Küme teknolojileri uzun zamandır sıradan kuruluşlar için mevcuttur. Bu, ucuz Intel sunucularının, iletişim için standart araçlar ve ilk seviye kümelerinde yaygın işletim sistemlerinin kullanımı nedeniyle mümkün hale geldi. Microsoft Platformlarındaki Küme Çözümleri, öncelikle operatör hatalarına, ekipman arızalarına karşı mücadeleye yönlendirilir. Küme Çözümleri - Bu sorunları çözmek için etkili bir araç.

Bilgisayar teknolojisi geliştikçe, işletmelerin iş süreçlerine entegrasyonun derecesi ve kuruluşların faaliyetleri çarpıcı bir şekilde artmıştır. Bilgi işlem kaynaklarının mevcut olduğu zamanlarda keskin bir artış sorunu vardı ve giderek daha alakalı hale geliyor. Sunucuların güvenilirliği, geliştirilen şirketlerin başarılı çalışmalarının kilit faktörlerinden biri haline geliyor. ağ altyapısıBu, özellikle özel sistemlerin gerçek zamanlı üretim süreçlerini destekleyen büyük işletmeler için önemlidir, kapsamlı bir şube ağı olan bankalar veya bir karar destek sistemi kullanan telefon operatörü hizmet merkezleri. Bu tür tüm işletmeler, sürekli çalışan ve her gün 24 saat kesintisiz olan sunucular gerektirir.

İşletme için rölanti ekipmanının maliyeti sürekli büyüyor, çünkü kayıp bilgilerin değerinden, kayıp kar, teknik destek maliyetini, müşteri memnuniyetsizliği vb. GERÇEKTİR. Güvenilir bir sistem nasıl oluşturulur ve bu sorun? Bu işletme için bir dakikalık sürenin maliyetini hesaplamanıza izin veren bir dizi teknik vardır ve daha sonra bu hesaplamaya dayanarak, en iyi fiyat oranı ve işlevselliğine sahip en kabul edilebilir çözümü seçebilirsiniz.

Bilgi işlem sisteminin güvenilir bir sistemi oluşturmak için birçok seçenek ve araç vardır. RAID disk dizileri, örneğin yedek güç kaynakları, örneğin, sistemin diğer benzer bileşenlerinin başarısız olması durumunda sistem ekipmanının "sigorta" kısmını, reddedilirken taleplerin işlenmesini engellemenize izin vermeyin. Kesintisiz güç kaynakları, güç kaynağı ağındaki başarısızlık durumunda sistemin performansını destekleyecektir. Çok parçalama sistem panoları, bir işlemcinin başarısızlığında sunucunun işleyişini sağlayacaktır. Bununla birlikte, bu seçeneklerden hiçbiri, tüm hesaplama sistemi tüm bilgisayar sisteminden çıkacaksa kaydetme. Kümelenme kurtarmaya gelir.

Tarihsel olarak, kümeler oluşturulmasının ilk adımı, sistemin "sıcak" rezervi olarak zamanlarında yaygın olarak kabul edilir. Birkaç sunucudan ağa dahil edilen bu tür bir veya iki sistemde herhangi bir yararlı çalışmayı yapmaz, ancak ana sistemlerden herhangi biri başarısız olur olmaz çalışmaya başlamaya hazırdır. Böylece, sunucular birinin başarısızlığı veya kırılması durumunda birbirlerini çoğaltır. Fakat birkaç bilgisayarı birleştirmek istiyorum, sadece birbirlerini çoğaltmadılar, ancak aynı zamanda yükü kendi aralarında dağıtarak başka bir faydalı çalışma yaptı. Bu tür sistemler için, birçok durumda kümeler daha iyidir.

Başlangıçta, küme sadece güçlü bilgi işlem ve destek dağıtılmış veritabanları için kullanıldı, özellikle de artan güvenilirliğin gerekli olduğu yerlerde. Gelecekte, web servisine başvurmaya başladılar. Bununla birlikte, kümeler için fiyatlardaki düşüş, bu çözümlerin diğer ihtiyaçlar için giderek daha fazla kullanılması gerçeğine yol açmıştır. Küme teknolojileri nihayet, düşük maliyetli Intel sunucularının, iletişim ve ortak işletim sistemleri için standart araçlar ve ilk seviye kümelerinde ortak işletim sistemleri (OS) kullanımı sayesinde sıradan kuruluşlara sunuldu.

Microsoft platformlarındaki küme çözümleri öncelikle öncelikle ekipman ve yazılım hatalarını (yazılım) savaşmaya yönlendirilir. Bounce bu tür sistemlerin istatistikleri iyi bilinmektedir: bunların sadece% 22'si, bu faktörleri dışlamak için ekipman arızaları, işletim sistemi, güç kaynağı vb. Doğrudan kaynaklanmaktadır. Sunucuların yük devresesinin arttırılması için çeşitli teknolojiler uygulanır (yedek ve değiştirilebilir diskler, güç kaynağı, PCI Konnektörler, vb. Kartları). Bununla birlikte, kalan olayların% 78'i genellikle uygulama arızaları ve operatör hatalarından kaynaklanır. Küme Çözümleri - Bu sorunu çözmek için etkili bir araç.

Kümeler, yeterli performansa, ekipman arızalarına ve yazılımına karşı dirençli benzersiz bir mimari oluşturmanıza olanak sağlar. Böyle bir sistem, standart bileşenlere dayanarak ve benzersiz bir hata toleranslı bilgisayarın fiyatından veya kitlesel paralellikli bir sistemin fiyatından önemli ölçüde az olan, standart bileşenlere ve makul bir fiyata dayanan evrensel yollarla kolayca ölçeklenir ve yükseltilir).

"Küme" terimi hem hata toleransı hem de ölçeklenebilirlik ve taşıma anlamına gelir. Klasik bir küme tanımı verebilirsiniz: "Küme, birbirleriyle ilgili birkaç bilgisayardan oluşan ve aynı zamanda birleşik, birleşik bir bilgisayar kaynağı olarak kullanılan çeşitli bilgisayarlardan oluşan paralel veya dağıtılmış bir sistemdir." Küme, belirli bir soyutlama seviyesinde kontrol edilir ve tek bir tamsayı olarak kullanıldığı birkaç bilgisayarın bir kombinasyonudur. Kümenin her düğümünde (düğüm genellikle kümede bulunan bir bilgisayardır), işletim sisteminin kendi kopyasıdır. SMP ve Numa mimarisi olan sistemleri hatırlayın bir ortak kopyakümeler olarak kabul edilemez. Küme düğümü hem tek işlemci hem de çok işlemeci bir bilgisayar olabilir ve bir küme içinde bilgisayarlar farklı bir konfigürasyona sahip olabilir (farklı sayıda işlemci, farklı hacimler ve diskler). Küme düğümleri birbirine bağlanır veya geleneksel ağ bağlantıları (Ethernet, FDDI, Fiber Channel) veya standart dışı özel teknolojiler. Bu tür bir intraklastik veya aralıklı bağlantılar, düğümlerin, harici ağ ortamından bağımsız olarak birbirleriyle etkileşime girmesini sağlar. Küme içi kanallarda düğümler sadece bilgi ile iletişim kurar, ancak birbirlerinin verimliliğini de kontrol eder.

Bir kümenin daha geniş bir tanımı var: "Küme, tüm kaynakların merkezi yönetimine sahip olan yüksek bir tamsayı ve paylaşılan bir dosya sistemine sahip olan ve ek olarak, kaynak birikiminde yapılandırma esnekliği ve kolaylık sağlayan yüksek güvenilirliği garanti eden tek bir tamsayı olarak hareket eden bir sistemdir."

Daha önce not edildiği gibi, kümenin ana amacı, parçalanmış bilgisayar veya sunucu grubuna kıyasla yüksek olmaktır - hazır olma düzeyi (aksi takdirde kullanılabilirlik seviyesi - yüksek kullanılabilirlik, HA), yüksek derecelidir. Ölçeklenebilirlik ve uygulama kolaylığı. Sistemin hazırlığını geliştirmek, en uzun süre boyunca kullanıcıya kritik uygulamaların çalışmalarını sağlar. Doğrudan şirketin kar yapma kabiliyetine bağlı olan tüm uygulamaları bir hizmet sunmak veya başka hayati işlevler sağlamak mümkündür. Kural olarak, kümenin kullanımı, sunucunun veya herhangi bir uygulamanın normal şekilde çalışmayı durdurduğunu, kümedeki başka bir sunucu, görevlerinizi gerçekleştirmeye devam etmesini sağlamanızı sağlar. hatalı bir sunucunun rolünü üstlenecek (veya hatalı bir uygulamanın bir kopyasını çalıştıracak) Sistemdeki bir arıza nedeniyle kullanıcı aksama süresini en aza indirmek için.

Hazırlık genellikle ölçülür Toplam iş zamanından itibaren, sistem tarafından çalışma koşullarında geçirilen zaman yüzdesi olarak. Çeşitli uygulamalar, bilgisayar sisteminden farklı hazırlık gerektirir. Sistemin hazırlığı çeşitli yöntemlerle arttırılabilir. Yöntemin seçimi, sistemin maliyetine ve rölanti süresinin işletmesi için maliyete bağlı olarak gerçekleştirilir. Bir kural olarak, çoğunlukla bir arıza meydana gelmesinden sonra boşta bir azalmaya odaklanan oldukça ucuz çözümler vardır. Daha pahalı, sistemin normal işleyişini sağlar ve bileşenlerinden biri veya daha fazlası olsa bile kullanıcılara hizmet verin. Sistem duyulduğunda, fiyatı doğrusal olmayan bir şekilde artmaktadır. Benzer şekilde, desteğinin maliyeti doğrusal değildir. Nispeten düşük maliyetli sistemler, yeterince yüksek düzeyde bir hata toleransı yoktur -% 99'dan fazla değildir (bu, yaklaşık dört gün bir yılda yaklaşık dört gün, işletmenin bilgi yapısının çalışılamaz olması anlamına gelir). Bu, burada önleyici çalışma veya yeniden yapılandırma ile ilgili her iki planlı duruş süresini içerirse bu kadar fazla değildir.

Yüksek Kullanılabilirlik (Hazırlık) çoğu hata oluştuğundan sonra işleyişi çalışmaya veya geri yüklemeye devam edebilecek şekilde bu tür bir çözümü ifade eder. operatör müdahalesi yok. En gelişmiş (ve doğal olarak pahalı) yük devretme çözeltileri, sistemin güvenilirliğinin% 99.999'unu sağlayabilmektedir (yani daha fazla değil. 5 dakika yıllık duruş süresi).

Yansıtılmış disk alt sistemleri (veya RAID disk dizileri) ve arıza toleranslı sistemleri olan tek sunucu sistemleri arasında "Altın Orta" küme çözümleri sağlar. Kullanılabilirlik açısından, hata toleranslı sistemlere yaklaşılamaz daha az maliyetle yaklaşırlar. Bu tür çözümler, yalnızca çok küçük planlanmamış bir aksama süresine izin verilebileceği durumlar için idealdir.

Küme sisteminin başarısız olması durumunda kurtarma özel yazılım ve donanım yönetir. Küme yazılımı, tek bir donanım veya yazılım hatasını otomatik olarak tanımlamanızı, izole edilmesini ve sistemi geri yüklemenizi sağlar. Özel olarak tasarlanmış alt rutinler en çok seçebilir hızlı yol Hizmetlerin performansını sağlamak için iyileşme ve minimum sürede. Arayüz geliştirme ve programlama için yerleşik bir takım aracı yardımı ile, kullanıcı tarafından geliştirilen uygulamalarda ortaya çıkan hataları tespit eden, yalıtkan ve ortadan kaldıran özel programlar oluşturabilirsiniz.

Kümelenmenin önemli bir avantajı ölçeklenebilirlik sağlamaktır. Küme, sistem hesaplama gücünü esnek bir şekilde artırmanıza ve kullanıcıları kesmeden yeni düğümler eklemenizi sağlar. Modern Küme Çözümleri, bir uygulamanın birden fazla sunucuda çalışabileceği ve bilgisayar kaynaklarını kullanabileceği bir sonucu olarak, küme düğümleri arasında otomatik yük dağılımı sağlar. Kümelerde çalıştırılan tipik uygulamalar, şudur:

• veri tabanı;
• kurumsal Kaynak Yönetim Sistemleri (ERP);
• mesaj İşleme ve Posta Sistemleri;
• web ve Web Sunucuları ile İşlem İşleme Araçları;
• müşteriler Etkileşim Sistemleri (CRM);
• dosya ve Yazdırma Ayırma Sistemleri.

Böylece, küme birbirine bağlı birden fazla sunucuyu birleştirir. Özel İletişim Kanalı, Sık sık sistem ağı olarak adlandırılır. Küme düğümleri birbirlerinin performansını kontrol eder ve küme yapılandırması gibi belirli bilgileri değiştirir ve ayrıca ortak sürücüler ve kullanımlarını koordine etmek.

İşlenebilirlik kontrolü Yardım ile uygulandı Özel sinyal kalp atışı. ("nabız"). Bu sinyal küme düğümleri, normal işleyişlerini onaylamak için birbirlerini iletir. Küçük başkan kümelerinde, aynı kanallar, aynı kanallarda veri ile iletilir, özel çizgiler büyük küme sistemlerinde vurgulanır. Küme yazılımı, her bir sunucunun bir "darbe" sinyalini belirli bir zaman aralığında almalıdır - tedavi edilmemesi durumunda, sunucunun çalışmadığı kabul edilir ve küme otomatik olarak yeniden yapılandırılır. Sunucular arasındaki çatışmalar otomatik olarak izin verilirken, bir "Master" sunucusu veya sunucu grubu seçme sorunu, görevi yeni bir küme oluşturmak olan küme başlatıldığında ortaya çıkar.

Küme iletişim kanalının organizasyonu için, sıradan ağ teknolojileri (Ethernet, Token Halkası, FDDI, ATM), Paylaşılan G / Ç Otobüs (SCSI veya PCI), Yüksek Hızlı Fiber Kanal Arabirimi veya Özel CI Teknolojileri (Bilgisayar Bağlantısı), DSSI (Dijital Depolama Sistemi Bağlantısı) veya Hafıza Kanalı.

DSSI arayüzü, sürücülere ve etkileşim sistemlerine kendi aralarında erişmek için tasarlanmıştır. SCSI-2 çoklu uç protokolüne benzer, ancak daha fazla performansa ve bilgisayar etkileşimi düzenleme olasılığına sahiptir. DSSI Kümeleri, sistem güvenilirlik araçlarını, kaynak ayrılmasını, dağıtılmış dosya sistemini ve saydamlığı desteklemektedir. Kontrol ve güvenlik açısından, DSSI kümesi tek bir etki alanı tarafından temsil edilir.

CI arayüzü - 70 Mbps'ye kadar döviz kuruyla çift sıralı lastik. Bilgisayar G / Ç sistemine, belirli bir bilgisayar için güvenilir bir şekilde erişim gereksinimlerine bağlı olarak, hem çift hem de tek bir veri yolu ile tutabilecek akıllı bir kontrolör vasıtasıyla bağlanır. Tüm CI arayüzü iletişim hatları, bir CI integratörüne bağlıdır - düğümler ve küme yapılandırmalarıyla özel bir cihaz izleme bağlantıları.

Hafıza kanalı teknolojisi, bir kümedeki sunucular arasında yüksek hızlı (100 MB / s'ye kadar) mesajlaşma sağlayan oldukça verimli bir iletişim ortamı oluşturmanıza olanak sağlar.

İletişim kanalının hızı için gerekenler, küme düğümlerinin entegrasyon derecesine ve uygulamaların yapısının niteliğine bağlıdır. Örneğin, farklı düğümlerdeki uygulamalar birbirleriyle etkileşime girmez ve disk sürücülerine eşzamanlı erişim yapmazsa, düğümler sadece performanslarını onaylayan kontrol mesajlarıyla birlikte, küme yapılandırmasını değiştirme hakkında bilgi, yani yeni ekler Düğümler, disk hacimlerinin yeniden dağıtılması, vb. Bu değişim, önemli bir aralıksız kaynaklar gerektirmez ve basit bir 10 megabit Ethernet kanalından memnun kalabilir.

Gerçek Küme Yapılandırmaları Çok büyük bir miktar var. Birkaç kümenin birleşimi olan ve hatta ek cihazlarda olan çözümler var. Her seçenek, ilgililerin gereksinimlerini karşılar farklı uygulamalar Ve doğal olarak, hem de uygulamanın maliyeti ve karmaşıklığı açısından farklıdır. Bir yıldız, halka, N-N ve diğerleri gibi kümelerin bu tür topolojisi yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, ne kadar karmaşık ve egzotik kümelenme, iki kriterde nasıl nitelendirilebileceği önemli değil:

Küme düğümlerinin RAM organizasyonu,

Her şeyden önce I / O cihazlarının kullanılabilirliği derecesi.

