Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кривобок

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
11.02.2016
Размер:
780.18 Кб
Скачать

Титулка курсової

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ

— це декілька незалежних обчислювальних машин, що використовуються спільно і працюють як одна система для вирішення тих чи інших задач, наприклад, для підвищення продуктивності, забезпечення надійності, спрощення адміністрування тощо. Обчислювальний кластер потрібен для збільшення швидкості обрахунків за допомогою паралельних обчислень.

grid - Си ми озподі них обчи нь

2

 

ЗМІСТ

 

Титулка курсової .................................................................................................................................

1

СПИСОК СКОРОЧЕНЬ......................................................................................................................

2

ЗМІСТ...................................................................................................................................................

3

ВСТУП .................................................................................................................................................

4

РОЗДІЛ 1 ..............................................................................................................................................

6

1.1

Структури кластерів..................................................................................................................

7

1.2

Варіанти структур кластер них систем .................................................................................

10

1.3

Спеціальні вимоги до операційних систем...........................................................................

11

1.4

Порівняння кластерів і SMP – систем ...................................................................................

11

РОЗДІЛ 2 ............................................................................................................................................

12

2.1 Основні класи сучасних паралельних комп'ютерів. ................................................................

13

2.2

Кластерна архітектура ............................................................................................................

13

Кластер одного вузла......................................................................................................................

14

Кластер декількох вузлів...............................................................................................................

15

2.3

Кластерна архітектура паралельних комп'ютерів ................................................................

16

2.3.1 Загальні принципи............................................................................................................

16

2.4

Комунікаційні технології побудови кластерів .....................................................................

17

2.5

Цілі створення кластерних систем.........................................................................................

18

2.6

Відмовостійкий кластер..........................................................................................................

19

2.6.1 Принципи побудови .........................................................................................................

19

2.6.2 Кластера VAX/VMS .........................................................................................................

21

2.7

Високопродуктивні кластери .................................................................................................

24

2.7.1 Принципи побудови .........................................................................................................

24

2.8

Проект Beowulf........................................................................................................................

26

2.8.1 Архітектура Beowulf. .......................................................................................................

27

2.9 Системне ПЗ ........................................................................................................................

29

Висновок ............................................................................................................................................

31

Список використаної літератури .....................................................................................................

32

3

ВСТУП

Розвиток традиційних архітектур побудови обчислювальних систем,

такихяк SMP, MPP, векторних паралельних систем йде досить швидкими темпами. Підвищується продуктивність, зростає надійність і відмовостійкість. Однак у цих архітектур є один недолік - вартість систем,

що створюються, часом недоступна для багатьох користувачівтаких систем -

освітніх та науково -дослідних організацій. Во буває дуже високою через ускладнення апаратних і програмнихскладових системи, які потрібні для забезпечення таких темпів зростанняпроізводіельності. Однак потреба в обчислювальних ресурсах уданий час дуже висока в багатьох сферах наукової та практичноїдіяльності і для її забезпечення не вистачає ресурсів традиційнихсуперкомп'ютерних систем.

Кластерні системи виникли як більш дешеве рішення проблеми нестачі обчислювальних ресурсів, і грунтуються на використанні у своїй архітектурі широко поширених і відносно дешевих технологій,апаратних і програмних засобів, таких як PC, Ethernet, Linux і т.д.

Використання масових технології в кластерних системах стало можливим завдяки значного прогресу у розвитку компонентів звичайних обчислювальних систем, таких як центральні процесори, операційні системи,

комунікаційні середовища.

Так як кластерні системи архітектурно є розвитком систем з масовим паралелізмом MPP, то головну роль у їх розвитку є прогрес в галузі мережевих технологій. До теперішнього часу з'явилися недорогі, але ефективні комунікаційні рішення. Це і визначило швидку появу і розвиток кластерних обчислювальних систем. Також прогрес у розвитку кластерних систем сприяли й інші чинники.

4

Продуктивність персональних комп'ютерів на базі процесорів Intel

востанні роки також значно зросла. Такі комп'ютери стали створювати серйозну конкуренцію робочих станцій на базі більш дорогих і потужних

RISCпроцесорів. Одночасно стала набувати все більшої популярності ОС

Linux - безкоштовно поширювана версія UNIX. При цьому в наукових організаціях і університетах, де і розробляється більшість кластерних систем,

як правило, є фахівці з ОС Linux.

Високий ступінь розвитку кластерних систем на сьогоднішний день показуєтой факт, що в списку найпотужніших суперкомп'ютерів світу Top500

- значиться 11 кластерних установок.

