.

Popov i.a.

Moszkva 2001.

1. Bemutatkozás

2. A modern párhuzamos számítógépek alaposztályai

3. A párhuzamos számítógépek klaszter architektúrája

4. A fürtrendszerek létrehozásának célja

5. Failover klaszterek

6. Nagy teljesítményű klaszterek

7. Project beowulf.

8. Következtetés

9. Irodalom

Bevezetés

Multiprocesszoros számítástechnikai rendszerek fejlesztése

A tradicionális architektúrák fejlesztése a számítástechnikai rendszerek építéséhez, mint például az SMP, MPP, vektor párhuzamos rendszerek meglehetősen gyorsan. A termelékenység növekszik, a megbízhatóság és a hibatűrés növekszik. Azonban ezek architektúrák van egy hátránya - a rendszerek költségeinek jön létre, olykor megközelíthetetlen sok felhasználó számára az ilyen rendszerek - az oktatási és kutatási szervezetek. Nagyon magas a rendszer hardver- és szoftverösszetevőinek komplikációja miatt, amelyek szükségesek ahhoz, hogy ilyen termelékenységnövekedést biztosítsunk. Azonban a számítási erőforrások szükségessége jelenleg nagyon magas a tudományos és gyakorlati tevékenységek számos területén, és hiányzik a hagyományos szuperszámítógépek erőforrásai.

A klaszterrendszerek olcsóbb megoldásként merültek fel a számítástechnikai erőforrások hiányának problémájára, és a széles körű és viszonylag olcsó technológiák használatára alapulnak építészetükben, hardverükben és szoftver, például PC, Ethernet, Linux stb. A klaszter rendszerek tömegtechnológiájának alkalmazása a hagyományos számítástechnikai rendszerek, például a központi feldolgozók, az operációs rendszerek, a kommunikációs média elemeinek jelentős előrehaladása miatt lehetséges.

Mivel a klaszterrendszerek építészeti szempontból, a tömegpusztítású MPP-vel rendelkező rendszerek fejlesztése, a fejlődésük fő szerepe a hálózati technológiák területén halad. A mai napig, olcsó, de hatékony kommunikációs megoldások jelentek meg. Ez előre meghatározott a klaszter-számítástechnikai rendszerek gyors megjelenése és fejlesztése. Más tényezők is hozzájárultak a klaszterrendszerek fejlesztésének előrehaladásához.

Az Intel processzorokon alapuló személyi számítógépek teljesítménye az utóbbi években jelentősen nőtt. Az ilyen számítógépek komoly versenyt teremtettek a drágább és erőteljesebb RISC-feldolgozókon alapuló munkaállomások számára. Ugyanakkor elkezdett növekvő népszerűségét a Linux OS - ingyenesen a UNIX verzió elosztott. Ugyanakkor a tudományos szervezetekben és az egyetemeken, ahol a legtöbb fürtrendszert fejlesztik, szabályként vannak szakemberek a Linux operációs rendszerben.

A dátumot a klaszterrendszerek nagyfokú fejlesztése azt mutatja, hogy a TOP500 - 11 klaszterberendezések legerősebb szuperszámítógépei listáján szerepelnek.

A modern párhuzamos számítógépek alaposztályai

A klaszterrendszerek a párhuzamos rendszerek fejlesztése. Ahhoz, hogy a klaszter rendszerek helyét a számítástechnikai rendszerek más típusú párhuzamos architektúrák közé sorolják, meg kell adnod a besorolásukat. A párhuzamos rendszereket különböző kritériumokkal lehet osztályozni.

A hardver szempontjából a párhuzamos számítógépek besorolásának fő paramétere az általános (SMP) vagy az elosztott memória (MPP) rendelkezésre állása. Valami, ami az SMP és az MPP közötti átlagos Numa architektúra, ahol a memória fizikailag elosztott, de logikusan hozzáférhető.

Szimmetrikus multiprocesszoros rendszerek

SMP A rendszer több homogén processzorból és egy általános memória-tömbből áll. Az egyik leggyakrabban használt SMP megközelítés egy skálázható, nyilvános memória rendszer kialakításához, egy egységes memória-hozzáférési szervezethez tartozik egy skálázható memória processzor csatorna szervezésével:

Minden memória hozzáférési műveletet tranzakcióként értelmezik a processzor memóriabusz felett. A gyorsítótár koherenciáját hardver tartja fenn.

Az SMP-ben minden processzornak legalább egy saját gyorsítótár-memóriája van (és talán több).

Azt mondhatjuk, hogy az SMP rendszer egy olyan számítógép, amely több egyenlő processzorral rendelkezik. Minden más egy példányban van: egy memória, egy I / O alrendszer, egy operációs rendszer. Az "egyenlő" szó azt jelenti, hogy minden processzor mindent megtesz, amit más. Minden processzor hozzáférést biztosít az összes memóriához, bármilyen bemeneti / kimeneti műveletet, megszakíthatja más processzorokat stb.

Ennek az architektúra hátránya, hogy a csatorna processzor processzorokat nagyon nagy sávszélességgel kell megszervezni.

Masszív-párhuzamos rendszerek

A masszív-párhuzamos MPP rendszer homogén számítástechnikai csomópontokból áll, többek között:

• egy vagy több központi feldolgozók (általában RISC)
• helyi memória (a más csomópontok memóriájához való közvetlen hozzáférés lehetetlen)
• kommunikációs processzor vagy hálózati adapter
• merevlemezek és / vagy más eszközök a / in

Különleges I / O komponensek és vezérlő csomópontok adhatók hozzá a rendszerhez. A csomópontok egyes kommunikációs környezetben (nagysebességű hálózat, kapcsoló stb.)

Rendszerek nem egyenletes hozzáféréssel a Numa memóriához

Numa (nonuniform memória hozzáférés) A megosztott memória architektúra szokásos SMP-jével ellentétben több különálló processzor, amelyek mindegyike saját gyorsítótárán kívül helyi memóriával rendelkezik:

Ilyen építészetben a processzor és a memóriamodulok szorosan integrálódnak, ezért a helyi memóriához való hozzáférés sebessége jóval magasabb, mint a "szomszédos" processzor memóriájához. Az I / O alrendszerek mindegyik csomópont részei lehetnek, vagy a kiválasztott I / O csomópontokon konszolidálhatók. Ha a gyorsítótár koherenciáját a rendszer egészében fenntartják, akkor az ilyen architektúrát cc-numa-nak nevezik.

A legegyszerűbb módja, hogy leírja a NUMA rendszer, bemutató nagy SMP rendszer, több részre osztott, ezek a részek kapcsolódó kommunikációs autópálya csatlakozik a rendszerhez gumik, és minden egyes rész magában foglalja a saját alap memória és bemenet / kimenet alrendszert. Ez Numa: nagy SMP, egy kisebb és egyszerű SMP-k sorozata. A Numa fő probléma a gyorsítótár koherenciájának biztosítása. A berendezés lehetővé teszi, hogy a rendszer komponenseinek fő memóriájának (általában az általában csomópontok) fő memóriájával dolgozzon, mint egy óriási memóriával.

Klaszter architektúra

Fontolja meg a számítástechnikai rendszerek klaszter architektúrájának helyét ebben a osztályozásban.

A klaszter egy teljes körű számítógépes számítógépes készlet, amelyet egyetlen erőforrásként használnak. A "teljes körű számítógép" fogalma alatt egy teljes számítógépes rendszer, amely mindegyike szükséges, beleértve a processzorokat, a memóriát, az I / O alrendszert, valamint az operációs rendszert, az alrendszereket, az alkalmazást stb. Általában olyan személyi számítógépek vagy párhuzamos rendszerek, amelyek SMP architektúrákkal rendelkezhetnek, és sőt numa is alkalmasak erre. A klaszterek gyenge elveszett rendszerek, a csomópont-hivatkozások a szabványos hálózati technológiák (gyors / gigabit Ethernet, Myrinet) használhatók a busz architektúra vagy kapcsoló alapján. Ezért olcsóbb az MPP architektúra módosításának építésében.

A párhuzamos számítógépek fürtözött architektúrája

Általános elvek

Amint már korábban említettük, a számítástechnikai klaszter egy olyan számítógépet tartalmaz, amely egy adott hálózaton belül van, hogy megoldja az egyik feladatot (3. ábra), amelyet a felhasználó egyetlen erőforrásként nyújt be. Az ilyen klaszter koncepciót először a 80-as évek korai vállalati digitális felszereléseként javasolták és hajtották végre, amely napra fejleszti ezt a technológiát

Az "egységes erőforrás" fogalma azt jelenti, hogy a szoftverek elérhetősége, amely lehetőséget ad a felhasználóknak, a rendszergazdáknak és az alkalmazásprogramoknak, hogy feltételezzék, hogy csak egy olyan entitás van, amellyel dolgozik egy klaszter. Például a klasztercsomagfeldolgozó rendszer lehetővé teszi, hogy feladatot küldjön a klaszterfeldolgozáshoz, és ne legyen néhány külön számítógép. Egy összetettebb példa az adatbázisrendszerek. Az adatbázisrendszerek szinte minden gyártója párhuzamos üzemmódban működik több klasztergépen. Az alkalmazás felhasználásával az adatbázis használatával ne vigyázzon a munkájukra. A DBMS felelős a párhuzamos cselekvés szinkronizálásáért és az adatbázis integritásának megőrzéséért.

A fürtöt alkotó számítógépek az úgynevezett klasztercsomóak - mindig viszonylag függetlenek, ami lehetővé teszi bármelyikük leállítását vagy kikapcsolását, hogy megelőző munkát végezzen, vagy további berendezések telepítését anélkül, hogy megzavarná a teljes klaszter teljesítményét.

A klaszterben lévő számítási csomópontok, az egyprocesszoros személyi számítógépek általában használatosak, két vagy négy processzor SMP szerverek. Minden csomópont futtatja az operációs rendszer másolatát, amelyet leggyakrabban a szabványos operációs rendszerek használnak: Linux, NT, Solaris stb. A csomópontok összetétele és ereje ugyanabban a klaszterben is változhat, lehetővé téve az inhomogén rendszerek létrehozásának képességét. Egy adott kommunikációs közeg megválasztását számos tényező határozza meg: a megoldott feladatok osztályának jellemzői, a későbbi klaszter-bővítés szükségessége stb. Lehetőség van arra, hogy a konfigurációban működő speciális számítógépeket, például egy fájlkiszolgálót, és általában a kompozícióhoz való hozzáférés lehetőségét az interneten keresztül biztosítsák.

A klaszterrendszerek építészetének meghatározásából következik, hogy ez magában foglalja a rendszerek széles skáláját. Figyelembe véve a szélsőséges pontokat, a klaszter a helyi 10 megabit hálózati Ethernet és a Sandia Nemzeti Laboratóriumban szereplő CPLANT projekt részeként létrehozott számítástechnikai rendszernek tekinthető PC-knek: 1400 munkaállomás, amely az a Nagysebességű MyRinet hálózat.

Így látható, hogy sok különböző klaszterépítési lehetőség van. Ugyanakkor a használt kommunikációs technológiák és szabványok nagy jelentőséggel bírnak a klaszterarchitektúrában. Nagyrészt meghatározzák a feladatok tartományát, amelyekre ezen technológiák alapján épített klaszterek használhatók.