RAM'e gelince, iki seçenek vardır: tüm küme düğümlerinin bağımsız olması veri deposuYa da ortak bir paylaşılan hafızaya sahipler. Küme G / Ç cihazlarının kullanılabilirliği derecesi, esas olarak paylaşılan disklerle harici bellek kullanma olasılığı ile belirlenir ve bu, herhangi bir düğümün paylaşılan disk alanı sistemine şeffaf erişime sahip olduğu anlamına gelir. Paylaşılan disk alt sistemine ek olarak, yerel diskler küme düğümlerinde yerel disklere sahip olabilir, ancak bu durumda, çoğunlukla işletim sistemini düğüme yüklemek için kullanılır. Böyle bir küme, farklı küme düğümlerinden dosyalara yazarken çakışmaları ortadan kaldırmak için dağıtılmış bir kilit yöneticisi, DLM adlı özel bir alt sistemi olmalıdır. DLM olmadığı sistemlerde, uygulamalar aynı verilere paralel olarak çalışamazlar ve varsa toplam disk belleği, belirli bir noktada düğümlerden birine atanır.

Harici belleğe eşzamanlı erişimi desteklemeyen kümelerde, tüm düğümler tamamen özerk sunuculardır.İki düğüm durumunda, disklerdeki paylaşılan belleğe erişim, ayrılmış G / Ç veriyolu kullanılarak gerçekleştirilir (Şekil 1). Her düğüm için, böyle bir lastik bir disk dizisinde uçlanır. İstediğiniz zaman, yalnızca bir düğüm paylaşılan bir dosya sistemine sahiptir. Sunuculardan biri başarısız olursa, otobüsün üzerinde kontrol edin ve ayrılan diskler başka bir düğüme gelir.

İncir. 1. İki düğümün bir küme oluşturun.

Kendi kaynakların yalnızca bir kısmının kritik uygulama güvenilirliğini gerçekleştirmek için dahil olduğu entegre bir bilgi sistemine sahip şirketler için, aktif bir yedekleme kümesi oluşturmak için bir şema (Şekil 2) uygulanabilir. Böyle bir sistemde, en basit durumda, en önemli uygulamaları uygulayan bir etkin sunucu ve daha az sorumlu görevleri çözen bir yedekleme makinesini içerir. Active sunucu başarısız olursa, tüm uygulamaları otomatik olarak yedeklemeye aktarılır, burada daha düşük önceliğe sahip uygulamaların çalıştığında. Bu yapılandırma, kritik uygulamaların çalışmalarındaki yavaşlamayı hariç tutmanıza izin verir - kullanıcılar sadece herhangi bir değişiklik fark etmeyecek (bu şemanın özel bir durumu - Yedekleme sunucusunun herhangi bir yük taşımadığı "pasif - yedek" yapılandırması) bekleme modunda).

İncir. 2. "Active - Reserve" tipi bir küme oluşturmak.

Aynı zamanda, seçilen tüm uygulamalar küme sunucuları tarafından yürütmeyi de içeren bir konfigürasyon "Aktif - Aktif", aynı yüksek önceliğe sahip olan, yedekleme sunucusunun hesaplamalı kaynakları günlük işlerde kullanılıyor. Bu yaklaşımın avantajı, kullanıcının bertaraf edilmesinde, son derece erişilebilir bir sistem (sunucu çoğaltılır) ve aynı zamanda tüm küme hesaplama kaynaklarını kullanabilmektir. Bu, tek bir bilgisayar gücü ünitesine atıfta bulunan sistemin toplam maliyetini azaltır. Başarısızlık durumundaki uygulamalar, çalışma dışı makinelerden kalanlara aktarılır, bu da elbette genel performansı etkiler. "Aktif - aktif" kümeler yalnızca, yalnızca Office İşi Destek Türü türünün düşük öncelikli görevlerinin başlatılamadığı özel sistemler olarak bulunabilir. Ek olarak, aktif bir yedekleme sunucusuyla kümeler oluştururken, kendi bireysel diskleriyle tamamen yinelenen sunuculara sahip olabilirsiniz. Aynı zamanda, verileri ana sunucudan yedeklemeye sürekli kopyalamak gerekir - bu, bir arıza durumunda, yedekleme sunucusunun doğru verilere sahip olmasını sağlar. Veriler tamamen çoğaltıldığından, istemci, benzer bir kümede yük dengeleme hakkında konuşmanıza olanak sağlayan herhangi bir sunucuya erişebilir. Ek olarak, böyle bir kümein düğümleri coğrafi olarak ayrılabilir, bu da felakete dayanıklı konfigürasyon yapar. Bu yaklaşım çok yüksek bir kullanılabilirlik sağlar, ancak aşağıdaki dezavantajlara sahiptir:

Verileri sürekli kopyalama ihtiyacı (bu, bilgisayar ve ağ kaynaklarının bir kısmı, senkronizasyonda sürekli harcayacağı anlamına gelir);

Kümenin içindeki sunucular arasındaki en hızlı ağ arayüzü bile, sonuçta bir sunucu başarısız olursa, diskteki tüm işlemlerin ikinci sunucu diskine yansıyan tüm işlemleri göstermeyen bilgilerin iletilmesindeki gecikmeleri dışlamaz.

Bir kümede kaynakların ayrılması olmadan (Şek. 3) Sunucular bir disk dizisine bağlanır, ancak bunların her biri kontrol eder. disk kümesiyle. Düğümlerden birinde bir arıza durumunda, kalan sunucu disklerinin kontrolünü üstlenir. Bu yöntem, sunucular arasındaki sabit veri senkronizasyonu ihtiyacını ortadan kaldırır ve böylece ek bilgi işlem ve ağ kaynaklarını serbest bırakır. Ancak bu yapılandırmada, diskler tek bir başarısızlık noktası haline gelir, bu nedenle bu durumda, RAID teknolojisi kullanılarak sürücüler kullanılır.

İncir. 3. Paylaşılan kaynaklar olmadan bir küme oluşturmak.

Sistemlerde tam kaynak ayrımı ile (Şek. 4) Kümedeki tüm sunucular aynı diske eşzamanlı olarak erişebilir. Bu yaklaşım, bir ortama çoklu erişim sağlayan özenle geliştirilmiş bir yazılımın varlığını ifade eder. Önceki durumda olduğu gibi, buradaki diskler tek bir başarısızlık noktası olabilir, bu nedenle RAID dizilerinin kullanılması da arzu edilir. Bu düzenlemede, sunucular arasındaki sabit veri senkronizasyonu ihtiyacını ortadan kaldırır. Böylece, ek bilgi işlem ve ağ kaynakları serbest bırakılır.

İncir. 4. Paylaşılan kaynaklarla bir küme oluşturmak.

Bir küme tarafından yürütülen tüm program koşulsal olarak çeşitli kategorilere ayrılabilir. Herhangi bir küme düğümünde, neredeyse geleneksel programı çalıştırabilirsiniz. Ayrıca, bir ve aynı program farklı küme düğümlerinde çalıştırılabilir. Bununla birlikte, programın her bir kopyası kendi kaynağını (dosya sistemi) kullanmalıdır, çünkü dosya sistemi belirli bir düğümle sabitlenir. Kümeler için olağan yazılıma ek olarak, gerçekten küme uygulamaları olarak adlandırılır. Bu tür programlar küme düğümleri aracılığıyla ve programın farklı düğümlerde faaliyet gösteren bölümleri arasında dağıtılır, etkileşim düzenlenir. Gerçek küme programları, kümedeki yükü paraleldir. Bir ara konumda bir kümede çalışmak üzere tasarlanmış uygulamaları işgal eder. Gerçek küme programlarından farklı olarak, onlarda açık paralellik ile kullanılmaz; Aslında, program her zamankidir, ancak esas olarak kaynakların göçüyle ilişkilendirilen kümenin bazı olanaklarını kullanabilir.

Microsoft platformlarındaki tüm küme çözümleri, öncelikle ekipman ve yazılım hatalarını mücadele etmek için yönlendirilir. Özel yazılım, sunucuları kümelerdeki birleştiren bir şeydir. Birçok modern kurumsal uygulama ve işletim sistemi dahili kümeleme desteğine sahiptir, ancak klonun kesintisiz işleyişi ve şeffaflığı, yalnızca orta seviyede özel seviyeyi garanti edebilir. Bu sorumludur:

Tüm sunucuların koordineli çalışmaları için;

Çatışma sisteminde ortaya çıkan izin için,

Başarısızlıktan sonra kümenin oluşumunu ve yeniden yapılandırılmasını sağlar;

Küme düğümleri ile yük dağıtımı sağlar;

Kullanılan sunucuların kullanılmasını mevcut düğümlerde (Yük Devretme - Geçiş Prosedürü) çalıştırılmasını kabul eder;

Donanım ve yazılım ortamlarının durumunu izler;

Yeni donanım mimarisine ön adaptasyon olmadan kümedeki herhangi bir uygulamayı çalıştırmanızı sağlar.

Küme yazılımı tipik olarak önceden belirlenmiş birkaç sistem kurtarma komut dosyasına sahiptir ve ayrıca yöneticiye bu senaryoları yapılandırma yeteneğini de sağlayabilir. Arızalardan sonra geri kazanımlar, bir bütün olarak düğüm için bir bütün olarak ve bireysel bileşenler için - uygulamalar, disk hacimleri vb. İçin desteklenebilir. Bu işlev bir sistem arızası durumunda otomatik olarak başlatılır ve eğer için yönetici tarafından da çalıştırılabilir. Örnek, yeniden yapılandırma için düğümlerden birini devre dışı bırakılmalıdır.

Modern Bilgi İşlem Sistemlerinde Küme Çözümleri Artan güvenilirlik ve hızın yanı sıra, birkaç ek gereklilik sunulur:

Sistemin tek bir dış temsili sağlamaları gerekir,

Yüksek hızlı yedekleme ve veri kurtarma,

Veritabanına paralel erişim,

Yükü acil durum düğümlerinden servise kadar aktarma olanaklarına sahip olmak,

Yüksek düzeyde hazırlık yapılandırma araçlarına sahip olun, bir kazadan sonra kurtarmayı garanti eder.

Tabii ki, aynı anda aynı verilere başvuran birkaç küme düğümünün kullanılması, yedeklemenin karmaşıklığını ve daha sonra bilgilerin geri kazanılmasını arttırır. Acil durum düğümünden servisine yük aktarımı, küme kaynaklarının optimum kullanımına tabi olan uygulamaların sürekli uygulanmasını sağlamak için ana mekanizmadır. Etkili için İşbirliği Küme sistemleri ve DBMS sistemi dağıtılmış Kilit Yöneticisi, farklı küme düğümlerinden istenen sıra istendiğinde veritabanında tutarlı bir değişiklik sağlar. Küme konfigürasyonunun, aynı anda yüksek kullanılabilirlik sağlanmasıyla yapılandırılması oldukça karmaşık bir işlemdir (bu, bunlar, bunların veya diğer uygulamaların küme acil durum düğümlerinden iyice aktarıldığı kuralların belirlenmesinin karmaşıklığından kaynaklanmaktadır). Küme sistemi, uygulamaları bir küme düğümünden diğerine kolayca aktarmanıza ve başka bir düğümde acil bir uygulamayı geri yüklemenize izin vermekle yükümlüdür. Sistemin sistemin bir küme sistemi ile çalıştığını bilmesi gerekmez, bu nedenle küme tek bir bilgisayara benzemelidir. Tüm düğümler, tek bir IP adresi ve tek bir sistem çekirdeği için tek bir dosya sistemi olmalıdır.

En güvenilir dağıtılmış Kümeler. Bir yangın, deprem, sel veya teröristlerin saldırısı varsa, en güvenilir sistemler bile başarısız olabilir. Küresel bir modern işletme ölçeğiyle, bu tür olaylar zarar vermemelidir, bu nedenle küme (veya gerekir) dağıtılabilir.

Tüm sunumcular bilgisayar şirketleri (Compaq, Dell, Hewlett-Packard, IBM, Sun Microsystems) kendi küme çözümlerini sunar. Unix-Küme Segmentinde lider pozisyonlar, DB2 veritabanını aktif olarak tanıtan IBM alır, Güneş Güneş Kümesi çözümünü aktif olarak teşvik eder. En aktif oyunculardan biri (her ikisi de kümeler için sertifikalandırılmış platform sayısı ile ve küme çözümlerinin çeşitliliği tarafından), bir bölüm veya uzak dal için Windows platformlarında pratik olarak tam bir kümelenme sunan Compaq Corporation'ı tanır, Şirket altyapısı ve büyük merkezlerdeki uygulamalar için. Veri işleme. Compaq Truecluster Server Küme Çözümü, şirketlerin bu tür teknolojiye yönelik mevcut gereksinimleri en üst düzeye çıkarır. Yeni yazılım, örneğin, birlikte ilişkili birden fazla sunucuda bir veritabanı oluşturmasını sağlar. Böyle bir derneğin ihtiyacı, örneğin, büyük bir kap gerekirse, ancak işlemleri başka bir küme sunucusuna aktarılarak elde edilen sunucuda bir arıza durumunda boşta kalan zamanını azaltmanız gerekir. Bu, donanım platformlarının maliyetini önemli ölçüde azaltmanıza olanak tanır ve nispeten küçük işletmeler için bile ekonomik olarak düşük maliyetli standart mimari sunuculardan bina kümelerini ekonomik olarak haklı çıkarmanıza olanak sağlar. Compaq ve Oracle, daha ölçeklenebilir, yönetilen, güvenilir ve uygun maliyetli bir küme veritabanı platformu oluşturacak teknoloji ve işte aktif olarak işbirliği yapıyor. Buna ek olarak, Oracle, Dell ve Sun Microsystems ile işbirliği yapmaya başladı; bu da müşterilere Oracle Clustering ile çalışan yeni yapılandırılmış ve test edilmiş sistemler sunar. Örneğin Dell, Windows ve Linux ile test edilmiş sunucularda küme yazılımı sağlar.

Kurumsal sistem pazarında kümeler, anahtar rollerinden birini oynar. Çoğu durumda, küme çözümlerinin basit bir alternatifi yoktur. Gerçek yüksek kullanılabilirlik ve küme bilgi sistemlerinin geniş ölçeklenebilirliği, giderek daha karmaşık görevleri başarıyla çözmelerine izin verir ve artan ihtiyaçlarıyla, platformun hesaplama gücünü kabul edilebilir bir maliyet tabanlı işletmelerle artırmak kolaydır.

Küme (bilgisayar grubu)

Yük dağıtım kümeleri

Eylemlerinin prensibi, taleplerin geri kalan, bilgi işlem düğümlerine işleme yönlendiren bir veya daha fazla giriş düğümü aracılığıyla dağıtımına dayanır. Bununla birlikte, böyle bir kümenin ilk amacı üretkenliktir, ancak güvenilirliği artıran yöntemler de bunlarda kullanılır. Benzer yapılar sunucu çiftlikleri denir. Yazılım (yazılım) hem ticari (OpenVMS, MOSIX, Platform LSF HPC, Solaris Kümesi, Moab Küme Süit, Maui Küme Zamanlayıcısı) ve ücretsiz (OpenMosix, Sun Grid Motor, Linux sanal sunucusu) olabilir.

Hesaplama kümeleri

Kümeler, özellikle bilimsel araştırmalarda hesaplamalı amaçlarla kullanılır. Hesaplama kümeleri için, önemli göstergeler, işlemcinin yüzen nokta numaralarının (floplar) üzerindeki operasyonlarda yüksek performansı ve birleştirme ağının düşük gecikmesi ve daha az anlamlı - veritabanları ve Web için daha önemli olan G / Ç işlemlerinin hızıdır. Hizmetler. Hesaplama kümeleri, tek bir bilgisayara kıyasla, tek bir bilgisayara kıyasla hesaplama süresini azaltmayı mümkün kılar, görevi bağlayıcı veriler tarafından değiştirilen paralel dallara ayırır. Tipik konfigürasyonlardan biri, üzerine kurulu olan halka açık bileşenlerden toplanan bir dizi bilgisayardır. işletim sistemi Linux ve ilgili Ethernet, Myrinet, InfiniBand Ağı veya nispeten ucuz ağlar. Bu sistem Beowulf kümesi olarak adlandırılacak olan gelenekseldir. Özellikle yüksek performanslı kümeleri ayırın (İngilizce kısaltma ile gösterilir) HPC Küme. - Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Kümesi). En güçlü yüksek performanslı bilgisayarların listesi (ayrıca kısaltmadan da belirtilebilir) HPC.) Dünyanın Sıralamasında Top500'teki bulabilirsiniz. Rusya, BDT'nin en güçlü bileşenlerinin bir derecesine sahiptir.

Dağıtılmış Bilgi İşlem Sistemleri (Izgara)

Bu tür sistemler kümeler olarak kabul edilmez, ancak prensipleri büyük ölçüde küme teknolojisine benzer. Ayrıca ızgara sistemleri de denir. Ana fark, her bir düğümün düşük kullanılabilirliğidir, yani işlemini belirli bir noktada belirtilen bir noktada (düğümler bağlanır ve işlem sırasında bağlantısı kesilemez), bu nedenle görev bağımsız bir dizi işlemlere ayrılmalıdır. birbirinden. Böyle bir sistem, kümelerin aksine, tek bir bilgisayara benzer değildir ve basitleştirilmiş hesaplamaların dağılım aracı olarak hizmet eder. Yapılandırma kararsızlığı, bu durumda, çok sayıda düğüm ile telafi edilir.

