Karpenko и

Мултипроцесор система (MIMD-система).
Компютърни клъстери.

Както вече писахме клъстър компютър - един MIMD-система (multicomputer), състояща се от множество отделни компютри (клъстер възли), обединени от обща комуникационна среда. Всеки възел има своя собствена локална памет. В тази обща физическа памет за възли обикновено не съществуват. Комуникационни медии обикновено изчислителни клъстери позволява възли да общуват помежду си само чрез предаване на съобщения. Като цяло, клъстър компютър трябва да се разглежда като единна хардуер и софтуер, система, която има обща комуникационна система, единен център за контрол и планиране на капацитета.

клъстер възли изчислителна може да функционира под различни операционни системи. Въпреки това, най-често използваните стандартни UNIX-подобни системи. Имайте предвид, че гледната точка на разработката на приложения на паралелни програми на не разполагат с никакви фундаментални различия между еднородните изчислителни клъстери и на MPP-системи.

Изчислителна клъстери са класифицирани главно от характера на възлови процесори (вж. Фиг. 1).

Класификация изчислителни клъстери за вида процесори на възлова точка.

Както клъстър компютър възли обикновено използват персонални компютри, работни станции и SMP-сървър. Ако възел клъстер използва SMP-система, като клъстър компютър, наречен SMP-клъстер.

Ако възлите на клъстер се използват персонални компютри или работни станции, нормално е положението, когато, по време на решаването на проблема върху клъстер от възлите на клъстера продължава да изпълни поредица от потребители задачи. В резултат на това относителното представяне на клъстера възли промени на случаен принцип и широко. Решение автоматично ще приеме изписването на потребителската програма. Въпреки това, ефективно решение на този проблем изглежда да е много проблематично. Ситуацията се усложнява, ако има файлови сървъри, клъстър компютър сред компютри. В същото време по време на решаването на проблема на клъстер в широк диапазон, може да варира товарене комуникационна среда, което прави комуникационни разходи непредсказуем задача.

Karpenko и

Фиг.1. Класификация на изчислителни касетъчни възли.

Класификация изчислителни клъстер възли хомогенност.

Като всяка MIMD системи, компютърни клъстери са разделени на хомогенни системи касетъчни (хомогенна изчислителни клъстери) и хетерогенни системи касетъчни (хетерогенна изчислителни клъстери).

Обикновено, когато хората говорят за изчислителни клъстери включва хомогенни изчислителни клъстери. Въпреки това, често при изграждане на клъстер трябва да използват процесори, които се различават не само по производителност, но също и в областта на архитектурата, от процесорите клъстер възел. Затова постепенно хомогенна клъстър компютър може да стане неравномерно. Тази хетерогенност създава следните проблеми. Разликата в производителността на процесора усложнява разпределението на работата между процесорите. Разликата в архитектура процесори изисква изготвянето на различни изпълними файлове за различни възли, а в случай на различия в представителство на данни и може да изисква преобразуване на формати при изпращане на съобщения между възлите.

Класификация изчислителни клъстер възел функционалност.

клъстер възли изчислителна може да бъде пълнофункционален компютри, които могат да работят като самостоятелно звено стойка. Изпълнението на такъв клъстер обикновено е ниска.

За да създадете високо-производителни клъстър компютър компютърната система блокира направени много по-прости, отколкото в първия случай (не е напълно функционален). Не е необходимо да се предоставят компютърни компоненти графични карти, монитори, твърди дискове и други периферни устройства. Периферни устройства е инсталиран само на един или няколко контролни компютри (хост-компютри). Такъв подход може значително да намали разходите на системата.

В класирането на клъстери използват и редица други класификации. Нека разгледаме две от тях (виж фигура 2 ...):

  • класификация на стандартни компоненти;
  • Класификация на функционална ориентация.

Karpenko и

Фиг.2. Класификация на компютърни клъстери.

Класификация изчислителни клъстери за стандартни компоненти.

По отношение на стандартните компоненти са могат да бъдат разграничени два класа на груповите системи:

  • клъстер е изграден изцяло на стандартни компоненти;
  • при изграждане на клъстер се използва изключително или не широко разпространени компоненти.

Компютърни клъстери от първи клас са с ниски цени и лесна поддръжка. Широко разпространени касетъчни технологии са го получили, като средство за създаване на относително евтини системи суперкомпютър класа на компонентите на масово производство.