Kommunikációs technológiák a klaszterek építéséhez

A klaszterek mind a speciális, nagysebességű adatátviteli gumiabroncsokon alapulhatnak, és a tömeges hálózati technológiák alapján. A tömegkommunikációs szabványok közül az Ethernet hálózat, vagy több termelő opciója - gyors Ethernet, általában a kapcsolók alapján. Mindazonáltal a gyors Etherneten belüli üzenetek küldésére szolgáló nagyméretű jelentések súlyos korlátozásokhoz vezetnek a feladatok tartományára, amelyek hatékonyan megoldhatók egy ilyen klaszteren. Ha egy klaszter nagy teljesítményt és sokoldalúságot igényel, nagyobb sebességet és speciális technológiákat igényel. Ezek közé tartoznak az SCI, Myrinet, Clan, ServerNet, stb. Ezeknek a technológiáknak az összehasonlító jellemzői
Asztal 1.

			Servernet	Gyors ethernet
Latence (MPI)
Sávszélesség (MPI)				180 mb / c
Sávszélesség (hardver)	400 MB / C	160 MB / C	150 MB / C		12,5 MB / c
Végrehajtás MPI		HPVM, MPICH-GM, stb.

Asztal 1.

A klaszter rendszerekben lévő kommunikációs hálózatok teljesítményét számos numerikus jellemző határozza meg. A fő jellemzők két: késleltetés - a kezdeti késleltetési idő, amikor üzeneteket és hálózati sávszélességet küld, amely meghatározza az információátvitel sebességét kommunikációs csatornákon keresztül. Ugyanakkor nincs olyan sok csúcs jellemző a szabványban, mint valós, a felhasználói alkalmazások szintjén, például az MPI alkalmazás szintjén. Különösen, miután megkérdőjelezte, hogy a felhasználó küldött üzenetküldés () küldje el (), az üzenet következetesen átmegy egy egész rétegben, amelyet a szoftverszervezet és a berendezések jellemzői meghatároztak, mielőtt elhagynák a processzort a késleltetési értékek szabványa. A késleltetés jelenléte azt a tényt vonja le, hogy a hálózat maximális átviteli sebessége nem érhető el a kis hosszúságú üzeneteken.

Az adatátvitel sebessége a hálózaton keresztül a gyors Ethernet és a skálázható koherens interfész (SCI) technológián belül az üzenet hosszától függ. A gyors Ethernet esetében a késleltetés nagy változatossága jellemzi - 160-180 μs, míg a SCI késleltetése körülbelül 5,6 μs értéke. Ezen technológiák maximális átviteli sebessége 10 MB / C és 80 MB / s.

Célkitűzések a fürtrendszerek létrehozásához

A klaszterrendszer-architektúrák fejlesztői különböző célokat ellenőriztek, amikor megteremtették őket. Az első volt a digitális berendezés a VAX / VMS klaszterekkel. Ennek az autónak az a célja, hogy javítsa a rendszer megbízhatóságát, biztosítva a rendszer magas rendelkezésre állását és hibatűrését. Jelenleg sok hasonló rendszer architektúra van más gyártóktól.

A klaszterrendszerek létrehozásának másik célja olcsó nagy teljesítményű párhuzamos számítástechnikai rendszerek létrehozása. Az egyik első olyan projekt, amely nevet adott a párhuzamos rendszerek egész osztályához - a beowulf klaszter - a NASA Goddard Space Flight Center központjában, a Föld és a Space Sciences projekt szükséges számítási erőforrásainak támogatására. A Beowulf projekt 1994 nyarán kezdődött, és hamarosan 16-feldolgozó klasztert szereltek össze az Intel 486DX4 / 100 MHz-es processzoroknál. Minden csomópontot 16 MB RAM és 3 hálózati Ethernet adapter telepítették. Ez a rendszer nagyon sikeres volt az ár / teljesítmény tekintetében, így az ilyen architektúra kezdett fejlődni és széles körben használni más tudományos szervezetekben és intézetekben.

A klaszterek minden osztályához a használt architektúrák és hardverek jellemzőek. Részletesebben fontolja meg őket.

Failover klaszterek

Az építési alapelvek

A számítástechnikai rendszerek megbízhatóságának és hibatűrésének biztosítása érdekében számos különböző hardver- és szoftver megoldást alkalmaznak. Például a rendszerben minden alanyok meghibásodott - tápegységek, processzorok, működési és külső memória duplikálható. Az ilyen hibatűrő rendszereket az alkatrészek fenntartásával használják olyan problémák megoldására, amelyekben a hagyományos számítástechnikai rendszerek elégséges megbízhatósága a jelenleg A problémamentes működés valószínűsége 99%. Ezek a feladatok 99,999% -os valószínűséget igényelnek. Az ilyen megbízhatóságot különböző hibaelhárítási módszerekkel lehet elérni. A számítástechnikai rendszer készenléti szintjétől függően négyféle megbízhatóságot kell használni:

Készenléti szint,%	Max. állásidő	Rendszer típusa
	3,5 nap évente	Hagyományos)
	Évente 8,5 óra	Magas pontosság (magas rendelkezésre állás)
	Évente 1 óra	Hiba rugalmas)
	Évente 5 perc	HIBATŰRŐ)

2. táblázat.

A felesleges komponensekkel rendelkező hibatűrő rendszerekkel ellentétben, valamint a többprocesszió különböző változata, a klaszterek viszonylag független gépeket kombinálnak, amelyek mindegyike megakadályozható a megelőzéshez vagy újrakonfiguráláshoz, anélkül, hogy megszakítaná a klaszter munkateljesítményét. A magas klaszter teljesítmény és az alkalmazás leállásának minimalizálása az alábbi tény miatt érhető el, hogy:

• az egyik csomópont egyikének áramkimaradás esetén az alkalmazás továbbra is működik, vagy automatikusan újraindul más klaszter csomópontokon;
• az egyik csomópont (vagy több) meghibásodása nem vezet az egész klaszterrendszer összeomlásához;
• i. megelőző I. javítási munkálatok, Újrakonfiguráció vagy változás szoftver verzió, mint általában, végezhetjük a csomópontok felváltva, anélkül, hogy megszakítaná a műveleteket más csomópontok.

A klaszter szerves része olyan speciális szoftver, amely valójában, és megoldja a csomópont visszaszerzésének problémáját hiba esetén, és megoldja más feladatokat is. A klaszterszoftverek jellemzően több előre meghatározott rendszer-helyreállítási szkriptel rendelkezik, és az adminisztrátornak is biztosíthatja az ilyen forgatókönyvek konfigurálását. A hibák utáni visszanyerés támogatható mind a csomópont egészére, mind az egyes összetevőkre - alkalmazásokra, lemezmennyiségekre stb. Ez a funkció automatikusan elindul egy rendszerhiba esetében, és az adminisztrátor is futtatható, ha például azt szeretnénk kikapcsolni az újbóli konfiguráció egyik csomópontját.

A klaszterek megosztott memóriával rendelkezhetnek külső lemezekáltalában a RAID lemez tömbje. A RAID lemez tömbje a nagy adattároló szerver I / O alrendszer. BAN BEN raid tömbök Az alacsony kapacitáshoz viszonyított jelentős számú tárcsa nagy mennyiségű adat tárolására szolgál, valamint nagyobb megbízhatóságot és redundanciát biztosít. Hasonló tömböt észlel egy számítógép egyetlen logikai eszközként.

A hibák utáni visszanyerés támogatható mind a csomópont egészére, mind az egyes összetevőkre - alkalmazásokra, lemezmennyiségekre stb. Ez a funkció automatikusan elindul egy rendszerhiba esetében, és az adminisztrátor is futtatható, ha például azt szeretnénk kikapcsolni az újbóli konfiguráció egyik csomópontját.

Csomópontok ellenőrizzék egymás teljesítményét és cseréje specifikus „cluster” információ, például egy klaszter konfiguráció, valamint továbbítja az adatokat a megosztott meghajtók és koordinálja azok használatát. A Súgó vezérlést olyan speciális jelzéssel végezzük, hogy a klaszter csomópontok továbbítják egymást a normál működés megerősítéséhez. A jelek egyikének megszüntetése az egyik csomópontról szoftver Az ütközésről és a fennmaradó csomópontok terhelésének újraelosztása. Például fontolja meg a hibatűrő klaszter VAX / VMS-t.

VAX / VMS klaszter

A DEC első bejelentette az 1983-as klaszterrendszer fogalmát, meghatározva, mint kombinált számítástechnikai gépek csoportja, amelyek egyetlen információs feldolgozó egység. Lényegében a VAX klaszter gyengén kapcsolt multifacerikus rendszer, amely közös külső memóriával rendelkezik, amely egyetlen irányítási és adminisztrációs mechanizmust biztosít.

A VAX klaszter a következő tulajdonságokkal rendelkezik:

Az erőforrások szétválasztása. A klaszterben lévő VAX számítógépek megoszthatják a megosztott szalagokhoz és a lemezmeghajtókhoz való hozzáférést. A klaszter összes VAX számítógépe különálló adatfájlokat is elérhet.

Magas készenlét. Ha a VAX számítógépek egyike meghibásodik, a felhasználók feladata automatikusan átkerülhet egy másik klaszter számítógépre. Ha a rendszerben több HSC vezérlő létezik, és egyikük megtagadja, az egyéb HSC vezérlők automatikusan felveszi a működését.

Nagy átviteli sebesség . Számos alkalmazási rendszer használhatja a több klaszter számítógépek közötti párhuzamos végrehajtás lehetőségét.

A rendszer karbantartásának kényelme . A megosztott adatbázisok egyetlen helyről szolgálhatók. Alkalmazási programok csak egyszer telepíthetők a közös klaszter tárcsákon, és az összes klaszter számítógép között vannak elosztva.

Nyújthatóság . A klaszter-számítástechnikai teljesítmény növekedését a további VAX számítógépek összekapcsolásával érik el. További meghajtók mágneses lemezeken és mágneses szalagok elérhetővé válik a klaszterben szereplő összes számítógép számára.

A VAX klaszter működését két fő összetevő határozza meg. Az első komponens nagysebességű kommunikációs mechanizmus, és a második olyan rendszerszoftver, amely átlátható hozzáféréssel biztosítja az ügyfeleket a rendszerszolgálathoz. A klaszter belsejében fizikailag csatlakoztatott három különböző gumiabroncs-technológiával valósul meg különböző jellemzők Teljesítmény.

A VAX klaszter alapkommunikációs módszerei az 1. ábrán láthatóak. Négy.

Ábra. 4 VAX / VMS klaszter

A CI számítógépes busz (számítógépes összeköttetés) 70 Mbps sebességgel működik, és a VAX számítógépek és a HSC vezérlők csatlakoztatására szolgál a Star Cupler kapcsolóval. Minden CI-kapcsolat kettős redundáns vonalakkal rendelkezik, két átvitelre és kettőre, hogy megkapja a CSMA alaptechnológiáját, amely a csomópont konkrét késedelmét használja az ütközések kiküszöbölésére. Maximális hossza A CI kommunikáció 45 méter. A Star Coupler csillag alakú kapcsolója 32 Ci gumiabroncsok csatlakoztatását támogathatja, amelyek mindegyikét a VAX számítógép vagy a HSC vezérlő csatlakoztatására tervezték. A HSC vezérlő intelligens eszköz, amely szabályozza a lemez- és szalagos meghajtók működését.

A VAX számítógépek helyi hálózaton keresztül is kombinálhatók.