Küme sunucuları programsal olarak düzenledi

Küme sistemleri, en hızlı listede layık bir yere, fiyatta önemli ölçüde kazanır. Temmuz 2008'de, Top500 derecesinin 7. yeri SGI ALTIX ICE 8200 Küme (Chippewa Falls, Wisconsin, ABD).

Süper bilgisayarlara nispeten ucuz bir alternatif, özgür yazılıma dayalı sıradan ucuz bilgisayarlardan inşa edilen Beowulf kavramlarına dayanan kümelerdir. Böyle bir sistemin pratik örneklerinden biri, Stone SouperBomputer (UAC Ridge, Tennessee, ABD,).

Özel kişiye (1000 işlemciden) ait en büyük küme John Koza (John Koza) tarafından yaptırılmıştır.

Tarih

Küme oluşturma tarihi, bilgisayar ağları alanındaki erken gelişmelerle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bilgisayarlar arasında yüksek hızlı iletişimin ortaya çıkmasının nedenlerinden biri, bilgisayar kaynaklarını birleştirmek için umutlar haline geldi. 1970'lerin başında TCP / IP Protokolü Geliştirme Ekibi ve Xerox Parc Laboratuvarı, ağ etkileşimi standartları atanmıştır. HYDRA işletim sistemi ("hydra"), bu bazda oluşturulan Aralık tarafından yapılan PDP-11 bilgisayarları için belirdi, küme C.MPP (Pittsburgh, PCS. Pennsylvania, ABD,) olarak adlandırıldı. Bununla birlikte, yalnızca şehrin yakınında, mekanizmalar oluşturuldu ve çoğu zaman, çoğu zaman Bunlar Bunlar SUNOS (BSD tabanlı işletim sistemi Sun Microsystems'ten) geliştiriyordu.

İlk ticari küme projesi, DataPoint tarafından karda yaratılan Arcnet idi, o yapmadı ve dolayısıyla, CRACE'ün VAX / VMS işletim sistemine dayanarak VaxCluster'ı inşa ettiğinde kümelerin inşaatı, şehirden önce gelişmedi. Arcnet ve VaxCluster, yalnızca ortak hesaplamalar için değil, aynı zamanda dosya sisteminin ve çevresinin paylaşılmasını, verilerin bütünlüğünün ve benzersizliğinin korunmasını dikkate alarak tasarlanmıştır. VaxCluster (Şimdi VMSCluster adlı) - AP OpenVMS işletim sisteminin alfa ve itanium işlemcileri kullanılarak ayrılmaz bir bileşenidir.

Tanıma alan iki erken küme ürünü, Tandem Hymalaya (, HA sınıfı ve IBM S / 390 paralel Sysplex (1994) bulunur.

Sıradan kişisel bilgisayarlardan gelen kümeler tarihi, paralel sanal makineyi projeyi büyük ölçüde gereklidir. Bu yazılımda, sanal bir süper bilgisayardaki bilgisayarları birleştirmek için, anlık oluşturma kümeleri olasılığını açtı. Sonuç olarak, tüm ucuz kümelerin toplam performansı, daha sonra "ciddi" ticari sistemlerin kapasitelerinin toplamını ele geçirdi.

American Aerospace Agency (NASA) kentinde, bir veri ağı ile birleşmiş ucuz kişisel bilgisayarlara dayalı kümeler oluşturma, daha sonra bu prensibin temelinde, Beowulf kümelerinin geliştirilmesi. Bu tür sistemlerin başarıları, UNIX'in oluşturulmasından bu yana var olan ızgara ağlarının geliştirilmesini zorladı.

Yazılım

Aşırı bir etkileşimi organize etmek için yaygın olarak yaygın bir araç, Dilleri ve Fortran'ı destekleyen MPI kütüphanesidir. Örneğin, MM5 hava durumu modelleme programında kullanılır.

Solaris işletim sistemi, Solaris'i çalıştıran sunucuların yüksek kullanılabilirliğini ve kullanıcının kesilmesini sağlamak için kullanılan Solaris Küme Yazılımı sağlar. OpenSolaris için bir gerçekleştirme var açık kaynak başlıklı Opensolaris ha kümesi..

Birden fazla program GNU / Linux kullanıcıları arasında popülerdir:

• dISTCC, MPICH, vb. - Paralelleştirme programları için özel araçlar. DISTCC, GNU derleyici koleksiyonunda paralel derlemeye izin verir.
• Linux Sanal Sunucusu, Linux-Ha - Düğüm yazılımı, bilgi işlem sunucuları arasında sorguları dağıtmak için.
• Mosix, OpenMosix, Kerrighed, OpenSSI - Çekirdekte yerleşik tam özellikli küme ortamları, homojen düğümler arasındaki görevleri otomatik olarak dağıtıyor. Openssi, OpenMosix ve Kerrighed Oluştur düğümler arasında.

Küme mekanizmalarının 2003 yılında FreeBSD 4.8'den dallanmış Dragonfly BSD çekirdeğine gömülmesi planlanmaktadır. Uzaktaki planlarda ayrıca tek bir işletim sisteminin Çarşamba.

Microsoft, Windows işletim sistemi için bir ha kümesiyle üretilir. Dijital ekipmanlar şirket teknolojisine dayandığına inanılıyor, bir kümedeki 16'ya (2010'dan beri) düğümlerin yanı sıra SAN ağı üzerinde (depolama alanı ağı) çalıştığına inanılmaktadır. API seti, dağıtılmış uygulamaları desteklemek için kullanılır, kümede iş sağlayamayan programlarla çalışmak için boşluklar vardır.

Haziran 2006'da piyasaya sürülen Windows Compute Cluster Server 2003 (CCS), Küme Bileşimi gerektiren ileri teknoloji uygulamaları için tasarlanmıştır. Yayın, bir süper bilgisayar kapasitesine ulaşmak için bir kümede toplanan çeşitli bilgisayarlarda dağıtım için tasarlanmıştır. Windows Sickute Cluster sunucusundaki her küme, görevleri ve ana işlemi gerçekleştiren birkaç alt makineyi dağıtan bir veya daha fazla kontrol makinesinden oluşur. Kasım 2008'de, Windows HPC Server 2008, Windows Compute Cluster Server 2003'ü değiştirmek için tasarlanmıştır.

Bölüm 29 "Yönetimi Akıllı Sistemler"

Özet konuda:

Küme Sistemleri

Yapıldı:

Öğrenci grubu K9-292.

Popov I.A.

Moskova 2001.

1. Giriş

2. Modern paralel bilgisayarların temel sınıfları

3. Paralel bilgisayarların küme mimarisi

4. Küme sistemleri oluşturmanın hedefleri

5. Yük Devretme Kümeleri

6. Yüksek Performanslı Kümeler

7. PROJE BEOWULF.

8. Sonuç

9. Edebiyat

Giriş

Çok İşlemci Bilgi İşlem Sistemlerinin Geliştirilmesi

Geleneksel mimarilerin, SMP, MPP, vektör paralel sistemleri gibi bilgisayar sistemlerinin yapımı için geliştirilmesi oldukça hızlı bir şekilde gider. Verimlilik artışı, güvenilirlik ve hata toleransı artar. Bununla birlikte, bu mimarilerin bir dezavantajı vardır - yaratılan sistemlerin maliyeti, bazen bu tür sistemlerin birçok kullanıcısı için erişilemez - eğitim ve araştırma organizasyonları. Bu tür verimlilik artış oranlarını sağlamak için gerekli olan sistemin donanım ve yazılım bileşenlerinin komplikasyonu nedeniyle çok yüksektir. Bununla birlikte, hesaplamalı kaynaklara olan ihtiyaç şu anda birçok bilimsel ve pratik faaliyet alanlarında çok yüksektir ve geleneksel süper bilgisayar sistemlerinin kaynaklarından yoksundur.

Küme sistemleri, bilgi işlem kaynağının eksikliği sorunu için daha ucuz bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır ve mimarlıklarında, donanımlarında yaygın ve nispeten ucuz teknolojilerin kullanımına dayanır. yazılım, PC, Ethernet, Linux, vb. Küme sistemlerinde kitle teknolojisinin kullanımı, merkezi işlemciler, işletim sistemleri, iletişim ortamı gibi geleneksel bilgi işlem sistemlerinin bileşenlerinin geliştirilmesinde önemli ilerleme nedeniyle mümkün olmuştur.

Küme sistemleri mimari olarak olduğundan, kitle paralellik MPP'li sistemlerin geliştirilmesi, gelişmelerindeki ana rol ağ teknolojileri alanında ilerlemektedir. Bugüne kadar, ucuz, ancak etkili iletişim çözümleri ortaya çıktı. Bu, küme bilgisayar sistemlerinin hızlı görüntüsünü ve gelişimini önceden belirten. Diğer faktörler ayrıca küme sistemlerinin gelişmesinin ilerlemesine katkıda bulunmuştur.

Intel işlemcilere dayanan kişisel bilgisayarların performansı son yıllarda da önemli ölçüde artmıştır. Bu tür bilgisayarlar, daha pahalı ve güçlü RISC işlemcilere dayanan iş istasyonlarına ciddi bir rekabet yaratmaya başladı. Aynı zamanda, Linux OS - Ücretsiz olarak dağıtılan UNIX sürümünün ücretsiz popülaritesini elde etmeye başladı. Aynı zamanda, çoğu küme sisteminin geliştirdiği bilimsel kuruluşlarda ve üniversitelerde, bir kural olarak, Linux işletim sisteminde uzmanlar vardır.

Tarihte küme sistemlerinin yüksek derecesi gelişimi, dünyanın en güçlü süper bilgisayarı listesinde Top500 - 11 küme kurulumunun listelendiği gerçeğini göstermektedir.

Modern paralel bilgisayarların temel sınıfları

Küme sistemleri paralel sistemlerin gelişimidir. Küme sistemlerinin yerini başka türlü paralelli mimariler arasında yapmak için, sınıflandırmalarını vermeniz gerekir. Paralel sistemler çeşitli kriterler tarafından sınıflandırılabilir.

Bir donanım açısından, paralel bilgisayarların sınıflandırılması için ana parametre, genel (SMP) veya dağıtılmış hafızanın (MPP) kullanılabilirliğidir. SMP ile MPP arasındaki ortalama bir şey, hafızanın fiziksel olarak dağıtıldığı, ancak mantıksal olarak erişilebilir olduğu Numa mimarisidir.

Simetrik Çok İşlemci Sistemleri

SMP Sistem, birkaç homojen işlemcinin ve genel bir hafıza dizisinden oluşur. Sık kullanılan SMP yaklaşımlarından biri, ölçeklenebilir, bir kamu hafızası sisteminin oluşumuna yaklaşır, ölçeklenebilir bir bellek işlemci kanalı düzenleyerek tek tip bir bellek erişim kuruluşundan oluşur:

Her hafıza erişimi işlemi işlemci belleği veriyolu üzerinden bir işlem olarak yorumlanır. Önbellek tutarlılığı donanım tarafından korunur.

SMP'de, her işlemcinin en az bir önbellek belleği (ve belki birkaç) sahiptir.

SMP sisteminin birkaç eşit işlemcili bir bilgisayar olduğu söylenebilir. Her şey bir örnektedir: bir hafıza, bir G / Ç alt sistemi, bir işletim sistemi. "Eşit" kelimesi, her işlemcinin diğer her şeyi yapabileceği anlamına gelir. Her işlemcinin tüm belleğe erişimi vardır, herhangi bir giriş / çıkış işlemini gerçekleştirebilir, diğer işlemcileri, vb.

Bu mimarinin dezavantajı, kanal işlemcisi işlemcilerinin çok yüksek bant genişliği ile örgütlenme ihtiyacıdır.

Büyük paralel sistemler

Masif paralel MPP sistemi, aşağıdakileri içeren homojen bilgi işlem düğümlerinden oluşur:

• bir veya daha fazla merkezi işlemciler (genellikle risc)
• yerel hafıza (diğer düğümlerin hafızasına doğrudan erişim imkansızdır)
• İletişim İşlemcisi veya Ağ Adaptörü
• sabit sürücüler ve / veya / in / in / in diğer cihazlar

Sisteme özel G / Ç bileşenleri ve kontrol düğümleri eklenebilir. Düğümler bazı iletişim ortamları (yüksek hızlı ağ, anahtar vb.) İle ilişkilidir.

Numa hafızasına düzgün olmayan erişimli sistemler

Numa (nüfuzlu olmayan hafıza erişimi) Paylaşılan bellek mimarisinin normal SMP'sinin aksine, her biri kendi önbelleğine ek olarak, yerel belleğe sahip olan birkaç ayrı işlemcidir:

Böyle bir mimaride, işlemci ve bellek modülleri yakından bütünleşmiştir, bu nedenle yerel belleğe erişim hızı "bitişik" işlemcinin hafızasından çok daha yüksektir. G / Ç alt sistemleri, her düğümün bir parçası olabilir veya seçilen G / Ç düğümlerinde konsolide edilebilir. Önbellek tutarlılığı sistem boyunca tutulursa, bu tür bir mimari CC-NUMA olarak adlandırılır.

Numa sistemini tanımlamanın, büyük bir SMP sistemi sunan, çeşitli parçalara ayrılan bu parçalar, sistem lastiklerine bağlı iletişim otoyoluyla ilişkilendirilir ve her bölüm, kendi temel belleğini ve bir giriş / çıkış alt sistemini içerir. Bu numa: Büyük SMP, daha küçük ve basit bir smps kümesine ayrıldı. Ana problem numa, önbellek tutarlılığını sağlamaktır. Ekipman, tek bir dev hafızada olduğu gibi sistemin bileşenlerinin (genellikle düğümler) ana hafızasının tüm ayrı cihazlarıyla çalışmanızı sağlar.

Küme mimarisi

Bu sınıflandırmada bilgisayar sistemlerinin küme mimarisinin yerini düşünün.

Küme, tek bir kaynak olarak kullanılan bağlanmış bir tam teşekküllü bilgisayar setidir. "Tam teşekküllü bir bilgisayar" kavramı altında, işlemciler, bellek, G / Ç alt sisteminin yanı sıra işletim sistemi, alt sistemler, uygulamalar vb. Dahil, işlemleri için gerekli olan her şeye sahip tam bir bilgisayar sistemidir. Genellikle, SMP mimarisine sahip olabilecek kişisel bilgisayarlar veya paralel sistemler, bunun için uygundur. Kümeler zayıf kayıp sistemlerdir, düğüm bağlantıları, otobüs mimarisi veya şalter temelinde standart ağ teknolojilerinden biri (Hızlı / Gigabit Ethernet, Myrinet) tarafından kullanılır. Bu nedenle, MPP mimarisi modifikasyonunun yapımında daha ucuzdurlar.

Paralel bilgisayarların kümelenmiş mimarisi

Genel İlkeler

Daha önce de belirtildiği gibi, hesaplama kümesi, kullanıcı için tek bir kaynak olarak gönderilen bir görevi çözmek için belirli bir ağ içinde birleştirilmiş bir bilgisayar kümesidir (Şekil 3). Böyle bir küme kavramı, ilk önce 80'lerin başındaki Kurumsal Dijital Ekipmanlarda önerildi ve uygulandı, bu günün bu teknolojiyi geliştirdi.

"Birleşik Kaynak" kavramı, size çalışanların bir küme olduğu tek bir varlık olduğunu varsaymak için kullanıcılar, yöneticiler ve uygulama programları için fırsat veren yazılımın kullanılabilirliği anlamına gelir. Örneğin, küme paketi işleme sistemi, küme işleme için bir görev göndermenize olanak sağlar ve bazı ayrı bir bilgisayar değil. Daha karmaşık bir örnek veritabanı sistemleridir. Neredeyse tüm veritabanı sistemlerinin üreticileri, birkaç küme makinesinde paralel modda çalışan versiyonlara sahiptir. Veritabanını kullanan uygulamanın bir sonucu olarak, çalışmalarının nerede yapıldığını ilgilendirmez. DBMS, paralel eylemi senkronize etmekten ve veritabanının bütünlüğünü korumaktan sorumludur.

Küme oluşturan bilgisayarlar, küme düğümleri denilen küme düğümleridir - her zaman nispeten bağımsızdır, bu, herhangi birinin önleyici iş yürütmek veya tüm kümelenmenin performansını bozmadan ek ekipman yüklemeye izin verir.

Kümedeki hesaplama düğümleri olarak, tek işlemci kişisel bilgisayarlar genellikle iki veya dört işlemci SMP sunucusu kullanılır. Her bir düğüm, standart işletim sistemleri tarafından en sık kullanılan işletim sisteminin kopyasını çalıştırıyor: Linux, NT, Solaris, vb. Düğümlerin bileşimi ve gücü aynı küme içinde bile değişebilir ve homojen olmayan sistemler oluşturma yeteneğine izin verebilir. Belirli bir iletişim ortamının seçimi birçok faktörle belirlenir: çözülmüş görevler sınıfının özellikleri, daha sonra küme genişlemesine ihtiyaç duyulması, vb. Bir dosya sunucusu gibi yapılandırmada uzman bilgisayarları etkinleştirmek mümkündür ve kural olarak, kümeden internet üzerinden uzaktan erişim imkanı sağlanır.