второкласни клъстери позволяват да се получи много висока производителност, но те са естествено по-скъпи.

Класификация на изчислителни клъстери в тяхната функционална ориентация.

От функционална гледна точка касетъчните системи могат да бъдат разделени на високо касетъчните системи (с висока производителност) - HP-клъстери и наличност клъстер високо система (High Availability) - ха-клъстери. Високите клъстери се използват в области, които изискват значителна изчислителна мощ. Висока надеждност Клъстерите се използват, когато е възможно цената на престой надвишава стойността на разходите, необходими за изграждане на устойчиви на грешки на системата.

клъстери Висока производителност. Изчислителни клъстери, очевидно завиждам изпълнението на нейните звена. От друга страна, изпълнението на клъстера като sjakoj система с разпределена памет, изпълнението е силно зависим от комуникационната среда. Обикновено, изграждането на изчислителни клъстери използва доста евтино средство за комуникация. Такива медии предоставят производителност за един - два порядъка по-ниски от изпълнението на комуникационните медии суперкомпютри. Поради това, че не е много задачи, които могат да бъдат ефективно решени на големите касетъчните системи.

Влияние на изпълнение комуникационна среда за цялостното представяне на системата на клъстера е в зависимост от естеството на задачата. Ако задачата изисква често комуникацията между подпроблеми, които се решават в различни възли на изчислителни клъстери, комуникационна среда на скоростта трябва да се обърне максимално внимание. Съответно, в долната част на проблема си взаимодействат един с друг, може да се даде по-малко внимание, за да се ускори комуникационна среда.

Разнообразие от технологии за свързване на компютри в клъстер. Тези техники ще бъдат обсъдени в следващата глава.

Местоположение HP-клъстери сред съвременните високопроизводителни системи, Следният пример илюстрира: 500-те най компютри с висока производителност в света «Топ 500» изчислителни клъстери на евтини възли заемат около половината от списъка.

В България най-големият клиент на HP-клъстери - на нефтената и газовата промишленост, в MDM клъстери все повече се използват за обработка на триизмерни сеизмични данни, придобити по време на проучването.

лесно достъпни клъстери. Сред разнообразието от видове съвременни изчислителни системи ха ха-клъстери осигуряват високо ниво на отказоустойчивост най-ниска цена.

Най-общо казано, за да се гарантира, че системата за компютри има висока надеждност, е необходимо, че неговите компоненти са най-надеждната система за устойчиви на грешки, както и да бъде в състояние да "гореща" замяна на компоненти (без прекачване). Благодарение на групиране в случай на повреда на един от системите на компютри, задачи могат да бъдат автоматично (операционна система) се преразпределят между останалите (на ремонт) клъстър компютър възли. По този начин, за преодоляване на срив клъстера предвижда съкращение на всички жизненоважни компоненти на една компютърна система. Най-популярните търговски виновен толерантни системи в момента са две възлови клъстери.

Компютърни мрежи.

Щандове друг клас изчислителни клъстери - мрежи (мрежата), свързан с разнообразни касетъчни ресурси, мулти-процесор и компютри с един процесор, който може да принадлежат на различни организации и да се намират в различни страни.

Разработване на паралелни програми за компютърни мрежи се усложнява от следните проблеми. Ресурси (брой на възли, тяхната архитектура, изпълнение), които се разпределят на задачата се определя само в момента на обработка на поръчките мрежа, за да изпълни тази задача. Ето защо, програмистът не е в състояние да разработи програма за определена конфигурация компютърна мрежа. Програмата трябва да бъде разработена така, че да може да бъде динамично (без прекомпилиране), за да се самонастройва към избраната конфигурация на мрежата. В допълнение, комуникационна среда се добавя нехомогенност променливост на неговите характеристики, наречени промени натоварването на мрежата. В най-добрия случай, трябва да се разработи програма, като се вземат предвид хетерогенността на тази комуникационна среда, това е една много трудна задача. Както отбелязахме по-горе, подобен проблем се наблюдава и за изчисляване клъстери, които са базирани на персонални компютри или работни станции.

Ефективни изчислителни системи производителност касетъчни (реално приложения производителност - RAP) се оценява като 5-15% от пика на работата си (Peak Рекламен производителност, PAP). За сравнение: най-добрите системи maloprotsessornyh на векторни процесори, това съотношение се оценява като 30-50%.