Ethernet Ni - hálózati összeköttetéssel (úgynevezett helyi VAX klaszterek), de az ilyen rendszerek teljesítménye viszonylag alacsony, mivel meg kell osztani az Ethernet hálózat sávszélességét a klaszter számítógépek és más hálózati ügyfelek között.

A klaszterek is költhetnek DSSI gumiabroncsokat (digitális tároló rendszer összekapcsolás). A DSSI buszon négy számítógépes VAX alsó és középosztályba lehet kombinálni. Minden számítógép támogathatja a DSSI adaptereket. Egy külön DSSI busz 4 Mb / s sebességgel működik (32 Mbps), és lehetővé teszi akár 8 eszköz csatlakoztatását. A következő típusú eszközök támogatottak: DSSI rendszer adapter, RF sorozatú lemezvezérlő és TF sorozatú szalagvezérlő. A DSSI korlátozza a 25 méteres klaszter csomópontjainak távolságot.

Rendszer szoftver VAX klaszterek

A megosztott erőforrások, például a lemezek elérésekor a processzorok helyes kölcsönhatásának biztosítása érdekében a DEC egy elosztott DLM Lock Manager (elosztott zárkezelő) használata. Magasan fontos funkció A DLM az, hogy koherens állapotot adjon az operációs rendszer és az alkalmazási programok I / O műveleteihez. Például a DLM relációs alkalmazások felelősek az adatbázis-pufferek között az adatbázis-pufferek közötti megőrzésért különböző klaszter számítógépeken.

Az I / O cache memória koherenciájának fenntartása a klaszterben lévő processzorok között hasonló a gyorsítótár koherenciájának fenntartásához egy erősen összekapcsolt multiprocesszoros rendszerben, amely egy bizonyos gumiabroncs alapján épült. Az adatblokkok egyszerre jelennek meg több gyorsítótárban, és ha egy processzor módosítja az egyik példányt, más meglévő példányok nem tükrözik az adatblokk aktuális állapotát. A blokk rögzítése (blokk tulajdonjog) az ilyen helyzetek kezelésének egyik módja. Mielőtt az egység módosítható a blokk tulajdonjogával.

A DLM-vel való együttműködés jelentős általános költségekkel jár. A VAX / VMS környezetben lévő általános költségek nagy igénybevételűek lehetnek akár hat üzenetet is a CI buszon egy I / O műveletre. Az általános költségek elérhetik az egyes processzorok 20% -át a klaszterben.

Nagy teljesítményű klaszterek

Az építési alapelvek

A nagy teljesítményű klaszterek architektúrája az MPP-rendszerek kialakításának elveinek alakulásaként jelent meg, az általános célú felhasználás által szabályozott, kevésbé produktív és tömegösszetevőkkel. A klaszterek, valamint az MPP rendszerek gyengén kapcsolt csomópontokból állnak, amelyek mind homogén, mind az MPP-vel ellentétben, különböző vagy heterogén. Különös figyelmet fordítanak a nagy teljesítményű klaszter architektúra kialakítására, hogy biztosítsák a klaszter csomópontokat összekötő kommunikációs gumiabroncs nagy hatékonyságát. Mivel a klaszterekben gyakran hatalmas viszonylag alacsony teljesítményű gumiabroncsok vannak, számos intézkedést kell tenni annak érdekében, hogy kizárják az alacsony sávszélességüket a klaszter teljesítményére és a klaszter hatékony párhuzamosításának megszervezésére. Például az egyik legmagasabb sebességű gyors Ethernet technológiának sávszélessége alacsonyabb, mint az MRR architektúra modern szuperszámítógépei közötti összeköttetések.

Az alacsony termék teljesítményproblémáinak megoldásához számos módszert használnak:

A klaszter van osztva több szegmensre, amelyen belül a csomópontok vannak összekötve egy nagy teljesítményű gumiabroncs a Myrinet típusú, és a kapcsolat a csomópontok közötti különböző szegmensek végzi alacsony teljesítményű hálózatok típusú Ethernet / Fast Ethernet. Ez lehetővé teszi, hogy csökkentse a klaszterek költségeit, hogy jelentősen növelje az ilyen klaszterek teljesítményét, miközben megoldja a folyamatok közötti intenzív adatcserét.

Az úgynevezett "trunking", azaz azaz Több csatorna kombinálása Gyors Ethernet egy közös nagysebességű csatorna csatlakoztatása több kapcsolót. Ennek a megközelítésnek a nyilvánvaló hátránya a kapcsolók összekapcsolódásában részt vevő portok "vesztesége".

A teljesítmény javítása érdekében, különös információcsere protokollok ilyen hálózatok jönnek létre, amelyek lehetővé teszik, hogy hatékonyabban használják csatorna sávszélesség, és távolítsa el bizonyos korlátozások átfedésben szabványos protokollok (TCP / IP, IPX). Ezt a módszert gyakran használják a beowulf osztály rendszereiben.

A fő minőség, amelynek nagy teljesítményű klaszterének kell lennie, vízszintes méretezhetőség lesz, mivel az egyik legfontosabb előnye, hogy a klaszter architektúrája képes növelni a teljesítményt meglévő rendszer Egyszerűen új csomópontok hozzáadása a rendszerbe. Ráadásul a hatalom növekedése szinte a hozzáadott erőforrások erejével arányosan történik, és a rendszer működése során a rendszer leállítása nélkül végezhető el. Egy másik architektúrával rendelkező rendszerekben (különösen az MPP) általában csak a függőleges skálázhatóság lehetséges: memória hozzáadása, a processzorok számának növelése a többprocesszoros rendszerekben, vagy új adaptereket vagy lemezeket adjon hozzá. Lehetővé teszi, hogy ideiglenesen javítsa a rendszer teljesítményét. A rendszer azonban a memória, a processzorok vagy a lemezek maximális támogatott számára kerül sor, a rendszer erőforrásai kimerülnek, és növelik a termelékenységet, meg kell hoznia egy új rendszert, vagy jelentősen feldolgozni kell a régi. A fürtrendszer is elismeri a függőleges skálázhatóságot is. Így függőleges és vízszintes skálázással a klaszter modell nagyobb rugalmasságot és egyszerűséget biztosít a növekvő rendszer teljesítményének.

Project Beowulf.

Beowulf egy skandináv epikus, mesél az események a VII - az első harmadában a 6. században, amelynek résztvevője a hős az azonos nevű, amely dicsőítette magát csaták.

Az ilyen szerkezet klaszterrendszerének megvalósításának egyik példája a beowulf klaszterek. A Beowulf projekt egyesült egy és fél tucat szervezet (főként egyetemek) az Egyesült Államokban. A vezető projektfejlesztők a NASA ügynökség szakemberei. A klaszterek ebben a formájában a következő főbb jellemzőit rendelheti meg:

A beowulf klaszter több külön csomópontból áll Általános hálózat, a teljes erőforrás klaszter csomópontokat nem használják;

Az optimális a klaszterek két processzor SMP rendszeren alapulnak;

Ahhoz, hogy csökkentheti az overheadet kölcsönhatás csomópontok közötti, a teljes duplex 100 MB Fast Ethernet használunk (SCI kevésbé gyakori), hozzon létre több hálózati szegmensek, vagy csatlakoztassa a csomópontok a kapcsolón keresztül;

Szoftverként a Linuxot használják, és szabadon elosztott kommunikációs könyvtárakat (PVM és MPI);

A BEOWULF projekt története.

A projekt 1994 nyarán kezdődött a NASA űrközpontban - Goddard Space Flight Center (GSFC), pontosabban az alapon létrehozott CESDIS (az űrközpontok és az információs tudományok kiválósági központja).

Az első beowulf klasztert alapították számítógépek Intel. Építészet Linux operációs rendszer alatt. Ez 16 csomópontból álló rendszer volt (a 486DX4 / 100MHz, 16 MB memória és 3 processzorokon) hálózati adapter Minden csomóponton, 3 "párhuzamos" Ethernet kábel 10 mbit). A "Föld- és Space Sciencs Project" (ESS) számítástechnikai erőforrásként jött létre.

A GSFC-ben és más NASA-részekkel, más, erősebb klaszterek gyűjtése. Például a magasan párhuzamos integrált virtuális környezetben) 64 csomópontot tartalmaz 2 Pentium Pro / 200MHz és 4GB memória processzorok mindegyikében, 5 gyors Ethernet kapcsolóban. A klaszter teljes költsége körülbelül 210 ezer dollár. A beowulf projekt számos nagy teljesítményű és szakosodott hálózati illesztőprogramok (Különösen az illesztőprogram több Ethernet csatornát egyszerre).

Építészet beowulf.

Fürt csomópontok.

Ez egy-egy processzoros számítógép, vagy az SMP szerverek kis számú processzorral (2-4, esetleg legfeljebb 6). Valamilyen oknál fogva az optimális a két processzoros rendszereken alapuló klaszterek építése, annak ellenére, hogy ebben az esetben a klaszter beállítása kissé bonyolultabb lesz (főként azért, mert nem engedélyezett viszonylag olcsó alaplapok 2 Pentium II / III processzorok számára ). Érdemes telepíteni minden RAM 64-128MB csomópontot (kétprocesszoros rendszerek 64-256MB).

Az egyik autót központi (fej )ként kell kiemelni, ahol elegendően nagy merevlemez, erősebb processzor és több memória lehetséges, mint a többi (munka) csomópontok. Érdemes biztosítani (védett) a készülék kapcsolatát a külvilággal.

Amikor a munkakomponensek konfigurálva vannak, akkor meglehetősen lehetséges a merevlemezek elhagyása - ezek a csomópontok az operációs rendszert a hálózaton keresztül töltik le, amely a pénzeszközök mentése mellett lehetővé teszi az operációs rendszer konfigurálását, és mindent, amire csak szükséges, Idő (a központi gépen). Ha ezeket a csomópontokat nem használják egyidejűleg egyedi munkahelyként, akkor nincs szükség videokártyák és monitorok telepítésére. Lehetőség van a csomópontok (rackmountálás) telepítésére, amely csökkenti a csomópontok által elfoglalt helyet, de valamivel drágább lesz.

Lehetőség van a klaszterek szervezésére a meglévő munkaállomások hálózata alapján, azaz A felhasználói munkaállomások klasztercsomóakként használhatók éjszaka és hétvégén. Az ilyen típusú rendszereket néha tehénnek nevezik (a munkaállomások klaszterje).

A csomópontok számát a szükséges számítástechnikai erőforrások alapján kell megválasztani, és megfizethető. pénzügyi eszközök. Meg kell érteni, hogy nagy számú csomóponttal bonyolultabb és drágább hálózati felszerelést kell létrehoznia.

A beowulf projektben részt vevő helyi hálózatok főbb típusai Gigabit Ethernet, Fast Ethernet és 100-VG Anylan. A legegyszerűbb esetben egy Ethernet szegmenst használunk (10Mbit / sec a csavart érpáron). Az ilyen hálózat olcsóságának azonban az ütközések miatt nagymértékű költségekké alakulnak az interprocesszorcsere számára; És az ilyen klaszter jó teljesítményét csak egy nagyon egyszerű párhuzamos szerkezetű feladatokra és a folyamatok közötti nagyon ritka kölcsönhatásokra kell elvégezni (például a busting opciók között).