Küme sistemlerinin mimarisinin tanımından çok geniş bir sistem yelpazesi içerdiğini izler. Aşırı noktalar göz önüne alındığında, küme, yerel 10 megabit ağ Ethernet ve SANDIA Ulusal Laboratuvarı'ndaki CPLTant Projesi'nin bir parçası olarak oluşturulan bilgi işlem sistemi ile bağlı bir PC olarak kabul edilebilir: bir ile ilişkili alfa işlemcilerine dayanan 1400 iş istasyonu Yüksek hızlı myrinnet ağı.

Böylece çok sayıda farklı küme inşaat seçeneği olduğu görülebilir. Aynı zamanda, kullanılan iletişim teknolojileri ve standartları küme mimarisinde büyük önem taşıyor. Bunlar, bu teknolojilere dayanarak inşa edilen kümelerin kullanılabileceği görevlerin aralığını belirler.

Bina kümeleri için iletişim teknolojileri

Kümeler, hem uzmanlaşmış yüksek hızlı veri iletim lastiklerine dayanarak hem de kütle ağ teknolojilerine dayanarak durabilir. Toplu iletişim standartları arasında şimdi en sık, Ethernet ağı veya daha fazlası tarafından üretken seçeneğinden daha fazla kullanılıyor - anahtarlar temelinde bir kural olarak Hızlı Ethernet. Bununla birlikte, Hızlı Ethernet içindeki mesajları göndermek için büyük genel gider raporları, böyle bir küme üzerinde etkili bir şekilde çözülebilecek görevler yelpazesi üzerinde ciddi kısıtlamalara neden olur. Bir küme mükemmel performans ve çok yönlülük gerektiriyorsa, daha fazla hız ve uzman teknolojileri kullanmak gerekir. Bunlar, SCI, Myrinet, Klan, Sunucusu vb. İçerir. Bu teknolojilerin karşılaştırmalı özellikleri
Tablo 1.

			Sunucu.	Hızlı internet
Gecikme (MPI)
Bant Genişliği (MPI)				180 MB / c
Bant Genişliği (Donanım)	400 MB / c	160 MB / c	150 MB / c		12.5 MB / c
Uygulama MPI		HPVM, MPICH-GM, vb.

Tablo 1.

Küme sistemlerinde iletişim ağlarının performansı birkaç sayısal özellik ile belirlenir. Ana özellikler iki: gecikme - iletişim kanalları yoluyla bilgi aktarım hızını belirleyen mesajları ve ağ bant genişliğini gönderirken ilk gecikme süresidir. Aynı zamanda, standart olarak, örneğin MPI uygulama düzeyinde, kullanıcı uygulamaları düzeyinde gerçekleştirilen, standart olarak belirtilen pek çok tepe özelliği yoktur. Özellikle, bir mesaj gönderme kullanıcısı tarafından meydan okuduktan sonra, mesaj, işlemciyi terk etmeden önce, yazılım organizasyonunun ve ekipmanının özellikleri tarafından belirlenen bir dizi katman setinden geçer - bu nedenle önemli bir zamanlama vardır. gecikme değerleri standartları. Gecikme varlığı, ağ üzerinden maksimum transfer oranının küçük bir uzunlukta mesajlarda elde edilemeyeceği gerçeğine yol açar.

Hızlı Ethernet ve Ölçeklenebilir Tutarlı Arabirim (SCI) teknolojisi içindeki ağ üzerinden veri iletimi hızı mesaj uzunluğuna bağlıdır. Hızlı Ethernet için, çok çeşitli gecikmeci karakterizedir - 160-180 μs, SCI gecikmesi yaklaşık 5.6 μs'lik bir değerdir. Bu aynı teknolojiler için maksimum transfer hızı sırasıyla 10 MB / C ve 80 MB / s.

Küme sistemleri oluşturmak için hedefler

Küme sistemi mimarilerinin geliştiricileri, bunları oluştururken çeşitli amaçları kontrol ettiler. Birincisi, VAX / VMS kümeleri ile dijital ekipmandı. Bu otoyu yaratmanın amacı, sistemin güvenilirliğini arttırmak, sistemin yüksek kullanılabilirliği ve hata toleransını sağlar. Şu anda, diğer üreticilerin birçok benzer sistem mimarisi var.

Küme sistemleri oluşturmanın bir başka amacı, ucuz yüksek performanslı paralel bilgi işlem sistemleri oluşturmaktır. Bütün bir paralel sistem sınıfına bir isim veren ilk projelerden biri - Beowulf Kümesi - NASA Goddard Space Flight Center'ın merkezinde, Dünya ve Uzay Bilimleri Projesinin gerekli bilgi işlem kaynaklarını desteklemektedir. Beowulf projesi 1994 yazında başladı ve yakında 16 işleme kümesi Intel 486DX4 / 100 MHz işlemcilerine monte edildi. Her düğüm 16 MB RAM ve 3 ağ Ethernet adaptörleri kuruldu. Bu sistem fiyat / performansa ilişkin olarak çok başarılıydı, bu nedenle bu mimari diğer bilimsel kuruluşlarda ve kurumlarda gelişmeye ve yaygın olarak kullanmaya başladı.

Her kümenin sınıfı için, kullanılan mimariler ve donanım özellikleridir. Onları daha ayrıntılı olarak düşünün.

Yük Devretme Kümeleri

İnşaat İlkeleri

Bilgi işlem sistemlerinin güvenilirliğini ve hata toleransını sağlamak için, birçok farklı donanım ve yazılım çözümü uygulanır. Örneğin, sistemde, başarısızlıklara tabi olan tüm konular - güç kaynakları, işlemciler, operasyonel ve harici bellek çoğaltılabilir. Bu tür hata toleranslı sistemler, konvansiyonel bilgi işlem sistemlerinin değerlendirildiği gibi yeterince güvenilirlik olmadığı problemleri çözmek için bu tür hata toleranslı sistemler kullanılır. şu anda Sorunsuz işlem olasılığı% 99'dur. Bu görevler% 99.999 ve daha yüksek olasılık gerektirir. Bu tür bir güvenilirlik, artan artan hata toleransı yöntemleri kullanılarak elde edilebilir. Bilgisayar sisteminin hazırlığı seviyesine bağlı olarak, kullanım için dört tür güvenilirlik tahsis edilir:

Hazırlık düzeyi,%	Maks. aksama süresi	Sistem tipi
	Yılda 3,5 gün	Konvansiyonel)
	Yılda 8.5 saat	Yüksek doğruluk (yüksek kullanılabilirlik)
	Yılda 1 saat	Arıza esnekliği)
	Yılda 5 dakika	HATA MÜSAMASI)

Tablo 2.

Fazla bileşenlere sahip arıza toleranslı sistemlerinin aksine, ayrıca çok parçalanma çeşitli değişkenlerinin yanı sıra kümeler, kümenin çalışma kapasitesini bir bütün olarak kırmadan, önleme veya yeniden yapılandırma için önlenmesi veya yeniden yapılandırma için durdurulabilen nispeten bağımsız makineleri birleştirir. Yüksek küme performansı ve uygulama aksama süresini en aza indirgeme süresi nedeniyle elde edilir:

• düğümlerden birinde elektrik kesintisi durumunda, uygulama çalışmaya devam eder veya diğer küme düğümlerinde otomatik olarak yeniden başlatılır;
• düğümlerden birinin (veya birkaç) başarısızlığı, tüm küme sisteminin çöküşüne yol açmaz;
• Önleyici I. tamir işiKural olarak, yazılım sürümlerinin yeniden yapılandırılması veya değiştirilmesi, küme düğümlerinde, diğer düğümlerin işlemlerini kesmeden küme düğümlerinde gerçekleştirilebilir.

Klonun ayrılmaz bir parçası, aslında bir başarısızlık durumunda, düğümün geri kazanılması problemini çözen ve ayrıca diğer görevleri çözen özel bir yazılımdır. Küme yazılımı tipik olarak önceden belirlenmiş birkaç sistem kurtarma komut dosyasına sahiptir ve ayrıca yöneticiye bu senaryoları yapılandırma yeteneğini de sağlayabilir. Arızalardan sonra geri kazanımlar, düğüm için bir bütün olarak ve bireysel bileşenler için - uygulamalar, disk hacimleri vb. İçin desteklenebilir. Bu özellik bir sistem arızası durumunda otomatik olarak başlatılır ve ayrıca yönetici tarafından da çalıştırılabilir, örneğin, yeniden yapılandırma için düğümlerden birini kapatmak gerekir.

Kümelerde paylaşılan bir hafızaya sahip olabilir dış disklergenellikle RAID disk dizisinde. RAID disk dizisi, büyük veri depolama için sunucu G / Ç alt sistemidir. İÇİNDE rAID Dizileri Düşük kapasiteye göre önemli sayıda disk, büyük miktarda veri depolamak ve daha yüksek güvenilirlik ve fazlalık sağlamak için kullanılır. Benzer bir dizi, bir bilgisayar tarafından tek bir mantıksal cihaz olarak algılanır.

Arızalardan sonra geri kazanımlar, düğüm için bir bütün olarak ve bireysel bileşenler için - uygulamalar, disk hacimleri vb. İçin desteklenebilir. Bu özellik bir sistem arızası durumunda otomatik olarak başlatılır ve ayrıca yönetici tarafından da çalıştırılabilir, örneğin, yeniden yapılandırma için düğümlerden birini kapatmak gerekir.

Küme düğümleri, birbirlerinin performansını kontrol eder ve belirli "Küme" bilgisini, örneğin, bir küme konfigürasyonu ve paylaşılan sürücüler arasında veri iletir ve kullanımlarını koordine eder. Yardım kontrolü, küme düğümlerinin normal işleyişlerini doğrulamak için birbirlerini ilettiği özel bir sinyal kullanılarak gerçekleştirilir. Sinyallerin Düğüm Sinyallerinden Birinden Sonlandırılması Küme yazılım Çarpışma hakkında ve kalan düğümlerdeki yükü yeniden dağıtma ihtiyacı. Örnek olarak, Hata Toleranslı Küme VAX / VMS'yi göz önünde bulundurun.

VAX / VMS Küme

AG, ilk olarak, 1983 yılında bir küme sistemi kavramını açıkladı, onu tek bir bilgi işlem birimi olan bir kombine bilgi işlem makinesi grubu olarak belirledi. Temel olarak, VAX kümesi, tek bir yönetim ve uygulama mekanizması sağlayan ortak bir harici belleğe sahip zayıf birleştirilmiş bir multifacerik sistemdir.

VAX kümesi aşağıdaki özelliklere sahiptir:

Kaynakların ayrılması. Bir kümedeki VAX bilgisayarlar, paylaşılan bandı ve disk sürücülerine erişimi paylaşabilir. Kümedeki tüm VAX bilgisayarları ayrı veri dosyalarına yerel olarak erişebilir.

Yüksek hazırlık. VAX bilgisayarlarından biri başarısız olursa, kullanıcılarının görevleri otomatik olarak başka bir küme bilgisayarına aktarılabilir. Sistemde birkaç HSC kontrol cihazı varsa ve bunlardan biri reddediyorsa, diğer HSC kontrolörleri otomatik olarak çalışmasını sağlar.

Yüksek verim . Bir dizi uygulama sistemi, birden fazla küme bilgisayarındaki görevlerin paralel olarak yürütülmesi olasılığını kullanabilir.

Sistem Bakımı Kolaylığı . Paylaşılan veritabanları tek bir yerden servis edilebilir. Uygulama programları yalnızca ortak küme disklerinde bir kez kurulabilir ve tüm küme bilgisayarları arasında bölünebilir.

Uzatılabilirlik . Küme hesaplama gücündeki bir artış, ek VAX bilgisayarlarını buna bağlayarak elde edilir. Ek sürücüler manyetik disklerde ve manyetik bantlar Kümedeki tüm bilgisayarlar için kullanılabilir hale gelir.

VAX kümesinin çalışması iki ana bileşen tarafından belirlenir. İlk bileşen, yüksek hızlı bir iletişim mekanizmasıdır ve ikincisi, müşterilere sistem hizmetine şeffaf erişim sağlayan bir sistem yazılımıdır. Kümenin içine fiziksel olarak bağlanmış üç farklı lastik teknolojisi kullanılarak uygulanır. Çeşitli özellikler Verim.

Vaks kümesindeki temel iletişim yöntemleri, Şekil 2'de sunulmuştur. dört.

İncir. 4 VAX / VMS Küme

CI Bilgisayar Bus (Bilgisayar Bağlantısı) 70 Mbps hızıyla çalışır ve Yıldız Kuplör anahtarını kullanarak VAX bilgisayarlarını ve HSC kontrol cihazlarını bağlamak için kullanılır. Her CI bağlantısı, bu düğümün çarpışmaları ortadan kaldırmak için özel gecikmeyi kullanan CSMA Temel Teknolojisini kullanan CSMA Temel Teknolojisini kullanan, iletim için ikisi, iletim için iki ve iki adet yedek hattı vardır. Maksimum uzunluk CI iletişimi 45 metredir. Yıldız Couplic'in yıldız şeklindeki anahtarı, her biri VAX bilgisayarını veya HSC denetleyicisini bağlamak için tasarlanmış 32 CI lastiği bağlayabilir. HSC Controller, disk ve teyp sürücülerinin çalışmasını kontrol eden akıllı bir cihazdır.

VAX bilgisayarları, bir kümede yerel bir ağ üzerinden birleştirilebilir.

Ni - Network Interconnect kullanarak Ethernet (yerel VAX kümeleri), ancak bu sistemlerin performansı, küme bilgisayarları ve diğer ağ istemcileri arasındaki Ethernet ağının bant genişliğini paylaşma ihtiyacı nedeniyle nispeten düşüktür.

Ayrıca kümeler DSSI lastiklerine (dijital depolama sistemi ara bağlantı) mal olabilir. DSSI veriyolu üzerinde dört bilgisayar vax daha düşük ve orta sınıfa birleştirilebilir. Her bilgisayar birden fazla DSSI adaptörünü destekleyebilir. Ayrı bir DSSI veriyolu, 4 MB / s (32 Mbps) hızında çalışır ve 8 cihaza kadar bağlanmanıza olanak sağlar. Aşağıdaki cihaz türleri desteklenir: DSSI sistem adaptörü, RF serisi disk denetleyicisi ve TF serisi şerit denetleyicisi. DSSI, 25 metrelik kümedeki düğümler arasındaki mesafeyi sınırlar.

Sistem Yazılımı VAX Kümeleri

Diskler gibi paylaşılan kaynaklara erişirken, işlemcilerin birbirleriyle doğru etkileşimini garanti etmek için, DEC, Dağıtılmış DLM Lock Manager (Dağıtılmış Kilit Yöneticisi) kullanır. Büyük ölçüde Önemli bir fonksiyon DLM, işletim sisteminin ve uygulama programlarının G / Ç işlemleri için tutarlı bir disk önbelleğe alınması sağlamaktır. Örneğin, DLM ilişkisel uygulamaları, çeşitli küme bilgisayarlarındaki veritabanı arabellekleri arasındaki kararlaştırılan durumu korumaktan sorumludur.

Kümedeki işlemciler arasında G / Ç önbellek hafızasının tutarlılığını koruymanın görevi, belirli bir lastik temelinde inşa edilen güçlü bir şekilde bağlı bir çok işlemcili sistemde önbellek tutarlılığını koruma sorununa benzerdir. Veri blokları aynı anda birkaç önbellekte görünebilir ve bir işlemci bu kopyalardan birini değiştirirse, mevcut diğer kopyalar veri bloğunun geçerli durumunu yansıtmaz. Bir blok yakalama kavramı (blok sahipliği) bu türleri yönetmenin yollarından biridir. Ünite blok mülkiyeti tarafından değiştirilmeden önce.

DLM ile çalışmak, önemli genel gider maliyetleriyle ilişkilidir. VAX / VMS ortamındaki genel giderler, bir G / Ç işlemi için CI veriyolu üzerinde altı mesaja kadar iletim gerektirebilir. Genel gider maliyetler, kümedeki her işlemci için% 20 değerlere ulaşabilir.

Yüksek performanslı kümeler

İnşaat İlkeleri

Yüksek performanslı kümelerin mimarisi, genel amaçlı genel kullanımıyla kontrol edilen daha az üretken ve kütle bileşenleri üzerine MPP sistemleri oluşturma ilkelerinin geliştirilmesi olarak ortaya çıktı. MPP sistemlerinin yanı sıra, MPP sistemleri, hem homojen hem de MPP, çeşitli veya heterojenlerin aksine olabilen zayıf birleştirilmiş düğümlerden oluşur. Küme düğümlerini bağlayan iletişim lastiğinin yüksek verimliliğini sağlamak için yüksek performanslı bir küme architeecture tasarımında özel dikkat gösterilir. Kümelerde sık sık nispeten düşük performanslı lastikler olduğundan, küme performansında düşük bant genişliğini ve kümedeki etkili paralelleştirme organizasyonunu dışlamak için birkaç önlem almak gerekir. Örneğin, en yüksek hızlı hızlı Ethernet teknolojilerinden birinin emirlerden birinin Bant Genişliği, MRR mimarisinin modern süper bilgisayarlarındaki ara bağlantılardan daha düşüktür.

Düşük ürün performans sorunlarını çözmek için çeşitli yöntemler kullanılır:

Küme, düğümlerin, myrinet tipinin yüksek performanslı bir lastiğiyle bağlandığı çeşitli bölümlere ayrılır ve farklı segmentlerin düğümleri arasındaki bağlantı, Ethernet / Hızlı Ethernet'in düşük performanslı ağlar ile gerçekleştirilir. Bu, bu tür kümelerin performansını önemli ölçüde artırmak için bu tür kümelerin performansını önemli ölçüde artırmak için bu tür kümelerin performansını azaltmanıza olanak sağlar. İşlemler arasında yoğun veri alışverişi olan görevleri çözer.

Sözde "kanal", yani kullanımı. Birden fazla kanalın hızlı Ethernet'i birden fazla anahtarları bağlayan bir ortak yüksek hızlı kanala birleştirin. Bu yaklaşımın bariz dezavantajı, anahtarların birbirine bağlanmasına katılan limanların kısımlarının "kaybı" dır.

Performansı iyileştirmek için, bu tür ağlardaki özel bilgi değişimi protokolleri, kanal bant genişliğini daha verimli bir şekilde kullanmanıza ve standart protokollerle örtüşen bazı kısıtlamaları (TCP / IP, IPX) kullanmanıza olanak tanır. Bu yöntem genellikle Beowulf sınıfının sistemlerinde kullanılır.

Yüksek performanslı bir kümeye sahip olması gereken asıl kalite, küme mimarisinin gücü arttırma yeteneğini sağladığı ana avantajlardan biri olduğu için yatay ölçeklenebilirlik olacaktır. mevcut sistem Sadece sisteme yeni düğümler ekleyerek. Ayrıca, güçteki artış, neredeyse eklenen kaynakların gücüyle orantılı olarak ortaya çıkar ve işlemi sırasında sistemi durdurmadan gerçekleştirilebilir. Başka bir mimariye sahip sistemlerde (özellikle, MPP), genellikle dikey ölçeklenebilirlik genellikle mümkündür: Multipressor sistemlerinde işlemci sayısını artırarak veya yeni adaptörler veya diskler ekleyin. Sistem performansını geçici olarak iyileştirmenizi sağlar. Bununla birlikte, sistem desteklenen maksimum bellek sayısına, işlemciler veya diskler, sistem kaynakları tükenir ve verimliliği artırmak için, yeni bir sistem oluşturmanız veya eski olanı önemli ölçüde işlemek zorunda kalacaksınız. Küme sistemi de dikey ölçeklenebilirlik kabul eder. Böylece, dikey ve yatay ölçekleme ile küme modeli, daha fazla esneklik ve artan sistem performansının sadeliği sağlar.

Proje beowulf.

Beowulf, VII'nin olaylarını anlatan bir İskandinav epictir - 6. yüzyılın ilk üçte biri, katılımcısı, aynı isimde savaşta yüceltilmiş bir kahramandır.

Böyle bir yapının küme sisteminin uygulanmasına bir örnek Beowulf kümeleridir. Beowulf Projesi, Amerika Birleşik Devletleri'nde yaklaşık bir buçuk düzine örgüt (çoğunlukla üniversiteler) birleşti. Önde gelen proje geliştiricileri NASA ajansı uzmanlarıdır. Bu kümeler şeklinde, aşağıdaki ana özellikleri tahsis edebilirsiniz:

Beowulf kümesi, birkaç ayrı düğümden oluşur. genel ağ, Toplam kaynak küme düğümleri kullanılmaz;

Optimum, iki işlemci SMP sistemlerine dayalı kümeler inşa edilir;

Düğümler arasındaki etkileşimin ek yükünü azaltmak için, tam çift yönlü 100 MB hızlı Ethernet kullanılır (SCI daha az yaygındır), birden fazla ağ segmenti oluşturun veya küme düğümlerini anahtardan bağlayın;

Yazılım olarak, Linux kullanılır ve serbestçe dağıtılmış iletişim kitaplıkları (PVM ve MPI);

Projenin Tarihi Beowulf.

Proje, 1994 yazında NASA Space Center - Goddard Space Flight Center (GSFC) yazında başladı, daha kesin olarak CESDIS'de (Uzay Veri ve Bilgi Bilgilerdeki Mükemmellik Merkezi).

İlk Beowulf kümesi temelinde oluşturuldu. bilgisayarlar Intel. Linux işletim sistemi altında mimari. 16 düğümden oluşan bir sistemdi (işlemciler 486DX4 / 100MHz, 16MB bellek ve 3 ağ adaptörü Her düğümde, 10mbit'lik 3 "paralel" Ethernet kablosu). "Dünya ve Uzay Bilimleri Projesi" (ESS) projesinin bir hesaplama kaynağı olarak yaratılmıştır.

Gelecek GSFC ve diğer NASA bölümlerinde, diğer, daha güçlü kümeler toplandı. Örneğin, son derece paralel entegre sanal ortam), her birinde, 5 hızlı Ethernet anahtarında 2 Pentium Pro / 200MHz ve 4GB bellek işlemcisinin 64 düğümünü içerir. Bu kümenin toplam maliyeti yaklaşık 210 bin dolardır. Beowulf projesi çok sayıda yüksek performanslı ve uzmanlaşmıştır. ağ sürücüleri (Özellikle, aynı anda birden fazla Ethernet kanalını kullanmak için sürücü).

Beowulf Mimarlık.

Küme düğümleri.

Bu, tek işlemci PC veya az sayıda işlemcili olan SMP sunucularıdır (2-4, muhtemelen 6'ya kadar). Nedense, optimum, bu durumda küme ayarının biraz daha karmaşık olmayacağı gerçeğine rağmen, iki işlemci sistemlerine dayanan kümeler inşa edilmiş olarak kabul edilir (çoğunlukla 2 Pentium II / III işlemcisi için nispeten ucuz anakartlara izin verilmez. ). Her RAM 64-128MB düğümü için kuruluma değer (iki işlemci 64-256MB).

Arabalardan biri, yeterince büyük bir sabit sürücüyü yüklemek için bir merkezi (kafa) olarak vurgulanmalıdır, daha güçlü bir işlemci ve daha fazla bellek, geri kalan (çalışan) düğümlerinden mümkündür. Bu makinenin dış dünyayla bağlantısını (korumalı) sağlamak mantıklıdır.

Çalışma bileşenleri yapılandırıldığında, sabit sürücüleri terk etmek oldukça mümkündür - bu düğümler, işletim sistemi tasarruf etmenize olanak tanıyan, işletim sistemi ve sadece ihtiyacınız olan her şeyi yapılandırmanıza olanak tanıyan merkezi makineden işletim sistemi indirir. Zaman (merkezi makinede). Bu düğümler aynı anda özel işler olarak kullanılmazsa, video kartları yüklemeye ve onlara monitörlere gerek yoktur. Düğümlerin işgal ettiği yeri azaltacak, rafa (rafe mounting) düğümünü kurmak mümkündür, ancak biraz daha pahalı olacaktır.

Mevcut iş istasyonları ağlarına dayanarak kümeleri düzenlemek mümkündür, yani. Kullanıcı iş istasyonları, gece ve hafta sonları küme düğümleri olarak kullanılabilir. Bu türdeki sistemler bazen inek (iş istasyonları kümesi) denir.

Düğüm sayısı, gerekli bilgi işlem kaynaklarına ve uygun fiyatlı olarak seçilmelidir. finansal araçlar. Çok sayıda düğümle, daha karmaşık ve pahalı bir ağ ekipmanı oluşturmak zorunda kalacağı anlaşılmalıdır.

Beowulf projesinde yer alan ana yerel ağlar, Gigabit Ethernet, Hızlı Ethernet ve 100-VG Anylan'dır. En basit durumda, bir Ethernet segmenti kullanılır (bükümlü çift üzerinde 10mbit / sn). Bununla birlikte, böyle bir ağın ucuzluğu, çarpışmalar nedeniyle, işbirliği değişimlerinin büyük maliyetlerine dönüşür; Ve böyle bir kümenin iyi performansı, yalnızca çok basit bir paralel yapıya sahip görevlerde ve işlemler arasındaki çok nadir etkileşimlerle beklenmelidir (örneğin, yazma seçenekleri).

İyileştirici değişim performansı elde etmek için, 100mbit / sn'de tam çift yönlü hızlı Ethernet kullanılır. Aynı zamanda, çarpışmaların sayısını azaltmak veya birkaç "paralel" Ethernet segmentini ayarlamak veya küme düğümlerini anahtar (anahtar) üzerinden bağlayın.

Daha pahalı, fakat aynı zamanda popüler bir seçenek, myrinet tipi anahtarları (1.28gbit / sn, tam dubleks) kullanmaktır.

Daha az popüler, aynı zamanda aslında ağ teknolojileri ile kümeler inşa ederken klan, SCI ve Gigabit Ethernet teknolojileridir.

Bazen küme düğümleri arasındaki iletişim için, birkaç telekomünikasyon kanalı paralel olarak kullanılır - "Hızlı Ethernet teknolojisi için yaygın olarak kullanılan" kanal bağlanması "(kanal bağlanması) olarak kullanılır. Bu durumda, her bir düğüm hızlı Ethernet anahtarına birden fazla kanalla bağlanır. Bunu başarmak için, düğümler birden fazla ağ kartı veya hızlı Ethernet çoklu yol panosu ile donatılmıştır. Linux yazılımı çalıştıran düğümlerde kanal bağlanması kullanımı, karşılık gelen kanallar arasında alım / iletim yükünün tek tip dağılımını düzenlemenizi sağlar.

Sistem sistemi

İşletim sistemi. Linux sistemi genellikle dağıtılmış paralel hesaplamalar için özel olarak optimize edilmiş versiyonlarda kullanılır. Linux 2.0 çekirdeği rafine edildi. Kümeler oluşturma sürecinde, ortaya çıktı standart Sürücüler Linux'daki ağ cihazları çok etkisizdir. Bu nedenle, her şeyden önce hızlı Ethernet ve Gigabit Ethernet ağları için yeni sürücüler geliştirilmiş ve aralarındaki birkaç paralel ağ bağlantısının mantıksal bir ilişkisi olasılığı geliştirilmiştir. kişisel bilgisayarlar (Kanalların donanım bağlanması ile benzer şekilde), toplam bant genişliğine sahip bir ağ oluşturmak için düşük bant genişliğine sahip ucuz yerel ağlara izin verir.

Herhangi bir kümede olduğu gibi, her küme düğümündeki işletim sistemi çekirdeğinin bir kopyası vardır. Sonuçlandırma sayesinde, işlemlerin tüm küme içindeki tanımlayıcıların benzersizliği ve bireysel düğümler olmadığı için sağlanır.

İletişim kütüphaneleri. Mesaj aktarma modelindeki en yaygın paralel programlama arayüzü MPI'dir. Tavsiye Edilen Ücretsiz Uygulama MPI - Argon Ulusal Laboratuvarı'nda geliştirilmiş MPICH paketi. Myrinet şalterine dayanan kümeler için, MPI'nin uygulanmasını da içeren bir HPVM sistemi geliştirilmiştir.

Bir SMP sisteminde etkili bir paralellik organizasyonu için iki seçenek mümkündür:

1. SMP makinesindeki her işlemci için ayrı bir MPI işlemi oluşturur. MPI bu sistem içindeki işlemler, paylaşılan hafıza üzerinden mesaj alışverişi (MPOch'u buna göre yapılandırmanız gerekir).
2. Her makinede sadece bir MPI işlemi başlar. Her MPI işleminin içinde, paralelleştirme "Paylaşılan Bellek" modelinde, örneğin OpenMP direktiflerini kullanarak yapılır.

MPI uygulamasını yükledikten sonra, ağ iletişimi gerçek performansını test etmek mantıklı.

MPI'ya ek olarak, kümelerde kullanılabilecek diğer kütüphaneler ve paralel programlama sistemleri vardır.

Beowulf kümesinin uygulanması örneği - Avalon

1998 yılında, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda Astrofysicik Michael Warren ve bir grup teorik astrofizikten diğer bilim adamları, Ara Alpha / 533MHz işlemcilerine dayanan bir Beowulf -Claster olan Avalon SuperComputer'ı inşa etti. AVALON başlangıçta 68 işlemciden oluşuyordu, daha sonra 140'a kadar uzatıldı. Her bir düğümde, 256 MB RAM, 3.2GB'daki bir EIDE-Sabit Sürücü, Kingston'dan bir ağ adaptörü (düğümün toplam maliyeti 1700 dolar). Düğümler, Fast Ethernet'in 46-36 portlu anahtarları ve "merkezinde" 12 portlu anahtar Gigabit Ethernet'i 3COM'dan bağlanır.

Avalon'un toplam maliyeti 313 bin dolar ve linpack performansı (47.7 GFLOPS), Top500 listesinin 12. sayısında (152 IBM SP2 işlemci sisteminin yanında) 114. yerini almasına izin verdi. Avalon'un birçok test üzerindeki 70 işlemeci yapılandırması, 64-işlemci SGI Origin2000 / 195MHz işlemci sistemi maliyeti 1 milyon doları aştığından aynı performansı göstermiştir.

Şu anda, Avalon aktif olarak astrolojik, moleküler ve diğer bilimsel hesaplamalarda kullanılır. SC Konferansında "98, Avalon'un yaratıcıları" Avalon: Bir Alpha / Linux Küme, 150K $ için 10 GFLOPS "başlıklı bir rapor sundu ve fiyat / performans açısından bir ödül kazandı (" 1998 Gordon Bell Fiyat / Performans Ödülü ").

Sonuç

Mikroişlemcilerin önde gelen üreticileri: Sun Microsystems, Dell ve IBM, süper bilgisayar endüstrisinin geleceğine aynı bakış açısını tutuyor: Bireyi değiştirmek için, bağımsız süper bilgisayarlar bir küme halinde birleştirilmiş yüksek performanslı sunucu grubu gelmelidir. Zaten bugün, dağıtılmış küme sistemleri performans açısından modern klasik süper bilgisayarların önündedir: dünyadaki en güçlü bilgisayar - IBM ASCI White - 12 teraflop kapasitesine sahip, ağ performansı [E-posta Korumalı] Yaklaşık 15 terafloplarda tahmin edilmektedir. Aynı zamanda, IBM ASCI White 110 milyon dolara satıldı ve tüm varoluş tarihinde satıldı. [E-posta Korumalı] Yaklaşık 500 bin dolar harcandı.

Edebiyat

2. http://www.beowulf.com.

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

4. Lobolar, 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 Bilgisayarlar

MIMD bilgisayar var N. İşlemciler bağımsız olarak gerçekleştiriyor N. Komut akışları ve işleme N. Veri akışları. Her işlemci, kendi komut akışının kontrolü altında çalışır, yani MIMD bilgisayarı paralel olarak tamamen farklı programlar gerçekleştirebilir.

MIMD Mimarisi, fiziksel bellek kuruluşuna bağlı olarak, yani işlemcinin kendi yerel belleğine sahip olup olmadığı ve anahtarlama ağını kullanarak diğer bellek bloklarını belirtir mi yoksa gidip gelen ağın tüm işlemcileri genel hafızaya bağladığı. Hafızanın organizasyonuna dayanarak, aşağıdaki paralel mimarilerin türlerini ayırt eder:

• Dağıtılmış hafızalı bilgisayarlar (Dağıtılmış hafıza.)
  İşlemci yerel belleğe erişebilir, ağ bağlama işlemcileri üzerinden iletilen mesajları gönderebilir ve alabilir. Mesajlar, işlemciler arasında veya uzak bellek bloklarını okumaya ve yazmaya eşdeğer arasında iletişim kurmak için kullanılır. İdealize edilmiş bir ağda, iki ağ düğümü arasında bir mesaj gönderme maliyeti, hem düğümlerin hem de ağ trafiğinin hem konumuna da bağlı değildir, ancak mesaj uzunluğuna bağlıdır.

• Genel (paylaşılan) bellek olan bilgisayarlar (Doğru paylaşılan hafıza)
  Tüm işlemciler, genellikle bir lastik veya hiyerarşi aracılığıyla ortak bir hafızaya ek olarak belirtilir. İdealize edilmiş bir pram (paralel rastgele erişim makinesi - keyfi erişime sahip paralel bir makine), genellikle paralel algoritmaların teorik çalışmalarında kullanılan bir model, herhangi bir işlemci aynı anda herhangi bir bellek hücresine erişebilir. Uygulamada, bu mimarinin ölçeklenebilirliği genellikle bir tür bellek hiyerarşisi şeklindedir. Genel belleğe erişim sıklığı, her işlemciyle ilişkili önbellekte sık kullanılan verilerin kopyalarını kaydederek azaltılabilir. Bu kasa hafızasına erişim, genel hafızaya doğrudan erişimden çok daha hızlıdır.