A jó interprocesszoros teljesítmény eléréséhez a teljes duplex gyors Ethernet 100Mbit / sec. Ugyanakkor, hogy csökkentse az ütközések száma vagy állítsa több „párhuzamos” Ethernet szegmensek, vagy csatlakoztassa a csomópontok a kapcsolón keresztül (kapcsoló).

Drágább, de népszerű lehetőség is a myrinet típusú kapcsolók (1.28Gbit / sec, teljes duplex) használata.

Kevésbé népszerű, hanem a ténylegesen felhasznált kiépítése során klaszterek hálózati technológiák Clan, SCI és Gigabit Ethernet technológiát.

Néha közötti kommunikáció csomópontjain több távközlési csatornákat használnak párhuzamosan - az úgynevezett „Csatornakötegelés” (Csatornakötegelés), amely általánosan használt Fast Ethernet technológiát. Ebben az esetben minden csomópont csatlakozik a gyors Ethernet kapcsolóval, több csatornával. Ennek eléréséhez a csomópontok több hálózati kártyával vagy gyors Ethernet multiport táblával vannak felszerelve. A Linux szoftvert futtató csomópontokban lévő csatorna kötődés használata lehetővé teszi a recepció / átviteli terhelés egyenletes eloszlását a megfelelő csatornák között.

Rendszerrendszer

Operációs rendszer. A Linux rendszert rendszerint az elosztott párhuzamos számításokhoz kifejtett verziókban használják. A Linux 2.0 kernel kifinomult. A klaszterek építésének folyamatában kiderült, hogy szabványos illesztőprogramok A hálózati eszközök Linuxban nagyon hatástalanok. Ezért az új illesztőprogramokat először fejlesztették ki, elsősorban a Fast Ethernet és a Gigabit Ethernet hálózatokhoz, valamint a párhuzamos hálózati kapcsolatok logikai szövetségének lehetőségét személyi számítógépek (Hasonlóan a csatornák hardverkötéséhez), amely lehetővé teszi az olcsó helyi hálózatokat alacsony sávszélességgel, hogy nagy teljes sávszélességű hálózatot hozzon létre.

Mint bármely klaszterben, az egyes klaszter csomópontokon az OS rendszermag másolata van. A véglegesítésnek köszönhetően az egész klaszteren belüli azonosítók egyedisége biztosítja a teljes klaszteren belüli azonosítókat, és nem egyedi csomópontokat.

Kommunikációs könyvtárak. Az üzenetátviteli modell leggyakoribb párhuzamos programozási felülete MPI. Ajánlott ingyenes megvalósítás MPI - MPICH csomag az Argon Nemzeti Laboratóriumban. A MyRinet Switcher alapú klaszterek esetében HPVM rendszert fejlesztettek ki, amely magában foglalja az MPI megvalósítását is.

A párhuzamosság hatékony szervezetéhez egy SMP-rendszeren belül két lehetőség lehetséges:

1. Az SMP gép egyes processzoraihoz külön MPI folyamatot hoz létre. MPI folyamatok ezen a rendszeren belül cserélő üzenetek megosztott memóriával (ennek megfelelően kell konfigurálnia az MPICH-t).
2. Minden gépen csak egy MPI folyamat kezdődik. Minden MPI folyamatban a párhuzamosság a "megosztott memória" modellben történik, például az OpenMP irányelvek használatával.

Az MPI megvalósításának telepítése után értelme tesztelni a hálózati továbbítás valós teljesítményét.

Az MPI mellett vannak olyan könyvtárak és párhuzamos programozási rendszerek, amelyek a klasztereken használhatók.

Példa a beowulf klaszter megvalósítására - Avalon

1998-ben a Los Alamos National Laboratory Astrophysicik Michael Warren és más tudósok egy csoportja elméleti asztrofizika épített Avalon szuperszámítógép, amely egy BEOWULF -Claster alapuló DEC Alpha / 533MHz processzor. Az Avalon eredetileg 68 processzorból állt, majd meghosszabbodott 140-re. Minden csomópontban 256 MB RAM, egy EIDE-merevlemez 3,2 GB-os, egy hálózati adapter Kingston (a csomópont teljes költsége 1700 dollár). A csomópontok összekapcsolódnak a 46-36-portos kapcsolóval a Fast Ethernet és a "Központban" 12-port kapcsoló Gigabit Ethernet 3Com.

Az Avalon teljes költsége 313 ezer dollár, és Linpack teljesítménye (47,7 gflops) lehetővé tette számára, hogy a 114. helyet a Top500 lista 12. kiadásában (a 152 IBM SP2 processzor rendszer mellett) veheti igénybe. Az Avalon 70-processzor konfigurációja számos teszten ugyanolyan teljesítményt mutatott, mint a 64-processzoros SGI Original2000 / 195MHz-es processzor-rendszer költsége meghaladja az 1 millió dollárt.

Jelenleg az Avalont aktívan használják az asztrofizikai, molekuláris és egyéb tudományos számításokban. Az SC Konferencia "98-ban az Avalon alkotói" Avalon: egy alfa / Linux klaszter 10 gflops-ot kapnak 150k-ra ", és megérdemelte a díjat az ár / teljesítmény (" 1998 Gordon Bell Prize ").

Következtetés

A mikroprocesszorok vezető gyártói: a Sun Microsystems, a Dell és az IBM ugyanazon a szempontból ugyanazon a szempontból tartja a szuperszámítógépek jövőjét: az egyén helyettesítése, a független szuperszámítógépeknek a nagy teljesítményű szerverek csoportjához kell egy csoportba kerülniük. Már ma az elosztott klaszterrendszerek a modern klasszikus szuperszámítógépek előtt állnak a teljesítmény szempontjából: a világ legerősebb számítógépe - az IBM ASCI WHITE - 12 Teraflop, hálózati teljesítmény [E-mail védett] A becslések szerint körülbelül 15 Teraflops. Ugyanakkor az IBM Asci White-t 110 millió dollárért értékesítették, és a létező teljes történetében [E-mail védett] 500 ezer dollárt töltött.

Irodalom

2. http://www.beufulf.com.

3. http://newton.gsfc.nasa.gov/thehive/

4. LOBOS, http://www.lobos.nih.gov.

5. http://parallel.ru/news/kentucky_klat2.html.

6. http://parlell.ru/news/anl_chibacity.html.

7. http://parlell.ru/cluster/

8. http://www.ptc.spbu.ru.

MIMD számítógépek

MIMD számítógép van N. A feldolgozók önállóan teljesítenek N. Parancsáramok és feldolgozás N. Adatfolyamok. Minden processzor a saját irányáramának ellenőrzése alatt működik, azaz a MIMD számítógép teljesen más programokat is képes végrehajtani párhuzamosan.

A MID architektúrát a fizikai memória szervezetektől függően tovább besorolják, vagyis a processzornak saját helyi memóriájával rendelkezik, és más memóriablokkokra utal, amelyek a kapcsolóhálózattal rendelkeznek, vagy az ingázási hálózat összekapcsolja az összes processzorot a nyilvános memóriában. A memória szervezése alapján a következő típusú párhuzamos architektúrák megkülönböztetnek:

• Számítógépek elosztott memóriával (Elosztott memória.)
  A processzor hozzáférhet a helyi memóriához, küldhet és fogadhat üzeneteket a hálózati összekötő processzorok felett. Az üzeneteket a processzorok közötti kommunikációra használják, vagy egyenértékűek a távoli memóriablokkok olvasásával és írásával. Egy idealizált hálózatban a két hálózati csomópont közötti üzenet elküldésének költsége nem függ mind a csomópontok, mind a hálózati forgalom helyétől, de az üzenet hosszától függ.

• Számítógépek általános (megosztott) memóriával (Igaz megosztott memória)
  Minden processzort közösen neveznek egy közös memóriára, általában gumiabroncson vagy hierarchián keresztül. Egy idealizáltam (párhuzamos véletlenszerű hozzáférési gép - párhuzamos gép, tetszőleges hozzáférésű párhuzamos gép), egy olyan modell, amelyet gyakran párhuzamos algoritmusok elméleti vizsgálata során használnak, bármely processzor egyszerre hozzáférhet bármely memóriacellát. A gyakorlatban ez az architektúra skálázhatósága általában egy memória hierarchia egyik formájához vezet. A teljes memóriához való hozzáférés gyakorisága csökkenthető az egyes processzorokhoz kapcsolódó gyorsítótárban lévő gyorsítótár másolatának megőrzésével. A készpénzes memóriához való hozzáférés sokkal gyorsabb, mint közvetlenül a teljes memóriához való hozzáférés.

• Számítógépek virtuális megosztott (megosztott) memóriával (Virtuális megosztott memória.)
  A teljes memória hiányzik. Minden processzornak saját helyi memóriája van, és hozzáférhet más processzorok helyi memóriájához a "globális cím" használatával. Ha a "globális cím" nem jelzi a helyi memóriát, akkor a memória hozzáférést a kommunikációs hálózat által küldött üzenetekkel hajtják végre.

A megosztott memóriával rendelkező gépek példája lehet:

• Sun Microsystems (Multiprocesszor munkaállomások)
• Silicon Graphics Challenge (többprocesszoros munkaállomások)
• Szövetségi szimmetria.
• Konvex.
• Cray 6400.

A következő számítógépek az elosztott memóriával rendelkező gépek osztályához tartoznak.

• IBM-SP1 / SP2
• Parsytec GC.
• CM5 (Gondolkodó gépi vállalat)
• Cray T3d.
• Paragon (Intel Corp.)
• nCube.
• Meiko CS-2
• AVX (Alex Párhuzamos számítógépek)
• IMS B008.

Az elosztott memóriával rendelkező MIMD architektúra az ingázási hálózat sávszélességére is besorolható. Például az architektúrában, amelyben a processzor és a memóriamodul (processzor elem) párjai egy olyan topológiákkal vannak összekapcsolva schgtka Minden processzornak ugyanolyan számú hálózati kapcsolata van, függetlenül a számítógépes feldolgozók számától. Az ilyen hálózat teljes sávszélessége lineárisan növekszik a processzorok számához képest. Másrészt az építészetben, amelynek hálózata van a topológiákkal hyperkub A hálózathoz való processzorkapcsolatok száma a processzorok számának logaritmikus funkciója, és a hálózati sávszélesség gyorsabban nő, mint lineárisan a processzorok számával kapcsolatban. Topológiában klikk Minden processzort össze kell kapcsolni minden más processzorhoz.

Hálózat topológiával 2D schgtka (torok)

Hálózat topológiával 2D torok

Hálózat topológiával klikk

SuperComputer Alkalmazások Országos Központja (University PC. Illinois, Urbana-Champaign)

MPI: Az üzenet áthaladó felülete

Az "Üzenet átviteli felület" neve önmagáért beszél. Ez egy jól szabványosított mechanizmus az üzenetküldő modellben lévő párhuzamos programok építéséhez. Vannak szabványos "kötések" MPI a C / C ++, FORTRAN 77/90 nyelvre. Szabadon és kereskedelmi megvalósítások vannak szinte minden szuperszámítógéppel, valamint a Unix és a Windows NT munkaállomások hálózatai számára. Jelenleg az MPI a legszélesebb körben használt és dinamikusan fejlődő felület az osztályából.

Beowulf - Linux operációs rendszeren alapuló klaszterek

Mikhail Kuzminsky

"Nyílt rendszerek"

Az évezredek küszöbén minden esélyünk van arra, hogy tanúi a számítógépipar monopolizációjának, amely mind a mikroprocesszorok, mind az operációs rendszerek fedezhető. Természetesen az Intel mikroprocesszorairól beszélünk (Merced fenyegeti a RISC építészeti processzorokat) és az operációs rendszert a Microsoftból.

Mindkét esetben a sikert nagymértékben meghatározza a marketing gép hatalma, és nem csak az előállított termékek "fogyasztói" tulajdonságai. Véleményem szerint a számítógépes közösség még nem vette észre a lehetséges következmények skáláját.

Egyes szakértők összehasonlítani a potenciálisan monopolizálása a számítógép piacon az IBM monopólium uralom figyelhető meg a 70-es évek - mind a terület nagy rendszerek és operációs rendszerek. én hosszú ideje Ezzel a technikával dolgozom, és mivel az UNIX az országunkban elosztva van, egyre inkább tudatában van az IBM MVS operációs rendszer számos előnyével. Mindazonáltal közös szempontot osztok meg, hogy az ilyen monopólium nem járult hozzá a haladás gyorsulásához.

A nyugati egyetemek, akik egyszerre az első UNIX használatának köszönhetően, még mindig ígéretes fejleményekben támaszkodnak, és a Linux egyre inkább választott platformként. Ez a cikk az egyik tanulságos tudományos fejleménynek szól.

Linux mint társadalmi jelenség

Már nem meglepődtünk, hogy a Linux észrevehető jelenséget mutatott a számítógépes életről. A GNU leggazdagabb szoftverének leggazdagabb készletével kombinálva ez az operációs rendszer rendkívül népszerűvé vált a nem kereskedelmi felhasználók számára, amint van és külföldön. Népszerűsége növekszik. A Linux verziók nemcsak az Intel X86 platformhoz, hanem mások számára is léteznek processzor architektúrák, beleértve a decembereket, és széles körben használják az internetes alkalmazásokhoz, valamint a becsült természet feladatait. Röviden, Linux lett egyfajta "Népi operációs rendszer". Majdnem azonban azt mondják, hogy a Linuxnak nincs gyenge helye; Az egyik az SMR-architektúrák elégtelen támogatása.

A legolcsóbb módja a számítógépes erőforrások, beleértve a számítástechnikai teljesítményt, egy fürt létrehozása. A fizikailag és logikusan elosztott működési memóriával rendelkező hatalmas párhuzamos szuperszámítógépek különös klasztereknek is tekinthetők. Az ilyen építészet legélénkebb példája a híres IBM SP2 számítógép.

Az egész kérdés az, hogy a klaszterben lévő számítógépek (csomópontok) kötődnek. A "valódi" szuperszámítógépeken specializálódott és ezért drága berendezések, amelyek nagy sávszélességet biztosítanak. A klaszterekben általában a szokásos hálózati szabványokat alkalmazzák - Ethernet, FDDI, ATM vagy HIRI.

A Linux operációs rendszerrel rendelkező klaszter technológiák több évvel ezelőtt kezdtek fejlődni, és hosszú ideig elérhetővé váltak, mielőtt a Wolfrack a Windows NT-re jelenik meg. Tehát az 1990-es évek közepén a beowulf projekt származott.

Az epikus vers hőse

Beowulf egy skandináv epikus, amely elmondja a VII. - A 7. század első harmadát, amelynek résztvevője ugyanazon név hőse, aki dicsőítette magát csatákban. Nem ismert, hogy a projekt szerzői megfogalmazódtak-e, kinek most harcolnak a Beowulf-hez (valószínűleg a Windows NT?), Mindazonáltal a hősi kép lehetővé tette a konzorcium egy és fél tucat szervezetének kombinációját (főleg egyetemek) az Egyesült Államokban. Nem lehet mondani, hogy a szuperszámítógépes központok uralják a projekt résztvevői között, azonban a Loki és a Megalon klaszterek telepítve vannak a világhírű nagy teljesítményű számítástechnikai központok, mint például Los Alamos és az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztérium Sandia Laboratory; A vezető projektfejlesztők a NASA ügynökség szakemberei. Általában kivétel nélkül a projekt résztvevői által létrehozott klaszterek hangos neveket kapnak.

A Beowulf mellett egy további Cluster technológia ismert - most. Mostanában a személyi számítógépek általában magukról és feladatokról szóló információkat tartalmaznak, és az ilyen klaszter rendszergazdájának feladatai közé tartozik az információ kialakítása. Beowulf klaszterek ebben a tekintetben (vagyis a rendszergazda szempontjából) egyszerűbb: az egyes csomópontok nem tudják a klaszter konfigurációját. Csak egy kiválasztott csomópont tartalmaz konfigurációs információkat; És csak a hálózaton van a külső világgal. Minden más klaszter csomópontot egy helyi hálózathoz kötünk, és csak a "vékony híd" a vezérlőegységből a külső világgal van csatlakoztatva.

A Beowulf technológia csomópontjai PC alaplapok. Általában a helyi merevlemezek is részt vesznek a csomópontokban. A helyi hálózatok szabványos típusai a csomópontok csatlakoztatására szolgálnak. Ezt a kérdést az alábbiakban tartjuk, először leállunk a szoftveren.

A Beowulf alapítása a szokásos kereskedelmi forgalomban kapható Linux OS, amelyet a CD-ROM-on lehet megvásárolni. Eleinte a legtöbb projekt résztvevők elsősorban CD által közzétett Slackware, és most preferenciák által preferált változata RedHat.

A szokásos Linux operációs rendszerben jól ismert párhuzamosítási eszközt telepíthet az üzenetküldő modellben (LAM MRI 6.1, PVM 3.3.11 és mások). Használhatja az R-szálak szabványt is, valamint az Interprocessor interakció szabványos eszközeit, amelyek bármely UNIX rendszerben szerepelnek V. A Beowulf projekt részeként komoly további fejleményeket hajtottak végre.

Először is meg kell jegyezni a Linux 2.0 kernel finomítását. A klaszterek építésének folyamatában kiderült, hogy a Linux szabványos hálózati eszköz-illesztőprogramjai nagyon hatástalanok. Ezért új illesztőprogramokat fejlesztettek ki (a legtöbb fejlesztés - Donald Becker), elsősorban a Fast Ethernet és a Gigabit Ethernet hálózatokhoz, és logikusan kombinálható több párhuzamos hálózati kapcsolatot a személyi számítógépek között, amely lehetővé teszi az olcsó helyi hálózatokat több mint szerény fordulatszám., Építsen egy hálózatot magas kumulatív sávszélességgel.

Mint minden klaszterben, az OS kernel saját példánya minden csomópontban él. A véglegesítésnek köszönhetően a teljes klaszteren belüli feldolgozók azonosítása, valamint a Linux OS jelek "távoli adagolása".

Ezenkívül meg kell jelölni a letöltést a hálózaton (Netbooting), amikor dolgozik alaplap Az Intel PR 440FX, és az Ami Bios-val felszerelt más alaplapokkal is használhatók.

Nagyon érdekes funkciók biztosítják a hálózati virtuális memória mechanizmusokat vagy a DSM megosztott elosztott memóriát (elosztott megosztott memória), amely lehetővé teszi, hogy létrehozzon egy konkrét "illúziót" a csomópontok általános memóriájának.

Hálózat - finom anyag

Mivel a szuperszámítógépek általában párhuzamosan párhuzom, és különösen a klaszter, a nagy sávszélesség és az alacsony késedelem a csomópontok közötti üzenetküldésre van szükség, a hálózati jellemzők olyan paraméterekké válnak, amelyek meghatározzák a klaszter teljesítményét. Nyilvánvaló, hogy a mikroprocesszorok kiválasztása a csomópontok számára nyilvánvaló - ezek szabványos Intel gyártási processzorok; De a klaszter, a hálózati típus és a hálózati áramköri lapok topológiájával kísérletezhet. Ez a területen a fő kutatás történt.

A mai napig bemutatott különböző PC-hálózati kártyák elemzése során különös figyelmet fordítottak az ilyen jellemzőkre, mint a hatékony sugárzott támogatás (multicasting), a nagy méretű csomagokkal rendelkező munka támogatása stb. A BEOWULF projektben részt vevő helyi hálózatok főbb típusai, - Ez Gigabit Ethernet, Fast Ethernet és 100-VG anylan. (Az ATM technológia képességeit is aktívan tanulmányozták, de a szerző ismert, a projekt keretén kívül történt.)

Hogyan gyűjtsünk össze egy szuperszámítógépet

A beowulf projektben végzett munka eredményeinek elemzése után a következő következtetésre juthat: a megállapított megoldások lehetővé teszik, hogy önállóan összegyűjti a nagy teljesítményű klasztert a PC-összetevők szabványos alkatrészei alapján, és használja a szokásos szoftvert. A legnagyobb példák közül lehetetlenné válik, hogy ne jelölje meg a CESDIS 50-es csomópontos klaszterét, amely 40 adatfeldolgozó csomópontot tartalmaz (az egy- és kétprocesszoros retium-ára / 200 MHz) és a 10 skálázó csomópont (kettős processzoros testülete) Rentium Р / 166 MHz). A költség / csúcs teljesítmény aránya ilyen klaszterben nagyon sikeres. A kérdés az, hogy milyen hatékonyan lehetséges a paraláncozási alkalmazások - más szóval, mi lesz valóság, és nem csúcs teljesítmény. A projekt résztvevői most dolgoznak a probléma megoldásáról.

Meg kell jegyezni, hogy a közönséges PC-k klasztereinek építése ma meglehetősen divatosvá válik egy tudományos környezetben. Az országunk egyes akadémiai intézményei hasonló klasztereket is terveznek.

A számítógépek kombinálása különböző teljesítményű vagy különböző architektúra klaszterben, heterogén (inhomogén) klasztereket mondanak. A klasztercsomópontok egyszerre használhatók egyedi munkaállomásokként. Abban az esetben, ha nem szükséges, a csomópontok jelentősen megkönnyíthetők és / vagy telepíthetők a rackbe.

Szabványos operációs rendszert használnak, leggyakrabban szabadon elosztva - Linux / FreeBSD, valamint a párhuzamos programozás és terheléselosztás támogatása. Programozás, általában az üzenetátviteli modell keretében (leggyakrabban - MPI). A következő bekezdés részletesebben tárgyalja.

A klaszter architektúra fejlődésének története.

A DEC első bejelentette az 1983-as klaszterrendszer fogalmát, meghatározva, mint kombinált számítástechnikai gépek csoportja, amelyek egyetlen információs feldolgozó egység.

Az egyik első olyan projekt, amely nevét adta a párhuzamos rendszerek egész osztályának - a beowulf klaszterek - a NASA Goddard Space Flight Center központjában, hogy támogassa a Föld és a Space Sciences projekt szükséges számítási erőforrásait. A beowulf projekt 1994 nyarán kezdődött, és hamarosan 16 feldolgozó klasztert gyűjtöttünk össze az Intel 486DX4 / 100 MHz-feldolgozókon. Minden csomópontot 16 MB RAM és 3 hálózati Ethernet adapter telepítették. Az ilyen konfigurációban dolgozni, a rendelkezésre álló hálózati kártyák közötti forgalom terjesztő speciális illesztőprogramokat fejlesztették ki.

Később a GSFC-ben a TheHive - erősen párhuzamos integrált virtuális környezet klaszterje, amelynek szerkezete az 1. ábrán látható. 2. Ez a klaszter négy E, B, G és DL alosztályból áll, kombinálva a 332 processzort és két kiválasztott gazdát. A klaszter minden csomópontja Redhat Linuxot futtat.