• Sanal paylaşılan (paylaşılan) bellek olan bilgisayarlar (Sanal paylaşılan hafıza.)
  Genel bellek eksik. Her işlemcinin kendi yerel hafızasına sahiptir ve "Global Adresi" kullanarak diğer işlemcilerin yerel hafızasına erişebilir. "Global Adres" yerel hafızayı göstermezse, Hafıza Erişimi, iletişim ağı tarafından gönderilen mesajlar kullanılarak uygulanır.

Paylaşılan hafızaya sahip makinelerin bir örneği şunlar olabilir:

• Sun Microsystems (Çok İşlemci İş İstasyonları)
• Silikon Grafik Mücadelesi (Çok İşlemci İş İstasyonları)
• Sıra simetri.
• Dışbükey.
• Cray 6400.

Aşağıdaki bilgisayarlar, dağıtılmış belleği olan makinelerin sınıfına aittir.

• IBM-SP1 / SP2
• Parsytec gc.
• CM5 (Düşünme Makinesi Şirketi)
• Cray T3d.
• Paragon (Intel Corp)
• ncube.
• Meiko cs-2
• AVX (Alex Parallel Bilgisayarlar)
• IMS B008.

Dağıtılmış hafızalı MIMD mimarisi, geçiş ağının bant genişliğinde de sınıflandırılabilir. Örneğin, işlemciden ve bellek modülünden (işlemci elemanı) çiftlerin topolojileri olan bir ağ tarafından bağlandığı mimaride schgtka Her işlemci, bilgisayar işlemcilerinin sayısından bağımsız olarak aynı sayıda ağ bağlantısına sahiptir. Böyle bir ağın toplam bant genişliği, işlemci sayısına göre doğrusal olarak büyür. Öte yandan, topolojileri olan bir ağa sahip mimaride hiperkub Ağa yapılan işlemci bağlantılarının sayısı, işlemci sayısından logaritmik bir işlevdir ve ağ bant genişliği, işlemci sayısına göre doğrusal olarak daha hızlı artmaktadır. Topolojide klik Her işlemci diğer tüm işlemcilere bağlanmalıdır.

Topoloji 2D ile ağ schgtka (torun)

Topoloji 2D ile ağ torun

Topoloji ile ağ klik

SuperComputer Uygulamaları Ulusal Merkezi (Üniversite PC. Illinois, Urbana-Champaign)

MPI: Mesaj geçen arayüz

"Mesaj İletim Arabirimi" adı kendisi için konuşur. Bu, mesajlaşma modelinde paralel programlar oluşturmak için iyi standartlaştırılmış bir mekanizmadır. C / C ++, FORTRAN 77/90 dillerine standart "ciltleme" MPI vardır. Neredeyse tüm süper bilgisayar platformları için ve Unix ve Windows NT iş istasyonlarının ağları için ücretsiz ve ticari uygulamalar bulunmaktadır. Halen, MPI, sınıfından en yaygın kullanılan ve dinamik olarak geliştiren arayüzdür.

Beowulf - Linux OS'sine dayalı kümeler

Mikhail Kuzminsky

"Açık sistemler"

Millennia'nın eşiğinde, hem mikroişlemcileri hem de işletim sistemlerini kaplayabilen bilgisayar endüstrisinin tekelleşmesine tanık olma şansımız var. Tabii ki, Intel'den mikroişlemcilerden bahsediyoruz (Merced, RISC mimarisi işlemcilerini tanıtmak için tehdit ediyor) ve Microsoft'tan işletim sistemi.

Her iki durumda da başarı, büyük ölçüde pazarlama makinesinin gücü tarafından belirlenir ve üretilen ürünlerin sadece "tüketici" özellikleri değil. Benim görüşüme göre, bilgisayar topluluğu henüz olası sonuçların ölçeğini gerçekleştirmedi.

Bazı uzmanlar, bilgisayar pazarının potansiyel tekelleşmesini, her ikisi de ana bilgisayarlar ve işletim sistemlerinde gözlemlenen IBM Tekel Hakimiyeti ile karşılaştırır. ben uzun zamandır Bu teknikle çalışıyorum ve UNIX ülkemizde dağıtıldığı için, IBM MVS işletim sisteminin birçok avantajını artırıyor. Bununla birlikte, böyle bir tekelin ilerlemenin hızlanmasına katkıda bulunmadığı ortak bir bakış açısını paylaşıyorum.

Bir seferde bir zamanlar UNIX'in kullanımına geçti, hala umut verici gelişmelerinde bu sisteme güveniyor ve Linux daha fazla bir platform olarak seçiliyor. Bu makale, öğretici akademik gelişmelerden birine adanmıştır.

Sosyal bir fenomen olarak Linux

Linux'un bilgisayar ömrünün gözle görülür bir fenomeni gösterdiği gerçeğinden dolayı artık şaşırmıyoruz. En zengin serbestçe dağıtılmış yazılım seti ile birlikte GNU, bu işletim sistemi, ticari olmayan kullanıcılarla yurtdışından sonra son derece popüler hale geldi. Popülerliği artıyor. Linux sürümleri sadece Intel X86 platformu için değil, diğerleri için de var. İşlemci mimarileri, Aralık alrha dahil ve yaygın olarak internet uygulamaları ve tahmini doğanın görevleri için kullanılır. Kısacası, Linux bir tür "insan işletim sistemi" haline geldi. Ancak neredeyse, Linux'un zayıf bir yer olmadığını söylüyor; Bunlardan biri SMR-Mimariler için yeterli destek değildir.

Bilgisayar kaynakları oluşturmanın en ucuz yolu, bilgi işlem gücü dahil, bir küme oluşturmaktır. Fiziksel ve mantıklı bir şekilde dağıtılmış operasyonel hafızalı masif paralel süper bilgisayarlar, tuhaf küme olarak da düşünülebilir. Böyle bir mimarinin en canlı örneği ünlü IBM SP2 bilgisayarıdır.

Tüm soru, kümedeki bilgisayarların (düğümlerin) bağlanmasıdır. "Gerçek" süper bilgisayarlarda, uzmanlaşmış ve dolayısıyla yüksek bant genişliği sağlamak için tasarlanmış pahalı ekipmanlar. Kümelerde, kural olarak, normal ağ standartları uygulanır - Ethernet, FDDI, ATM veya HIRI.

Linux işletim sistemini kullanan küme teknolojileri birkaç yıl önce gelişmeye başladı ve Wolfrack Windows NT için görünmeden önce devam etti. Böylece 1990'ların ortalarında Beowulf Projesi kökenlidir.

Epik şiirin kahramanı

Beowulf, 2. yüzyılın ilk üçte biri olan VII olaylarını anlatan bir İskandinav destesidir. Katılımcının, aynı isimdeki savaşlarda yüceltken, aynı adın kahramanı olan. Projenin yazarlarının, şimdi Beowulf'u (muhtemelen Windows NT ile mi?) İle savaşıp yapamayacağı bilinmiyor, ancak kahramanca imaj, konsorsiyumda yaklaşık bir buçuk düzine organizasyonun birleştirilmesini mümkün kıldı (çoğunlukla üniversiteler) Amerika Birleşik Devletleri'nde. Bununla birlikte, SuperComputer merkezlerinin proje katılımcıları arasında egemen olduğu söylenemez, ancak Loki ve Megalon kümeleri, Los Alamos ve ABD Enerji Bakanlığı'nın Sandia Laboratory gibi dünyaca ünlü yüksek performanslı bilgi işlem merkezlerine kurulduğu söylenemez; Önde gelen proje geliştiricileri NASA ajansı uzmanlarıdır. Genel olarak, istisnasız, proje katılımcılarının yarattığı kümeler yüksek sesler alır.

Beowulf'un yanı sıra, bir daha küme teknolojisi daha biliniyor - şimdi. Şimdi, kişisel bilgisayarlar genellikle kendileri ve görevler hakkında bilgi içermektedir ve böyle bir kümenin sistem yöneticisinin görevleri bu bilgilerin oluşumunu içerir. Beowulf kümeleri bu konuda (yani, sistem yöneticisinin bakış açısıyla) daha basittir: orada bireysel düğümler küme yapılandırması hakkında bilmiyor. Sadece bir seçilen düğüm yapılandırma bilgisi içerir; Ve sadece O dış dünyayla ağ üzerinde bir bağlantısı var. Diğer tüm küme düğümleri yerel bir ağ ile birleştirilir ve dış dünyayla kontrol ünitesinden sadece "ince köprü" bağlanır.

Beowulf teknolojisindeki düğümler PC anakartlarıdır. Genellikle yerel sabit sürücüler de düğümlere dahil edilir. Düğümleri bağlamak için standart yerel ağlar türleri kullanılır. Aşağıdaki bu soruyu düşüneceğiz, önce yazılımda duracağız.

Beowulf'teki temeli, CD-ROM'da satın alınabilecek normal ticari olarak temin edilebilen Linux OS'dir. İlk başta, proje katılımcılarının çoğunluğu Slackware tarafından yayınlanan CD'lere odaklanmış ve şimdi tercihler Redhat sürümü tarafından tercih edilir.

Her zamanki Linux işletim sisteminde, mesajlaşma modelinde (LAM MRI 6.1, PVM 3.3.11 ve diğerleri) iyi bilinen paralelleştirme aracı yükleyebilirsiniz. BeOWULF projesinin bir parçası olarak, herhangi bir UNIX sisteminde bulunan R-iplik standartlarını ve herhangi bir UNIX sistemine dahil olan standart anahlılaşma araçlarını da kullanabilirsiniz.

Her şeyden önce, Linux 2.0 çekirdeğinin iyileştirilmesi yapılmalıdır. Kümeler oluşturma sürecinde, Linux'daki standart ağ aygıtı sürücülerinin çok etkisiz olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, her şeyden önce Hızlı Ethernet ve Gigabit Ethernet ağları için yeni sürücüler geliştirildi (çoğu gelişme - Donald Becker tarafından) ve ucuz yerel ağlardan daha fazla olan kişisel bilgisayarlar arasındaki birkaç paralel ağ bağlantısını mantıksal olarak birleştirmek mümkündür. mütevazı hız., yüksek kümülatif bant genişliğine sahip bir ağ oluşturun.

Her kümede olduğu gibi, OS çekirdeğinin kendi kopyası her düğümde yaşar. Sonlandırma sayesinde, tüm küme içindeki ve bireysel düğümlerin değil, bireysel düğümlerin yanı sıra, Linux işletim sistemi sinyallerinin "uzaktan teslimatının" tanımlanmasının benzersizliği sayesinde sağlanır.

Ek olarak, birlikte çalışırken ağdaki indirmeleri (NetBooting) işaretlemek gerekir. anakart Intel PR 440FX ve ayrıca AMI BIOS'u ile donatılmış diğer anakartlarla çalışmak için de kullanılabilirler.

Çok ilginç özellikler, ağ sanal bellek mekanizmaları veya DSM paylaşılan dağıtılmış bellek (dağıtılmış paylaşılan hafıza), düğümlerin genel hafızasının belirli bir "yanılsaması" oluşturmanıza olanak sağlar.

Ağ - Hassas Madde

Genel olarak süper bilgisayar uygulamalarını paralelleştirmek için ve özellikle de düğümler arasındaki mesajlaşmadaki yüksek bant genişliği ve düşük gecikmeler gereklidir, ağ özellikleri küme performansını tanımlayan parametreler haline gelir. Düğümler için mikroişlemcilerin seçimi açıktır - bunlar standart Intel üretim işlemcileridir; Ancak, küme, ağ türü ve ağ devre kartlarının topolojisi ile deneyebilirsiniz. Bu alanda ana araştırmanın yapıldığı.

Günümüzde pazarda sunulan çeşitli PC Ağ Kartlarını analiz ederken, etkili yayın desteği (çok noktaya yayın), büyük boyutlu paketlerle çalışmayı destekleyen, vb. Böyle özelliğe özel önem verildi. Beowulf projesinde yer alan yerel ağların ana türleri - Bu Gigabit Ethernet, Hızlı Ethernet ve 100-VG Anylan'dır. (ATM teknolojisinin yetenekleri de aktif olarak incelendi, ancak yazarın bilindiği sürece, bu projenin çerçevesinin dışında yapıldı.)

Bir süper bilgisayar nasıl toplanır

Beowulf projesinde yapılan çalışmanın sonuçlarını analiz ettikten sonra, aşağıdaki sonuca varabilirsiniz: Bulunan çözümler, PC bileşenleri için standart bileşenlere dayanarak, yüksek performanslı bir küme bağımsız bir şekilde birleştirmenize ve normal yazılımı kullanmanıza izin verir. En büyük örnekleri arasında, 50 düğüm kümesini CESDIS'teki (tek ve iki işlemci rentyum РRO / 200 MHz) ve 10 ölçeklendirme düğümüne (çift işlemci kurulu) içeren CESDIS'teki (50-düğüm) işaretlemesi imkansızdır. Rentum р / 166 MHz). Böyle bir kümedeki maliyet / tepe performansının oranı çok başarılıdır. Soru, uygulamaların paralelleşmesinin ne kadar verimli olmasıdır - başka bir deyişle, gerçekte ne olacağını ve en yüksek performansı değil. Proje katılımcıları şimdi bu sorunun çözümü üzerinde çalışıyor.

Sıradan PC'lerden gelen kümelerin yapımının bugün bilimsel bir ortamda oldukça şık olduğuna dikkat edilmelidir. Ülkemizdeki bazı akademik kurumlar da benzer kümeler oluşturmayı planlıyor.

Bilgisayarları farklı bir güç veya farklı mimari kümede birleştirirken, heterojen (homojen olmayan) kümelerdir. Küme düğümleri aynı anda özel iş istasyonları olarak kullanılabilir. Gerekli olmadığı durumlarda, düğümler rafa önemli ölçüde kolaylaştırılabilir ve / veya takılabilir.

Standart OS iş istasyonları, çoğu zaman, serbestçe dağıtılmış - Linux / FreeBSD, paralel programlama ve yük dağılımını desteklemenin özel araçlarıyla birlikte kullanılır. Programlama, bir kural olarak, mesaj aktarma modeli çerçevesinde (çoğu zaman - MPI). Bir sonraki paragrafta daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Küme mimarisinin gelişimi tarihi.

AG, ilk olarak, 1983 yılında bir küme sistemi kavramını açıkladı, onu tek bir bilgi işlem birimi olan bir kombine bilgi işlem makinesi grubu olarak belirledi.

Bütün paralel sistem sınıfına bir isim veren ilk projelerden biri - Beowulf Kümeleri - NASA Goddard Space Uçuş Merkezi'nin merkezinde, Dünya ve Uzay Bilimleri Projesinin gerekli bilgi işlem kaynaklarını desteklemektedir. Beowulf projesi 1994 yazında başlamış ve Intel 486DX4 / 100 MHz işlemcileri yakında 16 işleme kümesi toplandı. Her düğüm 16 MB RAM ve 3 ağ Ethernet adaptörleri kuruldu. Bu tür bir konfigürasyonda çalışmak için, mevcut ağ kartları arasındaki trafiği dağıtan özel sürücüler geliştirilmiştir.

Daha sonra GSFC'de, yapısı, yapısı, Şekil 2'de gösterilen yüksek paralel entegre sanal ortamda bir küme. 2. Bu küme, 332 işlemciyi ve seçilen iki ana bilgisayarın birleştirilmesini sağlayan dört alt kümelerden E, B, G ve DL'den oluşur. Bu kümenin tüm düğümleri Redhat Linux'u çalıştırıyor.

1998 yılında, Los Alamos Ulusal Astrophysicik'in ulusal laboratuarında Michael Warren ve bir grup teorik astrofizikçiden diğer bilim adamları, 533 MHz'in saat frekansı olan Alpha 21164a işlemcilerine dayanan bir Linux küme olan bir SuperComputer Avalon'dur. Başlangıçta, Avalon 68 işlemciden oluşuyordu, daha sonra 140'a uzatıldı. Her bir düğümde, 256 MB RAM, 3 GB'daki bir sabit disk ve hızlı Ethernet ağ bağdaştırıcısı kuruldu. Avalon projesinin toplam maliyeti 313 bin dolardı ve Linpack Testinde gösterilen performans - 47.7 GFLops, 152 IBM RS / 6000 SP işlemci sisteminin yanındaki Top500 listesinin 12. baskısında 114. sırayı almasına izin verdi. Aynı 1998'de, yüksek performanslı bilgi işlem alanındaki en prestijli konferansta SuperComputing'98, Avalon bir rapor yaptı "Avalon: Bir Alpha / Linux küme, adaylığın ilk ödülünü aldı. "En İyi Fiyat / Performans" adaylığı.