1998-ban az Astrophysicik Michael Warren Los Alamos Nemzeti Laboratóriumában és az elméleti asztrofizikus csoportból származó egyéb tudósok egy szuperszámítógépes Avalont építettek, amely az Alpha 21164A processzoroknál alapuló Linux klaszter, 533 MHz-es órajelzéssel. Kezdetben az Avalon 68 processzorból állt, majd 140-re kiterjedt. Minden csomópontban 256 MB RAM, egy merevlemez egy 3 GB-os és egy gyors Ethernet hálózati adapter telepítésre került. Az Avalon projekt teljes költsége 313 ezer dollár volt, és a Linpack teszten látható teljesítmény - 47,7 GFLOPS, lehetővé tette, hogy 114. helyet foglaljon a Top500 Lista 12. kiadásában a 152 IBM RS / 6000 SP processzor rendszer mellett. Ugyanebben az 1998-ban, a legrangosabb konferencián a nagy teljesítményű számítástechnikai szuperszámítógépek területén, az Avalon "Avalon: egy alfa / Linux klaszter eléri a 10 gflops-ot 150K dollárért", amely megkapta az első díjat a jelölésben "Legjobb ár / teljesítmény" jelölés.

Ebben az év áprilisában a sebesség + sebesség +, amely 64 csomópontból áll, amely két Pentium III / 733 MHz-es processzorral és 2 GB RAM-ot és 2 GB RAM-ot és 2 GB-os RAM-ot és 27 GB-os 2 GB-ot tartalmazott az biomedikai vizsgálatokhoz Cornell Egyetem. Csomópontok dolgoznak windows vezérlés 2000 és a Giganet klán kombinálja.

A polcok projektjének sok dobozát az 1997. áprilisában az Egyesült Államok Nemzeti Egészségügyi Intézetében hajtják végre, és érdekesek a Gigabit Ethernet kommunikációs környezetként történő használatára. Először a klaszter 47 csomópontból állt két Pentium Pro / 200 MHz-es processzorral, 128 MB RAM és 1,2 GB lemezen minden csomóponton. 1998-ban valósult meg

a projekt következő szakasza a Lobos2, amely alatt a csomópontok asztali számítógépekké alakultak át, miközben a kombinációt egy klaszterbe tartják. Most a Lobos2 100 számítástechnikai csomópontból áll, amely két Pentium II / 450 MHz-es processzort, 256 MB működési és 9 GB lemezmemóriát tartalmaz. A klaszter mellett 4 kontroll számítógép, amelynek teljes RAID-tömbje 1,2 tb csatlakozik.

Az utolsó klaszterfejlesztés az AMD Presto III SuperComputer volt, amely 78 athlon processzor beowulf klaszter. A számítógép telepítve van a Tokió Technológiai Intézetben. A mai napig az AMD 8 szuperszámítógépet épített a klasztereknél a Beowulf módszerrel, amely Linux operációs rendszert futtat.

IBM klaszterek

RS / 6000.

Az IBM számosféle gyengén kapcsolódó rendszert kínál RS / 6000 alapú, klaszterekkel kombinálva, és a nagy rendelkezésre állású fürtözött multiprocesszor / 6000 szoftver (HACMP / 6000) szoftver futtatása.

A klasztercsomópontok párhuzamosan működnek, a HACMP / 6000-ben szereplő zárkezelő képességeinek felhasználásával a logikai és fizikai erőforrásokhoz való hozzáféréssel rendelkeznek.

A hirdetést 1991-ben kezdve a HACMP / 6000 termék folyamatosan fejlődött. Ez magában foglalja a párhuzamos erőforrás-kezelőt, az elosztott zárkezelőt és a párhuzamos logikai kötet-kezelőt, és ez utóbbi lehetővé tette a terhelés kiegyensúlyozását a teljes klaszter szintjén. Maximális összeg A klaszter csomópontjai nyolcra nőttek. Jelenleg a szimmetrikus multiprocesszoros feldolgozással rendelkező csomópontok, amelyek adatkeresztkapcsolóval vannak felszerelve, amely lineáris teljesítménynövekedést biztosít a feldolgozók számának növekedésével a klaszteren.

RS / 6000 klaszterek épülnek az Ethernet, a Token Ring vagy az FDDI helyi hálózatok alapján, és különböző módon konfigurálhatók a nagy megbízhatóság javítása szempontjából:

• Forró tartalék vagy könnyű kapcsolás hiba esetén. Ebben a módban az aktív csomópont alkalmazási feladatokat hajt végre, és a biztonsági mentés nem kritikus feladatokat hajthat végre, ha szükséges, ha szükséges az aktív szerelvény szükséges.
• Szimmetrikus tartalék. A forró tartalékhoz hasonlóan, de a fő és a biztonsági csomópontok szerepe nincs rögzítve.
• Kölcsönös pickup vagy mód terheléseloszlással. Ebben a módban a klaszter minden csomópontja "felveszi" feladatokat, amelyeket bármely más klaszter csomóponton végeznek.

IBM SP2.

Az IBM SP2 vezető szerepet játszik a legnagyobb Top500 szuperszámítógépek listájában a telepítési szám (141 telepítés, és összesen, 8275 ilyen számítógép működik a 86 ezer feletti csomópontok teljes számával. Ezeknek a szuperszámoknak az alapja az építészeten alapul A klaszter megközelítés egy erőteljes központi kapcsolóval. Az IBM sok éven át használja ezt a megközelítést.

Általános építészet SP2.

Az SP2-architektúra általános képe rizst ad. 1. Az architektúra fő jellemzője nagysebességű kapcsoló használata alacsony késéssel, hogy összekapcsolja a csomópontokat egymás között. Ez a külsőleg rendkívül egyszerű rendszer, mivel a tapasztalat kimutatta, rendkívül rugalmas volt. Először is, az SP2 csomópontok egyetlen processzor volt, majd az SMP architektúrával rendelkező csomópontok jelentek meg.

Valójában az összes részlet el van rejtve a csomópontok szerkezetében. Ráadásul a csomópontok különböző típusokRáadásul a szomszédos csomópontok feldolgozói is eltérőek lehetnek. Ez biztosítja

nagyszerű konfigurációs kiválasztási rugalmasság. A számítási rendszer csomópontjainak teljes száma elérheti az 512-et. Az SP2 csomópontok valójában független számítógépekÉs az egyenes jelmarkjaikat az IBM-nek az önálló nevek alatt értékesítik. A legszembetűnőbb példa erre a négy-processzoros SMP szerver RS \u200b\u200b/ 6000 44P-270 mikroprocesszorral a POWER3-II, ami önmagában is tulajdonítható, hogy az osztály a számítógépek a középosztály vagy akár mini szuperszámítógépek.

A mikroprocesszorok létre a SP2 csomópontok kifejlesztett két építészeti vonalak: Power - Power2 - Power3 - Power3-II és a PowerPC sorakoznak a modell 604e egy órajel 332 MHz-en.

A hagyományos sp2 "vékony" (széles csomópont) és "széles" (széles "(széles csomópont) csomópontok SMP architektúrával. Mindkét PowerPC 604E (két-négy processzorból) és POWER3-II (legfeljebb négy) telepíthetők. A csomópontok akkumulátorkapacitása 256 MB és 3 GB között van (ha POWER3-II - akár 8 GB-ig). A vékony és széles csomópontok közötti fő különbségek az I / O alrendszerhez kapcsolódnak. A széles csomópontokat olyan feladatokhoz tervezték, amelyek erősebb I / O képességeket igényelnek: tíz van benne slots PCI (beleértve a három 64 bites) két résidők ellen a vékony csomópontokban. Ennek megfelelően a széles csomópontok tárolóeszközeinek rögzítő rekeszek száma nagyobb.

A kapcsoló sebességét alacsony késleltetési értékek jellemzik: 1,2 ms (legfeljebb 2 ms a 80 feletti csomópontok számával). Ez egy nagyságrenddel jobb, mint a modern Linux-Clusters Beowulf-ben. Az egyes portok csúcs sávszélessége: 150 Mb / s egy irányban (azaz 300 Mb / s / duplex átvitel). Ugyanaz a sávszélesség rendelkezik az SP2 csomópontokban található kapcsoló adapterekkel. Az IBM kiváló késleltetést és sávszélességeket is biztosít.

A legerősebb SP2 csomópontok "magas" (nagy csomópont). A nagy csomópont egy komplexum, amely egy számítási csomópontból áll, amelyhez csatlakoztatott bemeneti / kimeneti / kimeneti eszközökkel legfeljebb hat darabig tart. Az ilyen csomópontnak van egy SMP architektúrája, és legfeljebb 8 POWER3 processzort tartalmaz, 222 vagy 375 MHz óriásfrekvenciájával.

Ezenkívül az ilyen típusú csomópont tartalmaz egy bemeneti / kimeneti díjat, amely szintén csatlakozik alaplap. Az I / O kártya két Saber szimmetrikus logikai blokkot tartalmaz, amelyeken keresztül az adatok továbbítják a külső eszközöket, például

mint a lemezek és a távközlési berendezések. Az I / O fedélzeten négy PCI 64 bites nyílás és egy 32 bites slot (33-as frekvencia 33 MHz), valamint az integrált ultraszsi vezérlők, az Ethernet 10/100 Mbps, három egymást követő és egy párhuzamos port.

A POWER3-II / 375 MHz magas csomópontok és mikroprocesszorok megjelenésével az IBM SP2 rendszer Linpack Parlell tesztjei elérte a 723,4 gFlops teljesítményét. Ezt az eredményt 176 csomópont (704 processzor) használata esetén érjük el. Figyelembe véve, hogy a csomópontok 512-ig állítható be, ez az eredmény azt mutatja, hogy a sorozatosan előállított IBM SP2 potenciálisan közel 1 tflops.

Cluster Sun Solutions Sun Microsystems

A Sun Microsystems a termék SPARCLASER PDB-kiszolgálóján alapuló klaszter megoldásokat kínál, amelyben a SPARCSERVER 1000 és SPARCCCENTER 2000 multiprocesszoros SMP-kiszolgálók csomópontként használják, és a Spercserver 1000 legfeljebb nyolc processzorba léphet, és a SPARCCCCENTER 2000-től 20-as SuperSparc processzorokba léphet. Az alábbi komponenseket az alábbi összetevőket tartalmazzák: két csomópontok alapján SparcServer 1000 / 1000e vagy SPARCCENTER 2000 / 2000E, két SparcStorage Array lemeztömböt, valamint egy csomag az épület egy fürt, beleértve a kettőzött kommunikációs berendezések, Class Management konzol Class Management Konzol, Spacleaster PDB szoftver és fürtszolgáltatás csomag.

A kommunikáció nagy teljesítményének és elérhetőségének biztosítása érdekében a klaszter támogatja az összes adat kiváltó teljes duplikációját. A klaszter csomópontokat 100 Mbps sávszélességű széntartalmú csatornákkal kombinálják. A lemez alrendszereinek csatlakoztatása, a száloptikai szálas csatorna interfész 25 Mbps sávszélességgel, amely elismeri a hajtások és csomópontok eltávolítását egymástól legfeljebb 2 km távolságra. A csomópontok, csomópontok és a lemez alrendszerek közötti összes kapcsolatot a hardver szintjén duplikálják. A hardver, a szoftver és a fürthálózat azt jelenti, hogy hiányzik az ilyen hely hiánya a rendszerben, egyetlen hiba vagy meghibásodás, amely a teljes rendszert eredményezi.