Bu yılın nisan ayında, iki pentium III / 733 MHz işlemcili 64 düğümden oluşan bir hız + ve her biri 2 GB RAM ve her biri 2 GB RAM'den ve toplam diskli 27 GB'lık bir küme, biyomedikal çalışmalar için kuruldu. Cornell Üniversitesi. Düğümler altında çalışır windows kontrolü 2000 ve Giganet Klanı tarafından birleştirildi.

Raflar projesindeki birçok kutu, ABD Ulusal Sağlık Enstitüsü'nde Nisan 1997'de uygulanmakta ve Gigabit Ethernet'i iletişim ortamı olarak kullanmak ilginçtir. Birincisi, küme, iki Pentium Pro / 200 MHz işlemcili, 128 MB RAM ve her düğümde 1.2 GB bir diskli 47 düğümden oluşuyordu. 1998'de uygulandı

projenin bir sonraki aşaması, düğümlerin bir kümede tutulurken düğümlerin masaüstü bilgisayarlara dönüştürüldüğü LoboS2'dir. Şimdi LOBOS2, iki pentium II / 450 MHz işlemcisi, 256 MB operasyonel ve 9 GB disk belleği içeren 100 hesaplama düğümünden oluşur. Küme ek olarak, toplam RAID-dizi 1.2 TB kapasitesine sahip 4 kontrol bilgisayar bağlanır.

Son küme gelişmelerinden biri, 78 Athlon işlemcisinin Beowulf kümesi olan AMD Presto III SuperComputer'dı. Bilgisayar Tokyo Teknoloji Enstitüsü'ne kurulur. Bugüne kadar, AMD, Linux işletim sistemini çalıştıran Beowulf yöntemini kullanarak Kümelerde 8 süper bilgisayar birleştirdi.

IBM Kümeleri

Rs / 6000.

IBM, Rs / 6000'e dayalı, kümelerine birleştirilmiş ve yüksek kullanılabilirlik kümelenmiş MultiProcessor / 6000 yazılımını (HACMP / 6000) yazılımı çalıştıran birkaç tür zayıf ilişkili sistem sunar.

Küme düğümleri paralel olarak çalışır, HACMP / 6000'de bulunan kilit yöneticisinin yeteneklerini kullanarak mantıksal ve fiziksel kaynaklara erişimi paylaşır.

1991 yılında reklamdan başlayarak, HACMP / 6000 ürün sürekli gelişti. Paralel bir kaynak yöneticisi, dağıtılmış bir kilit yöneticisi ve paralel bir mantık menajeri ve ikincisi, yükü tüm kümenin seviyesinde dengeleme olasılığını sağlamıştır. En yüksek miktar Kümedeki düğümler sekize yükseldi. Şu anda, simetrik çok işleme işlemeli, düğümler, işlem yapanların sayısındaki bir artışla doğrusal performans artışı sağlayan veri arosbarı anahtarı kullanılarak oluşturulur.

RS / 6000 kümeleri, Ethernet, Token halkası veya FDDI yerel ağlar temelinde inşa edilmiştir ve yüksek güvenilirliği arttırma açısından çeşitli şekillerde yapılandırılabilir:

• Başarısızlık durumunda sıcak rezerv veya kolay geçiş. Bu modda, aktif düğüm uygulama görevlerini gerçekleştirir ve yedekleme, aktif derleme gerektiğinde gerekirse durdurulabilen kritik olmayan görevleri gerçekleştirebilir.
• Simetrik rezerv. Sıcaklığa benzer şekilde, ancak ana ve yedekleme düğümlerinin rolü sabit değildir.
• Yük dağılımı ile karşılıklı toplama veya mod. Bu modda, kümedeki her düğüm, başka herhangi bir küme düğümü üzerinde gerçekleştirilen görevleri "topar".

IBM SP2.

IBM SP2, kurulum numarası (141 montajı ve toplamda, toplam 8275), toplam 86 bin'in üzerinde olan 8275 numaralı bilgisayarlarla çalışan en büyük Top500 süper bilgisayarının listesinde liderdir. 86 bin'in üzerinde toplam düğüm sayısı ile çalışır. Bu süper bilgisayarların temeli mimarlığa dayanmaktadır. Güçlü bir merkezi anahtar kullanarak küme yaklaşımı olarak. IBM bu yaklaşımı uzun yıllardır kullanır.

Genel Mimarlık SP2.

SP2 mimarisinin genel görünümü pirinç verir. 1. Mimarlığın ana özelliği, düğümleri kendi aralarında bağlamak için düşük gecikmelerle yüksek hızlı anahtarın kullanımıdır. Bu, deneyim gösterdiği gibi, dışarıdan son derece basit şema son derece esnekti. İlk olarak, SP2 düğümleri tek işlemciydi, sonra SMP mimarisine sahip düğümler ortaya çıktı.

Aslında, tüm detaylar düğümlerin yapısına gizlenmiştir. Dahası, düğümler farklı şekillerAyrıca, komşu düğümlerde bile işlemciler farklı olabilir. Sağlar

harika yapılandırma seçimi esnekliği. Bilgi işlem sistemindeki toplam düğüm sayısı 512'ye ulaşabilir. SP2 düğümleri aslında bağımsız BilgisayarlarVe onların düzlemleri bağımsız isimler altında IBM'ye satılmaktadır. Bunun en çarpıcı örneği, Mikroişlemeli Power3-II'nin mikroişlemcileri olan Dört İşlemci SMP sunucusu RS / 6000 44P-270'dir, bu da orta sınıfın bilgisayarlarının sınıfına veya hatta mini süper bilgisayarlara atfedilebilir.

SP2 düğümlerinde kurulan mikroişlemciler iki mimari hatta geliştirilmiştir: Güç - Power2 - Power3 - Power3-II ve PowerPC, 332 MHz'lik bir saat frekansı ile model 604E'ye kadar.

SP2 için geleneksel "ince" (geniş düğüm) ve SMP mimarisine sahip "geniş" (geniş düğüm) düğümlerdir. Hem PowerPC 604E'yi (iki ila dört işlemciden) ve Power3-II (dörtten fazla) monte edilebilirler. Düğümlerin batarya kapasitesi 256 MB ila 3 GB'dir (Power3-II - 8 GB'a kadar kullanılırken). İnce ve geniş düğümler arasındaki ana farklar G / Ç alt sistemi ile ilgilidir. Geniş düğümler daha güçlü G / Ç yetenekleri gerektiren görevler için tasarlanmıştır: onlarda on kişi var pCI Yuvaları (üç 64 bit) ince düğümlerde iki yuvaya karşı. Buna göre, geniş düğümlerde disk cihazları için montaj bölmelerinin sayısı daha büyüktür.

Anahtarın hızı, düşük gecikme değerleri ile karakterize edilir: 1.2 MS (80'in üzerindeki düğüm sayısı ile 2 ms'ye kadar). Bu, modern Linux-Kümeler Beowulf'ta elde edilebilecek olandan daha iyi bir büyüklük sırasıdır. Her bağlantı noktasının tepe bant genişliği: bir yönde 150 MB / s'dir (yani çift yönlü iletim başına 300 MB / s). Aynı bant genişliği, SP2 düğümlerinde bulunan anahtarlayıcı adaptörlere sahiptir. IBM ayrıca mükemmel gecikmeler ve bant genişliği sonuçları sağlar.

En güçlü SP2 düğümleri "yüksek" (yüksek düğüm). Yüksek düğüm, altı parçaya kadar olan bir miktarda bağlı giriş / çıkış / çıkış aygıtlarındaki bir hesaplama düğümünden oluşan bir karmaşıktır. Böyle bir düğüm ayrıca bir SMP mimarisine sahiptir ve 222 veya 375 MHz saat frekansı olan 8 Power3 işlemcisi içerir.

Ek olarak, bu türdeki düğüm, aynı zamanda bağlı olan bir giriş / çıktı ücreti içerir. sistem kartı. G / Ç panosu, verilerin harici cihazlara iletildiği iki kılıç simetrik mantıksal bloğu içerir.

diskler ve telekomünikasyon ekipmanı gibi. G / Ç kartında dört PCI 64-bit slot ve bir 32-bit slot (frekans 33 MHz), ayrıca entegre ultrassi kontrolörleri, Ethernet 10/100 Mbps, üç ardışık ve bir paralel bağlantı noktası vardır.

Yüksek düğümlerin ve Power3-II / 375 MHz'in microoprocessörlerinin ortaya çıkmasıyla IBM SP2 sisteminin Linpack Parll'teki testi 723.4 gflops performansına ulaştı. Bu sonuç, 176 düğüm (704 işlemci) kullanıldığında elde edilir. Düğümlerin 512'ye kadar ayarlanabileceği göz önüne alındığında, bu sonuç seri olarak üretilen IBM SP2'nin potansiyel olarak 1 TFLop'a yakın olduğunu göstermektedir.

Küme Sun Solutions Sun Microsystems

Sun Microsystems, MultiCessor SMP sunucuları Sparcserver 1000 ve SparcCenter 2000'in düğüm olarak kullanıldığı ürün Sparcclaster PDB sunucusuna dayanan küme çözümleri sunar ve SPARCSERVER 1000, Sekiz işlemciye kadar ve SparcCenter 2000 ila 20 SuperSPARC işlemcisine girebilir. Aşağıdaki bileşenler aşağıdaki bileşenleri içerir: SPARCSERVER 1000 / 1000E veya SPARCCENTER 2000 / 2000E, iki SPARCSTORAGE DİĞERİ DİSKİ DİĞERİ, YIKIŞMA KULLANIMI, SINIF YÖNETİMİ Konsolu Konsolu Sınıfı Yönetimi de dahil olmak üzere bir küme oluşturmak için bir paketin yanı sıra iki küme düğümü. Konsol, SparcClaster PDB Yazılım Yazılımı ve Küme Hizmeti Paketi.

Yüksek performans ve iletişimin kullanılabilirliğini sağlamak için, küme tüm veri tetikleyicilerinin tam çoğaltılmasını destekler. Küme düğümleri, 100 Mbps bant genişliğine sahip SunfastEthernet kanalları ile birleştirilir. Disk alt sistemlerini, fiber-optik fiber kanal arayüzünü, 25 Mbps bant genişliğine sahip olan 25 Mbps bant genişliğine sahip olan, bu da sürücülerin ve düğümlerin birbirinden çıkarılmasını 2 km'ye kadar bir mesafeye kabul eder. Düğümler, düğümler ve disk alt sistemleri arasındaki tüm bağlantılar donanım düzeyinde çoğaltılır. Donanım, Yazılım ve Küme Ağı, sistemdeki böyle bir yerin yokluğunu, tek bir arıza veya bir başarısızlığın tüm sisteminin türünü türetir.

Üniversite Projeleri

Kentucky Üniversitesi'nin ilginç gelişimi - KLIT2 Küme (Kentucky Linux Athlon 2). KLAT2 sistemi, AMD Athlon / 700 MHz işlemcileri olan 64 disksiz düğümden ve her birinde 128 MB RAM'den oluşur. Yazılım, Derleyiciler ve Matematiksel Kütüphaneler (Scalapack, Blacs ve ATLAS) 3DNOW teknolojisini verimli bir şekilde kullanmak için sonuçlandırıldı! aMD İşlemcileriVerimliliği artırmayı mümkün kılan şey. Önemli ilgi, "Düz KomşuGrood Ağı" adlı (FNN) kullanılan kullanılan ağ kararıdır. Her düğüm SmartLink'ten dört hızlı Ethernet ağ adaptörüne sahiptir ve düğümler dokuz 32 portlu anahtarlar kullanılarak bağlanır. Aynı zamanda, iki düğüm için, her zaman anahtarlardan biriyle doğrudan bir bağlantı vardır, ancak tüm düğümleri tek bir anahtarla bağlamanıza gerek yoktur. AMD mimarisi ve FNN topolojisi kapsamında yazılımın optimizasyonu sayesinde, 1 GFLOPS başına 650 ABD doları rekor fiyat / performans oranı elde etmek mümkündü.

Kümeyi bölümlere bölme fikri, Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda uygulanan Chiba City projesinde ilginç bir düzenleme aldı. Ana bölüm, her birinde 256 bilgi işlem düğümü içerir.

İki Pentium III / 500 MHz işlemcisi, 512 MB RAM ve 9 GB kapasiteli bir yerel disk bulunmaktadır. Bilgi işlem bölümüne ek olarak, görselleştirme bölümü (Matrox Millenium G400 Grafik, 512 MB RAM ve 300 GB Sürücü, 32 IBM Intellistation Kişisel Bilgisayarlar), Veri Depolama bölümünü içerir (8) iBM Sunucuları Xeon / 500 MHz işlemcileri ve 300 GB sürücü ile Netfinity 7000) ve kontrol bölümü (12 bilgisayar IBM Netfinity 500). Hepsi, desteklemek için kullanılan bir mürteli ağ tarafından birleştirilir. paralel Uygulamalar, yanı sıra Gigabit Ethernet ve Hızlı Ethernet yöneticileri ve hizmet amaçlıdır. Tüm bölümler "Şehirler" (şehir) 32 bilgisayarlara ayrılmıştır. Her birinin "belediye başkanı", yerel olarak "Şehrine" sunan, servis ağındaki yükü azaltan ve sağlayan hızlı erişim yerel kaynaklara.

Rusya'daki Küme Projeleri

Rusya'da, yüksek performanslı bilgi işlem kaynaklarına her zaman yüksek bir ihtiyaç vardı ve nispeten düşük küme projeleri, ülkemizdeki bu tür çözümlerin yaygın şekilde yayılmasına ciddi bir ivme görevi gördü. Birincisinden biri, YVVIBD'de monte edilmiş ve myrinet ağıyla ilişkili sekiz Pentium II işlemcisinden oluşan bir küme "parite" ortaya çıktı. 1999 yılında SCI ağına dayanan küme çözümü, Rusya'da paralel sistemler oluşturmak için SCI teknolojisini kullanarak esasen bir öncü olan Nicece'de test edildi.

SCI iletişim ağına dayanan yüksek performanslı bir küme Moskova Devlet Üniversitesi Bilimsel Araştırma Merkezine kurulur. NIVC Küme, 12 çift işlemci sunucusu "eximer", Intel pentium. III / 500 MHz, saniyede toplam 12 milyar operasyona sahip toplam 24 işlemci olan toplam 24 işlemci. Sistemin toplam maliyeti, yaklaşık 40 bin dolar veya 1 GFLop başına yaklaşık 3.33 bin.

Küme hesaplama düğümleri, iki boyutlu bir Tor 3x4'teki tek yönlü SCI ağ kanalları ile bağlanır ve aynı anda Hızlı Ethernet yardımcı ağı ve 3COM superstack anahtarı aracılığıyla merkezi sunucuya bağlanır. SCI ağı bir küme çekirdeği yapımıdır bu sistem Geniş bilgisayar sınıfının geniş bir görev sınıfına yönelik benzersiz bir bilgi işlem kurulumu. Kullanıcı uygulamalarındaki SCI ağı üzerinden maksimum veri döviz kuru 80 MB / s'den daha fazladır ve gecikme süresi yaklaşık 5.6 μs'dir. Bu hesaplama kümesini oluştururken, Dolphin Interconnect çözümleri ve Scali Computer (Norveç) tarafından geliştirilen entegre Wulfkit çözümü kullanılmıştır.

Küme üzerindeki paralel programlamanın ana araçları, Scampi 1.9.1'in MPI (Mesaj Geçen arayüzü) sürümüdür. LINPack testinde, 16000x16000 boyutunda bir boyut matrisiyle bir lineer denklem sistemini çözerken, gerçek performans 5.7 GFLop'tan daha fazlaydı. NPB paket testlerinde, küme performansı karşılaştırılabilir ve bazen Cray T3E ailesinin süper bilgisayarlarının performansını aynı sayıda işlemciyle aşıyor.

NIVZ MSU NIVC bilgisayar kümelenmesinin ana uygulamasının temel alanı, temel bilimsel araştırma ve eğitim sürecine destekdir.

Diğer ilginç projelerden, St. Petersburg Üniversitesi'nde, Hızlı Ethernet teknolojisi temelinde uygulanan karar verilmelidir: Toplanan kümeler kullanılabilir ve tam teşekküllü bağımsız eğitim sınıfları olarak ve tek bir bilgisayarı çözen tek bir hesaplama kurulumu olarak görev. Samara Bilimsel Merkezinde

alpha ve Pentium III işlemcilerine dayanan bilgisayarları içeren bir homojen olmayan bilgi işlem kümesi oluşturma yolunda gittiler. Petersburg Teknik Üniversitesi'nde, bilgi işlem düğümlerinde yerel diskler kullanmadan alfa işlemcilerinin ve mürteli ağa dayanarak kurulum. UFA State Havacılık Teknik Üniversitesi'nde, bir küme, hızlı Ethernet ağı ve Linux işletim sistemi, on iki alfa istasyonları temelinde tasarlanmıştır.