Egyetemi projektek

A Kentucky Egyetem - Klat2 klaszter (Kentucky Linux Athlon Testbed 2). A Klat2 rendszer 64 lemez nélküli csomópontból áll, AMD Athlon / 700 MHz-es processzorokkal és 128 MB RAM-vel. Software, fordítóprogramok és a matematikai könyvtárak (Scalapack, Blacs és Atlas) véglegesítették, hogy hatékonyan használják 3DNow technológiát! aMD processzorokMi lehetővé tette a termelékenység növelését. Jelentős kamat a használt hálózati döntés, a "lapos szomszédos hálózat" (FNN) nevű használt hálózati döntés. Minden csomópont négy gyors Ethernet hálózati adapterrel rendelkezik a SmartLink-ből, és a csomópontok kilenc 32 portos kapcsolóval vannak összekötve. Ugyanakkor, bármely két csomópont esetében mindig közvetlen kapcsolat van az egyik kapcsolóval, de nincs szükség minden csomópontra egyetlen kapcsoló segítségével. Az AMD architektúra és az FNN topológia keretében szoftver optimalizálásának köszönhetően a rekordár / teljesítmény arány elérése volt - 650 $ / 1 gflops.

A klaszter felosztásának ötlete az Argonne Nemzeti Laboratóriumban megvalósított Chiba Városi projektben érdekes kiviteli alakot kapott. A fő rész 256 számítástechnikai csomópontot tartalmaz, mindegyikben

ebből két Pentium III / 500 MHz-es processzor, 512 MB RAM és egy 9 GB kapacitású helyi lemez található. A számítástechnikai partíción kívül a vizualizációs szakasz (32 IBM IntelliStion személyi számítógépek Matrox Millenium G400 grafika, 512 MB RAM és 300 GB meghajtók), adattároló szakasz (8 iBM szerverek NetFinity 7000 Xeon / 500 MHz-es processzorokkal és 300 GB-os meghajtóval) és kontroll partícióval (12 számítógép IBM Netfinity 500). Mindegyiküket egy olyan myrinet hálózat, amely támogatja párhuzamos alkalmazások, valamint Gigabit Ethernet és gyors Ethernet menedzserek és szolgáltatási célokra. Minden szakasz "városokra" (város) 32 számítógépre van osztva. Mindegyiküknek van a "polgármestere", amely helyben szolgálja a "város", csökkentve a terhelést a szolgáltatási hálózaton és biztosítva gyors hozzáférés a helyi erőforrásokhoz.

Klaszter projektek Oroszországban

Oroszországban mindig nagy szükség volt a nagy teljesítményű számítástechnikai erőforrásokra, és a klaszter projektek viszonylag alacsony költsége komoly lendületként szolgált az országunk széles körű terjesztésére. Az egyik közül az egyik megjelent egy "paritás" fürtből, amelyet YVVIBD-ben szereltek össze, és nyolc Pentium II processzorból álltak, amelyek a MyRinet hálózathoz kapcsolódnak. 1999-ben, a klaszter alapuló megoldás a SCI hálózaton teszteltük NICEW, amely lényegében egy úttörő használatával SCI technológiát építeni párhuzamos rendszer Oroszországban.

A SCI kommunikációs hálózaton alapuló nagy teljesítményű klaszter telepítve van a Moszkvai Állami Egyetem Tudományos Kutatóközpontjában. A NIVC klaszter 12 kétprocesszoros kiszolgálót tartalmaz "Eximer" alapján Intel Pentium. III / 500 MHz, összesen 24 processzor, amely teljes csúcs teljesítménye 12 milliárd művelet másodpercenként. A rendszer teljes költsége körülbelül 40 ezer dollár vagy körülbelül 3,33 ezer per 1 gflops.

Cluster számítási csomópontok vannak összekötve egyirányú SCI hálózati csatornákon egy kétdimenziós TOR 3x4, és egyidejűleg kapcsolódik a központi szerveren keresztül a Fast Ethernet kisegítő hálózat és a 3COM SuperStack kapcsolót. A SCI hálózat egy fürtmag készítése ez a rendszer Egy egyedülálló számítástechnikai telepítés egy szuperszámítógép-osztály orientált a széles körű feladatok. A felhasználói alkalmazásokban a SCI hálózat maximális adatátviteli sebessége több mint 80 Mb / s, és a késleltetési idő körülbelül 5,6 μs. Ha az építkezés ezen számítási klaszter, az integrált WulfKit által kifejlesztett megoldás Dolphin Interconnect Solutions és Scali Computer (Norvégia) alkalmaztunk.

A klaszter párhuzamos programozásának fő eszköze az MPI (üzenetadási interfész) verziója a SCAMPI 1.9.1. A Linpack teszten, amikor egy 16000x16000 méretű egyenletes egyenletes rendszert megold, a tényleges teljesítmény több mint 5,7 gflops volt. Az NPB csomag tesztjein a klaszter teljesítménye összehasonlítható, és néha meghaladja a Cray T3E család szuperszámítógépeinek teljesítményét, azonos számú processzorral.

A NIVZ MSU NIVC számítástechnikai klaszter alkalmazásának fő területe az alapvető tudományos kutatás és az oktatási folyamat támogatása.

Más érdekes projektekből meg kell jegyezni a St. Petersburgi Egyetemen végrehajtott határozatot a gyors Ethernet technológia alapján: az összegyűjtött klaszterek használhatók és teljes körű független képzési osztályok, valamint egyetlen számítástechnikai telepítés, amely megoldható feladat. A Samara Tudományos Központban

elmentek az út mentén, hogy létrehozzunk egy inhomogén számítástechnikai fürtöt, amely magában foglalja az Alpha és Pentium III processzorokon alapuló számítógépeket. A Szentpétervár Műszaki Egyetemen telepítve az Alpha-feldolgozók és a MyRinet hálózat alapján, anélkül, hogy helyi lemezeket használnánk a számítástechnikai csomópontokon. Az UFA Állami Repülési Műszaki Egyetemen egy klasztert terveztek tizenkét Alpha-állomás, egy gyors Ethernet hálózat és a Linux operációs rendszer alapján.

2. Aritmetikai logikai eszközök. Struktúra, megközelítés, az allu fő egyenletei

3. Átadási áramkörök szervezése az Unióban. Bit, gyorsított átviteli séma kiterjesztése

4. Az Allu regisztrálása a mikroprocesszor alapszerkezete. Regisztrációstruktúrák építéséhez szükséges lehetőségek. Feladatkezelés és szinkronizálás

7. Firmware menedzsment eszköz. Struktúra, a vezérlőjelek kialakításának módjai, a mikrokomiacímek

8. A parancsok és az operandusok kezelésének módja. A parancsok végrehajtásának szállítójának elve

9. A strukturális konfliktusok és a minimalizálás módjai. Konfliktusok az adatok szerint, a szállítószalag leállítása és a leválasztási mechanizmus végrehajtása

10. Az átmeneti parancsok elvégzésének veszteségeinek csökkentése és a menedzsment konfliktusok minimalizálása

11. A memória rendszerek besorolása. Memóriakártyák szervezése mikroprocesszoros rendszerekben

12. A készpénzes memória alapelvei. A RAM-ból készpénzes memóriára való megjelenítésének módjai

13. Közvetlen memória hozzáférési módok. A PDP vezérlők struktúrái

14. A virtuális memória alapelvei

15. A mikroprocesszoros rendszerek működésének jellemző struktúrái és elvei

16. A mikroprocesszor rendszer működésének fő módjai. A fő program végrehajtása, a szubrutinok hívása

17. A mikroprocesszoros rendszer működésének fő módjai. Megszakítások és kivételek feldolgozása

18. A ciklikus felméréssel rendelkező rendszerek. Az elsőbbségi megszakítás blokkja

19. Az elemek közötti információ a mikroprocesszoros rendszerek között. Highway Arbiter

2. rész

20. A modern mikroprocesszoros architektúrák besorolása. Építészet teljes és rövidített parancskészlet, szuperkalar architektúra

21. A modern mikroprocesszoros architektúrák besorolása. Princeton (háttér neymanan) és a Harvard építészet

22. A modern 8 bites mikrokontrollerek szerkezete Crisc-Architecture

22 (?). A modern 32 bites mikrokontrollerek szerkezete Crisc-Architecture

23. Digitális feldolgozó feldolgozók: A szervezet alapelvei, általánosított szerkezet

24. Általános célú processzorok az Architectureintelp6 példáján

25. A párhuzamos számítástechnikai rendszerek architektúráinak besorolása. Megosztott megosztott memóriával rendelkező rendszerek

26. A párhuzamos számítástechnikai rendszerek architektúráinak osztályozása. Elosztott memória rendszerek

27. Vektoros szállítószalagok. Memória rétegződéssel. A System Structurecray-1 jellemzői

28. Mátrix számítástechnikai rendszerek. Az építési memóriakártyák és kapcsolók jellemzői

29. Adatvezérlő gépek. Az építésük üzemeltetése és jellemzői. Grafikus program bemutató módszere

30. A programozható szerkezetű rendszerek. Egységes számítástechnikai környezetek

31. Szisztolikus számítástechnikai rendszerek

32. Klaszter számítástechnikai rendszerek: meghatározás, besorolás, topológia

32. Klaszter számítástechnikai rendszerek: meghatározás, besorolás, topológia

A klaszter-számítástechnikai rendszerek az MPA rendszerek építészetében meghatározott ötletek fejlesztésének folytatásává váltak. Ha a processzor modul teljes számítástechnikai csomópontként történik az MPA rendszerben, akkor a soros számítógépeket ilyen számítástechnikai csomópontokként használják.

Fürt- Ez egy összekapcsolt számítógépek összekapcsolt számítógépe, amelyet egyetlen számítástechnikai erőforrásként használnak. Klasztercsomóakként ugyanazok (homogén klaszterek) és különböző (heterogén klaszterek) számítástechnikai gépek használhatók. Építészetével a klaszter számítástechnikai rendszer gyengén tulajdonosa. A klaszterek létrehozásához általában az egyszerű egyprocesszoros személyi számítógépeket általában használják vagy két vagy négy processzor SMP-kiszolgálót használnak. Nem ír elő korlátozást a csomópontok összetételére és architektúrájára.

A hardver szintjén fürt- A hálózat által egyesített független számítási rendszerek kombinációja.

A klaszter rendszerek legegyszerűbb besorolása a lemez tömbök használatának módján alapul: együtt vagy külön.

Klaszter konfiguráció megosztott lemezek nélkül:

Klaszter konfiguráció megosztott lemezekkel:

A két csomópont klasztereinek szerkezetét mutatjuk be, amelynek koordinációját az üzenetek cseréjére használt nagysebességű vonal biztosítja. Ez egy helyi hálózat is használható, és nem szerepel a klaszter számítógépeken vagy egy dedikált vonalban. Dedikált vonal esetén egy vagy több fürt csomópont hozzáférhet a helyi vagy globális hálózathoz, ezáltal a szerver klaszter és a távoli kliens rendszerek közötti kapcsolat.