2. Aritmetik mantık cihazları. Yapı, tasarıma yaklaşım, alkanın ana denklemleri

3. Birlik bölümündeki transfer devrelerinin organizasyonu. Bit uzantısı, hızlandırılmış transfer şeması

4. Kayıt Aller, mikroişlemcinin temel yapısıdır. Bina kayıt yapıları için seçenekler. Görev Yönetimi ve Senkronizasyonu

7. Ürün yazılımı kontrol cihazı. Yapı, Kontrol sinyalleri oluşturmanın yolları, MicroComand adresleme

8. İşletmelerin komutları ve yolları. Komutların yürütülmesinin konveyör prensibi

9. Yapısal çatışmalar ve onları en aza indirmenin yolları. Verilere göre çatışmalar, konveyörün durakları ve ayrılma mekanizmasının uygulanması

10. Geçiş komutlarını yapmak ve yönetim çatışmalarını en aza indirmek için kayıpları azaltmak

11. Hafıza sistemlerinin sınıflandırılması. Mikroişlemci sistemlerinde bellek sistemlerinin organizasyonu

12. Nakit hafızasının ilkeleri. RAM'den nakit hafızaya veri görüntülemenin yolları

13. Doğrudan bellek erişim modları. PDP'nin kontrolörlerinin yapıları

14. Sanal hafızanın ilkeleri

15. Mikroişlemci sistemlerinin işleyişinin tipik yapıları ve prensipleri

16. Mikroişlemci sisteminin işleyişinin ana modları. Ana Programın Uygulanması, Arama Subroutinleri

17. Mikroişlemci sisteminin işleyişinin ana modları. Kesintilerin ve İstisnaların İşlenmesi

18. Döngüsel bir ankete sahip sistemler. Öncelikli Kesinti Bloğu

19. Mikroişlemci sistemlerdeki unsurlar arasında bilgi alışverişi yapın. Karayolu kızı

Bölüm 2

20. Modern mikroişlemci mimarilerin sınıflandırılması. Tam ve kısaltılmış komuta seti ile mimari, Supercalar mimarisi

21. Modern mikroişlemci mimarilerin sınıflandırılması. Princeton (Arka Plan Neymanan) ve Harvard Mimarisi

22. Modern 8-bit Mikrodenetleyicilerin Yapısı Crisc-Mimarisi

22 (?). Modern 32-bit mikrodenetleyicilerin yapısı Crisc-Mimarisi

23. Dijital işleme işlemcileri: Organizasyon ilkeleri, Genelleştirilmiş yapı

24. ArchitectureNintelp6 örneğinde genel amaçlı işlemciler

25. Paralel bilgi işlem sistemlerinin mimarilerinin sınıflandırılması. Paylaşılan paylaşılan hafıza olan sistemler

26. Paralel bilgi işlem sistemlerinin mimarilerinin sınıflandırılması. Dağıtılmış Bellek Sistemleri

27. Vektör konveyör bilgisayar sistemleri. Tabakalaşma ile hafıza. Sistem yapısının özellikleri-1

28. Matrix Bilgi İşlem Sistemleri. Bina bellek sistemlerinin ve anahtarların özellikleri

29. Veri kontrol makineleri. İnşaatlarının işletme ilkeleri ve özellikleri. Grafik Programı Sunum Yöntemi

30. Programlanabilir bir yapıya sahip sistemler. Üniforma bilgi işlem ortamları

31. Systolik Bilgi İşlem Sistemleri

32. Küme Bilgi İşlem Sistemleri: Tanım, Sınıflandırma, Topoloji

32. Küme Bilgi İşlem Sistemleri: Tanım, Sınıflandırma, Topoloji

Küme bilgisayar sistemleri, MPA sistemlerinin mimarisinde ortaya konan fikirlerin geliştirilmesinin devamı haline geldi. Bir işlemci modülü, MPA sisteminde eksiksiz bir bilgisayar düğümü olarak gerçekleştirilirse, seri bilgisayarlar bu hesaplama düğümleri olarak kullanılır.

Küme- Bu, tek bir bilgi işlem kaynağı olarak kullanılan birleştirilmiş tam teşekküllü bilgisayarlar kümesidir. Küme düğümleri olarak, hem aynı (homojen küme) hem de farklı (heterojen kümeler) bilgisayar makineleri kullanılabilir. Mimarisi ile Küme Bilgi İşlem Sistemi zayıf bir şekilde sahip olunan. Kümeler oluşturmak için, basit tek işlemci kişisel bilgisayarlar genellikle veya iki veya dört işlemci SMP sunucusu kullanılır. Düğümlerin kompozisyonu ve mimarisine herhangi bir kısıtlama getirmez.

Donanım düzeyinde küme- Ağ tarafından birleşmiş bağımsız bilgisayar sistemlerinin birleşimi.

Küme sistemlerinin en basit sınıflandırması, disk dizileri kullanma yöntemine dayanır: birlikte veya ayrı ayrıdır.

Paylaşılan diskler olmadan küme yapılandırması:

Paylaşılan disklerle küme yapılandırması:

İki düğümün kümelerinin yapıları gösterilir, koordinasyonu, mesajları değiştirmek için kullanılan yüksek hızlı satırla sağlanır. Ayrıca küme bilgisayarlarına veya özel bir çizgiye dahil edilmemiş olan yerel bir ağ olabilir. Özel bir çizgi durumunda, bir veya daha fazla küme düğümü, yerel veya küresel bir ağa erişebilecek, böylece sunucu kümesi ve uzak istemci sistemleri arasındaki bağlantıya sahip olacaktır.

Temsil edilen kümeler arasındaki fark, yerel bir ağ durumunda, düğümlerin yerel disk dizilerini kullanması ve seçilen bir düğüm hattının durumunda, bir aşırı bağımsız sabit sürücü veya sözde RAID (ReddanDarrayOfindependependedisks) olduğu durumunda paylaşılan. RAID, kontrol cihazı tarafından kontrol edilen birkaç diskten oluşur, yüksek hızlı kanallar ile birbirine bağlanır ve harici sistem tarafından bir bütün olarak algılanır. Kullanılan dizi türüne bağlı olarak, çeşitli derecelerde hata toleransı ve hız sağlanabilir.

Kümelenme yöntemleri için kümelenme yöntemleri, sistemin ana fonksiyonel özelliklerini belirleyen yöntemler:

∙ Pasif rezervasyon ile kümelenme;

∙ Aktif rezervasyon ile kümelenme;

∙ Bağımsız Sunucular;

∙ Tüm disklere bağlanma sunucuları;

∙ Paylaşılan disklerle sunucular.

Rezervasyon Kümeleme en eski ve evrensel yöntemdir. Sunuculardan biri tüm hesaplama yükünü üstlenir, diğeri aktif değil, ancak ana sunucu başarısız olduğunda hesaplamaları kabul etmeye hazır. Aktif (veya birincil) sunucu periyodik olarak bir yedekleme (ikincil) sunuculu bir yedekleme mesajı gönderir. Birincil sunucu arızası olarak kabul edilen mesajların takılmasında, ikincil sunucu kontrolü üstlenir.

Kümeler için pasif rezervasyon, karakteristik değildir. "Küme" terimi, bilgisayar işleminde aktif olarak dahil olan ve ortaklaşa bir güçlü bilgisayar makinesinin yanılsamasını oluşturan çeşitli ilişkili düğümlere bakın. Bu yapılandırma genellikle bir sistem kavramını aktif bir ikincil sunucuya sahip kullanır ve üç kümeleme yöntemi vardır: Bağımsız sunucular, diskleri ve sunucu paylaşım sunucusunu paylaşmadan sunucular.

İlk yöntemde, her küme düğümü kendi diskleriyle bağımsız bir sunucu olarak kabul edilir ve sistemdeki disklerin hiçbiri paylaşılmaz.

Haberleşme maliyetlerini azaltmak için, çoğu küme şu anda genellikle RAID disk dizisi ile temsil edilen ortak disklere bağlı sunuculardan oluşur. Bu yaklaşım için seçeneklerden biri, disklerin paylaşımının geçerli olmadığını göstermektedir. Ortak diskler bölümlere ayrılır ve her küme düğümü tahsis edilir. Düğümlerden biri reddediyorsa, küme, ortak diskin bölümüne erişim haklarının başka bir düğüme iletileceği şekilde yeniden yapılandırılabilir. Farklı bir versiyonla, çoklu sunucu, genel disklere zaman erişiminde ayrılır, böylece herhangi bir düğümün tüm ortak disklerin tüm bölümlerine erişimi vardır. Bu yaklaşım, sunuculardan yalnızca birinin herhangi bir zamanda verilere erişebileceğini garanti eden herhangi bir engelleme araçlarını gerektirir.

Küme çiftlerinin topolojisi:

Küme parasının topolojisi İki veya dört sayısal kümeyi düzenlemek için kullanılır. Düğümler çiftler halinde gruplandırılır, disk dizileri, çiftin bir parçası olan her iki düğüme de katılır ve her çift düğümün bu çiftin tüm disk dizilerine erişebilir. Çiftin düğümlerinden biri bir başkası için bir yedek olarak kullanılır.

Dört-ChOSL küme buharı, iki bölgeli bir topolojinin basit bir şekilde genişlemesidir. Her iki küme), uygulama açısından ve ayarları açısından tek bir tamsayı olarak değerlendirilir.

Topoloji N.+ 1:

Topoloji N. + 1 İki, üç ve dört düğümden oluşan kümeler oluşturmanıza olanak sağlar. Her disk dizisi sadece iki küme düğümüne bağlanır. Disk dizileri, RAID1 şemasına (yansıtma) göre düzenlenir. Bir sunucunun tüm disk dizileri ile bağlantısı vardır ve diğer tüm (temel veya aktif) düğümler için yedek olarak işlev görür. Yedekleme sunucusu, aktif düğümlerden herhangi biriyle bir çiftte yüksek derecede hazırlık sağlamak için kullanılabilir.

Topoloji N. × N. Topolojiye benzer N. + 1, iki, üç ve dört düğümden oluşan kümeler oluşturmanıza izin verir, ancak aksine daha fazla esneklik ve ölçeklenebilirliğe sahiptir. Yalnızca bu topolojide, tüm küme düğümleri, sırayla RAID1 şemasına (yansıtma) göre oluşturulmuş tüm disk dizilerine erişebilir. Topolojinin ölçeklenebilirliği, sistemin bağlantılarını değiştirmeden küme ve disk dizilerine ilave düğümler ekleme basitliğinde ortaya çıkıyor.

Topoloji, işleme işleminin hatalı bir düğümden yedeklemeye aktarıldığı ve bir sonraki yedek montajı vb. Arızası durumunda, genel topolojinin daha iyi hata toleransı ve esnekliğe sahip olması durumunda, bir cascade hata tolerans sistemi düzenlemenizi sağlar. diğer topolojilerle karşılaştırıldığında.

Topoloji N.× N.:

Tamamen ayrılmış erişim ile topoloji:

Tamamen ayrılmış erişim ile topoloji her disk dizisinin yalnızca bir küme düğümü ile bağlantısını sağlar. Sadece tamamen ayrı erişimin mimarisinin karakteristik olduğu için önerilir.

Blue Gene / L ve SGI Altix ailesi.

Küme sistemlerinde hesaplama düzenlemek için temel bir yazılım olarak, Windows Sickute Cluster Server (CCS) 2003 olarak kabul edilir. Genel özellikleri ve Küme düğümlerinde çalışan hizmetlerin bileşimi verilir.

Bu bölüme girerken, başlatma ve yönetme eksileri ile çalışma kuralları tüp CCS verilir. CCS zamanlayıcısının kümelenmedeki görevlerin yürütülmesinde ayrıntılarını açıklar.

1.1. Yüksek performanslı işlemciler ve küme sistemlerinin mimarisi

Bilgisayar işlemcisi mimarisinin gelişimi tarihinde, iki ana aşama ayırt edilebilir:

• 1. aşama - işlemcilerin saat sıklığında bir artış (2000'e kadar),
• 2. aşama - çok çekirdekli işlemcilerin ortaya çıkması (2000'den sonra)

Böylece, birkaç işlemcinin sistem kaynağını paylaştığı yüksek performanslı sunucular oluştururken gelişen SMP tabanlı bir yaklaşım (simetrik çok parçalama) ve, önce RAM (bkz. Şekil 1.1), seviyeye kaydırıldı. Çekirdeğin içinde işlemcinin içinde.

İncir. 1.1.

Çok çekirdekli işlemcilere giderken, ilk olarak Hyper-threading teknolojisi, ilk olarak 2002 yılında Intel Pentium 4 işlemcilerinde uygulanan:

İncir. 1.2.

Bu teknolojide, iki sanal işlemci, bir fiziksel işlemcinin tüm kaynaklarını, yani önbellek, yürütme konveyörü ve bireysel aktüatörleri paylaşır. Aynı zamanda, bir sanal işlemci paylaşılan bir kaynak yaptıysa, ikincisi serbest bırakılmasını bekler. Böylece, Hyper-threading işlemcisi, sanal bilgisayarını tam bir fonla çalışan ve bu işlemlerin prosedürünü ve zamanını fiziksel ekipmanlarda planlamanın her bir işlemi sağlayan çoklu görevli bir işletim sistemi ile karşılaştırılabilir. Yalnızca Hyper-threading durumunda, tüm bunlar önemli ölçüde daha düşük bir donanım düzeyinde olur. Bununla birlikte, iki komut akışı, işlemcinin aktüatörlerini daha verimli bir şekilde yüklemenizi sağlar. İşlemcinin Hyper-threading teknolojisinin kullanımından performansındaki gerçek artış, yüzde 10 ila 20 arasında tahmin edilmektedir.

Bireysel görevler üzerinde tam teşekküllü bir çift çekirdekli işlemci (bkz. Şekil 1.3), performans artışını yüzde 80 ila% 100'lüktır.

İncir. 1.3.

Böylece, çift çekirdekli ve genel durumda, Çok çekirdekli işlemci , Minyatürde SMP olarak kabul edilebilir, bu da karmaşık ve pahalı çok işlemci ana kartları kullanma ihtiyacı yoktur.

Dahası, her çekirdek olabilir (örneğin, Intel Pentium Extreme Edition 840 işlemcisinde) hiper-diş açma teknolojisini destekleyin ve bu nedenle böyle bir çift çekirdekli işlemci aynı anda dört yazılım akışı gerçekleştirebilir.

2007 yılının başlarında, Intel, TERAFLOPS Araştırma Yongası (http://www.intel.com/Research/platform/terascale/teraflops.htm) adlı 80 çekirdekli tek çipli işlemciyi tanıttı. Bu işlemci, 1,01 teraflopların performansına, Kernel 3.16 GHz'in minimum saat hızı ve 0.95 V voltajına ulaşabilir. Bu durumda, toplam enerji tüketimi Çip sadece 62 W'dir.

Intel tahminlerine göre, önümüzdeki 5 yıl içinde çok sayıda çekirdekli işlemcilerin ticari versiyonları görünecek ve 2010 yılına kadar tedarik edilen tüm sunucuların dörtte biri TERAFOP'a sahip olacak verim.

Küme Bilgi İşlem Sistemleri ve Mimarlıkları

Küme - Bu, çeşitli bağımsız bilgisayarlardan ve ağları birbirine bağlayan ağlardan oluşan bir yerel (bir yerde coğrafi olarak yerleştirilmiş) bir yereldir. Ek olarak, küme yerel bir sistemdir, çünkü tek bir bilgisayar sistemi olarak ayrı bir idari etki alanı içinde yönetilir.

Bilgisayar düğümleri Bunlardan oluşan, çeşitli alanlarda ve çeşitli uygulamalarda kullanılan standart, evrensel (kişiselleştirilmiş) bilgisayarlardır. Hesaplamalı düğüm, ikinci durumda, simetrik (SMP) yapılandırmasında bir mikroişlemci veya birkaç şekillendirme içerebilir.

Klonun ağ bileşeni, normal bir yerel ağ olabilir veya küme düğümleri arasında süper güç veri iletimi sağlayan özel ağ teknolojileri temelinde oluşturulabilir. Küme ağı, küme düğümlerini entegre etmek için tasarlanmıştır ve genellikle, kullanıcıların kümee erişildiği harici bir ağdan ayrılır.

Küme yazılımı iki bileşenden oluşur:

• geliştirme / Programlama Araçları ve
• kaynak Yönetimi Araçları.

Geliştirme araçları arasında diller, kütüphane derleyicileri içerir Çeşitli hedef, üretkenlik ölçüm araçlarının yanı sıra, hep birlikte, paralel uygulamalar oluşturmanıza olanak sağlar.

Kaynak yönetimi yazılımı, kurulumları, yönetim ve iş planlama araçlarını içerir.

Paralel işleme için birçok programlama modeli olmasına rağmen, ancak şu anda, baskın yaklaşım "Mesaj Mesajı" (Mesaj İletişimi Arabirimi) dayanan bir modeldir. MPI, C veya Fortran dillerindeki programlarda paralel işlemler arasındaki mesajların yanı sıra bu işlemlerin kontrol edilmesinin yanı sıra iletiler iletebileceği bir fonksiyon kütüphanesidir.

Bu yaklaşıma alternatifler, tipik temsilcileri HPF dilleri (birleşik paralel C) olan "Global Dağılmış Adres Alanı" (GPAS - Global Bölüm Alanı Alanı) denilen dillerdir.