A képviselt klaszterek közötti különbség az, hogy helyi hálózat esetében a csomópontok helyi lemezes tömböket használnak, és egy kiválasztott csomópontvonal esetében egy független merevlemezek vagy az úgynevezett RAID (RedundAntarrayFindentePendingdisks) túlzott tömbje megosztott. A RAID több lemezből áll, amelyek a vezérlő által vezérelt, nagysebességű csatornák által összekapcsoltak, és a külső rendszer egészét érzékelik. A használt tömb típusától függően különböző fokú hibatűrés és sebesség is rendelkezésre áll.

A klaszterek osztályozása a használt klaszterezési módszerekhez, amelyek meghatározzák a rendszer fő funkcionális jellemzőit:

∙ A passzív foglalás klaszterezése;

∙ Klaszterezés aktív fenntartással;

∙ független szerverek;

∙ az összes lemezhez csatlakozó szerverek;

∙ Megosztott lemezekkel rendelkező kiszolgálók.

A foglalás klaszterezése a legrégebbi és univerzális módszer. Az egyik kiszolgáló feltételezi az egész számítási terhelést, míg a másik inaktív marad, de készen áll a számítások elfogadására, ha a fő kiszolgáló sikertelen. Az aktív (vagy elsődleges) szerver időszakosan biztonsági mentési üzenetet küld biztonsági mentés (másodlagos) szerverrel. A tapintás üzenetek hiányában, amelyet elsődleges szerver meghibásodásnak tekintünk, a másodlagos kiszolgáló átveszi az irányítást.

A klaszterek passzív fenntartása nem jellemző. A "klaszter" kifejezés a számítástechnikai folyamatban aktívan részt vevő egymással összefüggő csomópontokra vonatkozik, és közösen létrehozva egy erőteljes számítástechnikai gép illúzióját. Ez a konfiguráció általában aktív másodlagos kiszolgálóval rendelkező rendszer koncepcióját használja, és három fürtözési módszer létezik: független szerverek, szerverek, a lemezek és a szervermegosztó szerverek megosztása nélkül.

Az első módszernél minden egyes klaszter csomópont független szervernek tekinthető saját lemezekkel, és a rendszerben lévő lemezek egyike sem megosztott.

A kommunikációs költségek csökkentése érdekében a legtöbb klaszter jelenleg a közös lemezekhez csatlakoztatott szerverekből áll, amelyeket általában a RAID lemez tömbje képvisel. Ennek a megközelítésnek az egyik lehetősége azt sugallja, hogy a lemezek megosztása nem vonatkozik. A közös lemezek partíciókra vannak osztva, és minden egyes fürt csomópontot osztanak ki. Ha az egyik csomópont megtagadja, a klaszter újrakonfigurálható oly módon, hogy a közös lemez szakaszához való hozzáférési jogokat egy másik csomópontra továbbítják. Egy másik verzióval több kiszolgálót különítenek el időben a közös lemezekhez való hozzáféréssel, hogy bármely csomópont hozzáférjen az összes közös lemez összes részéhez. Ez a megközelítés olyan blokkoló eszközöket igényel, amelyek garantálják, hogy az egyik kiszolgáló bármikor hozzáférést biztosít az adatokhoz.

A klaszterpárok topológiája:

A klaszter paropológusa két vagy négy-numerikus klaszter szervezésére használják. A csomópontok párban vannak csoportosítva, a lemez tömbök csatlakozzanak mindkét csomóponthoz, amelyek a pár részét képezik, és minden pár csomópont hozzáférést biztosít a pár összes lemezes tömbjéhez. A pár egyik csomópontját a másik számára biztonsági mentésként használják.

A négy-chosl klaszter gőz egy kétzónás topológia egyszerű bővülése. Mindkét klaszterpár az adminisztráció és a beállítások szempontjából egyetlen egész számként kezelhető.

Topológia N.+ 1:

Topológia N. + 1 Lehetővé teszi, hogy két, három és négy csomópont klasztereket hozzon létre. Minden lemez tömb csak két klaszter csomópontra van csatlakoztatva. A lemezes tömböket a RAID1 séma (tükrözés) szerint szervezik. Az egyik kiszolgálónak van egy kapcsolata az összes lemez tömbvel, és biztonsági másolatként szolgál minden más (alap vagy aktív) csomópont számára. A biztonsági szerver használható, hogy biztosítsa a nagyfokú készséget egy párban az aktív csomópontok bármelyikével.

Topológia N. × N. A topológiához hasonlóan N. + 1 Lehetővé teszi, hogy két, három és négy csomópont klasztereket hozzon létre, de ellentétben nagyobb rugalmassággal és skálázhatósággal rendelkezik. Csak ebben a topológiában minden klaszter csomópont hozzáférést biztosít az összes lemez tömbhöz, amely viszont a RAID1 séma (tükrözés) szerint épül. A topológia skálázhatósága az egyszerűségben nyilvánul meg, hogy további csomópontok hozzáadása a klaszterhez és a lemez tömbökhez anélkül, hogy megváltoztatná a rendszer kapcsolatait.

A Topológia lehetővé teszi, hogy szervezzen egy kaszkád hibatűrési rendszert, amelyben a feldolgozás hibás csomópontból átkerül a biztonsági mentésre, és a következő tartalékszerelvény, stb., Az általános topológia jobb hibatűréssel és rugalmassággal rendelkezik más topológiákhoz képest.

Topológia N.× N.:

Topológia teljesen elkülönített hozzáféréssel:

Topológia teljesen elválasztott hozzáféréssel lehetővé teszi az egyes lemezek összekapcsolását egyetlen klaszter csomóponttal. Csak azokra az alkalmazásokra ajánlott, amelyekre a teljesen külön hozzáférés architektúrája jellemző.

Blue Gene / L és SGI Altix család.

Alapvető szoftverként a klaszterrendszerek számításának kiszámításához, a Windows Compute Cluster Server (CCS) 2003-at figyelembe vesszük. Megtekintik általános jellemzőit és a klaszter csomópontokon működő szolgáltatások összetételét.

E szakaszba való belépéskor meg kell adni a CONS TUBE CCC-kkel való együttműködési szabályokat. Leírja a CCS-ütemező részleteit a klaszter feladatainak végrehajtásában.

1.1. A nagy teljesítményű processzorok és fürtrendszerek építészete

A számítógépes processzor architektúrájának fejlődésének történetében két fő szakasz megkülönböztethető:

• 1. szakasz - a processzorok óriási gyakoriságának növekedése (legfeljebb 2000),
• 2. szakasz - a többmagos processzorok megjelenése (2000 után)

Így egy SMP-alapú megközelítés (szimmetrikus multiprocesszálás), amely nagy teljesítményű szerverek építése során kifejlesztett, amelyben több processzor osztja meg a rendszer erőforrásait, és elsősorban a RAM-t (lásd az 1.1 ábrát), a szintre váltott a magok belsejében processzor.

Ábra. 1.1.

A többmagos processzorok felé vezető úton az első hiper-menetes technológia, amelyet először 2002-ben alkalmaztak az Intel Pentium 4 processzoraiban:

Ábra. 1.2.

Ebben a technológiában két virtuális processzor osztja meg az egyik fizikai processzor összes erőforrásait, nevezetesen a gyorsítótárakat, a végrehajtó szállítószalagot és az egyéni működtetőket. Ugyanakkor, ha egy virtuális processzor megosztott erőforrást vett, akkor a második elvárja a kiadását. Így a hiper-menetes processzor összehasonlítható egy olyan többfeldolgozó operációs rendszerrel, amely biztosítja az egyes folyamatokat, amelyek virtuális számítógépét teljes körű pénzeszközzel működtetik, és ezeknek a folyamatoknak az eljárásait és idejét tervezik a fizikai berendezésekben. Csak hiper-menetes eset esetén mindez jelentősen alacsonyabb hardverszinten történik. Azonban a parancsok két áramlása lehetővé teszi, hogy hatékonyabban betöltse a feldolgozó működtetőit. A processzor teljesítményének valódi növekedése a hiper-menetes technológia alkalmazásából 10-20 százalék.

A teljes körű kétmagos processzor (lásd az 1.3. Ábrát), az egyes feladatokon 80-100 százalékos teljesítménynövekedést mutat.

Ábra. 1.3.

Így kettős mag és az általános ügyben, többmagos processzor , SMP-nek tekinthető miniatűrben, amelynek nincs szükségük komplex és drága multiprocesszoros alaplapok használatára.

Ráadásul minden egyes rendszermag lehet (például az Intel Pentium Extreme Edition 840 processzorban) támogatja a hiper-menetes technológiát, ezért egy ilyen kétmagos processzor egyszerre négy szoftverfolyamat végezhet.

2007 elején az Intel bemutatta a 80 magos egyfajta processzort, az úgynevezett Teraflops Research Chip (http://www.intel.com/research/platform/terascale/teraflops.htm). Ez a processzor elérheti az 1.01 Teraflopok teljesítményét a 9.16 GHz-es és 0,95 V-os feszültség minimális időtartamával. Ebben az esetben a teljes energia fogyasztás A chip csak 62 W.

Az Intel előrejelzések szerint a következő 5 évben nagyszámú magok kereskedelmi verziói, és 2010-re az összes mellékelt kiszolgálók negyede lesz Terafop teljesítmény.

Klaszter-számítástechnikai rendszerek és architektúrájuk

Fürt - Ez egy helyi (földrajzilag egy helyen) számítástechnikai rendszer, amely számos független számítógépből és hálózatból áll, amelyek összekapcsolják őket. Ezenkívül a klaszter egy helyi rendszer, mert egy külön adminisztratív domainként kezelhető egyetlen számítógépes rendszerként.

Számítógép csomók Amelyből a különböző területeken és számos alkalmazásban szabványos, univerzális (személyre szabott) számítógépek állnak rendelkezésre. A számítási csomópont tartalmazhat egy mikroprocesszort vagy több képződést, az utóbbi esetben a szimmetrikus (SMP) konfigurációban.

A hálózati elem a klaszter lehet egy rendszeres helyi hálózaton, vagy fel kell építeni alapján speciális hálózati technológiákat, amelyek szuper-hatalom közötti adatátvitel csomópontok. A fürthálózat úgy van kialakítva, hogy integrálja a klasztercsomópontokat, és általában egy külső hálózatot elkülönítve, amelyen keresztül a felhasználók a klaszterhez érhetők el.

A klaszter szoftver két összetevőből áll:

• fejlesztési / programozási eszközök és
• erőforrás-kezelő eszközök.

A fejlesztési eszközök közé tartoznak a fordítók a nyelvek, a könyvtár különböző célállomás, A termelékenységi mérőeszközök, valamint a Dabborgers, amelyek együttesen párhuzamos alkalmazások építését lehetővé teszik.

Az erőforrás-kezelő szoftver tartalmazza a telepítéseket, az adminisztrációt és a munkatervezési eszközöket.

Bár a párhuzamos feldolgozáshoz sok programozási modell létezik, de jelenleg a domináns megközelítés egy "üzenetüzenet" alapú modell (üzenetadó interfész). Az MPI olyan funkciók könyvtára, amelyekkel a C vagy a Fortran nyelvekben lévő programokban a párhuzamos folyamatok közötti üzeneteket továbbíthatják, valamint ellenőrzik ezeket a folyamatokat.

Ennek a megközelítésnek az alternatívái az úgynevezett "globális elosztott címterületen" (GPAS - globális particionált címterületen) alapuló nyelvek, amelyek tipikus képviselői HPF nyelvek (egységes párhuzamos c).