5

РОЗДІЛ 1

В останній час увагу розробників мультипроцесорних систем все більш приваблює ідея кластеризації. Кластеризація - альтернатива побудови симетричних мультипроцесорних систем і передбачає більш високу продуктивність і “живучість” обчислювальних комплексів. Тому застосування такої структури є особливо привабливою при створенні серверних комплексів.

Кластер можна визначити як групу взаємозв’язаних повноцінних комп’ютерів, виконуючих спільно деяку роботу таким чином, що з зовні вона сприймається як єдиний обчислювальний ресурс.

Термін повноцінний в даному випадку означає, що такий комп’ютер може працювати і як автономний, окремо від кластера. В літературі окремі комп’ютери у складі кластера зазвичай називають вузлами (nodes).

Переваги кластеризації обчислювального комплексу:

Абсолютна масштабованість. Можливе створення кластерів,

які по своїм характеристикам залишать далеко позаду навіть самі потужні автономні обчислювальні машини. Кластер може включати у свій склад десятки машин, кожна з яких, в свою чергу, може мати мультипроцесорну структуру.

Накопичення в процесі експлуатації. Кластер організовується таким чином, що в процесі його експлуатації можна добавляти до нього вузли, не модифікуючи вже існуючі.

Висока надійність. Оскільки кожний вузол у кластері є комп’ютером, здатним працювати самостійно, відмова одного з вузлів не приводить до втрати працездатності всього комплексу. У більшості систем такого типу працездатність комплексу при відмові одного із вузлів підтримується відповідними програмами автоматично.

6

Зниження співвідношення ціна/продуктивність.

Використовуючи при побудові кластера в ролі складових блоків продукцію масового виробництва, можливо створити комплекс, з продуктивністю,

такою ж, або навіть більшою, як і найбільша окрема обчислювальна машина.

Він буде коштувати, при цьому, набагато дешевше.

1.1Структури кластерів

Влітературі можна зустріти досить багато різних систем класифікації кластерів. Тривіальна класифікація - по спільному використанню одних і тих же дисків окремими вузлами.

Пр

 

Пр

 

Пр

 

Пр

 

 

 

 

 

 

 

Канал передачі повідомлень

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пм

 

В/В

 

В/В

 

 

В/В

 

В/В

 

Пмм

 

 

 

м

 

м

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диск

 

 

 

 

 

 

 

Диск

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Структура кластера. Сервер з резервуванням без спільної дискової пам’яті.

Канал передачі повідомлень

Пр

 

Пр

 

В/В

 

 

 

 

В/В

 

Пр

 

Пр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спільна

 

 

 

 

 

 

 

Пм

 

В/Вм

 

В/Вм

В/В

 

В/Вм

 

Пмм

 

 

 

Дискова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

память

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диск

 

 

 

 

 

 

 

Диск

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Структура кластера. Система з спільною дисковою пам’ятю.

7

На рис.1 показаний кластер, який складається з двох вузлів, в якому єдиним засобом обміну інформацією між вузлами є високошвидкісний канал зв’язку.

По цьому каналу відбувається обмін повідомленнями, за допомогою яких координується робота вузлів. Цей канал зв’язку може бути або складовою частиною локальної мережі, до якої підключені і інші комп’ютери, які не входять до складу кластера, або спеціалізованим каналом. В останньому випадку один або кілька вузлів кластера можуть бути підключені до локальної або глобальної обчислювальної мережі, і через неї кластер, який виконує роль сервера, може зв’язуватись з віддаленими клієнтами системи.

Це не обов’язково, але така структура вузла забезпечує більш високу продуктивність і надійність комплексу.

Альтернативою структури кластера з єдиним каналом зв’язку є спільне використання дискової пам’яті. В цьому випадку канал зв’язку між вузлами кластера, як правило, зберігається, але основний обмін даними між вузлами відбувається через спільну дискову пам’ять. Найбільш доцільно використовувати в ролі такої RAIDсистеми або інші багатодискові системи з надлишковістю. Це дозволяє забезпечувати високу надійність комплексу,

оскільки найбільш слабим її місцем є саме спільна дискова пам’ять.

Піонерами кластерних систем були системи з пасивним резервуванням

(passive standby). Такий комплекс складається із двох вузлів, один з яких виконує всю роботу, а другий знаходиться в пасивному резерві на випадок,

якщо відмовить працюючий вузол. Для координації роботи активний вузол час від часу посилає пасивному вузлу повідомлення, які засвідчують його працездатність (heartbeat message). Якщо такі повідомлення перестають надходити, пасивний вузол розцінює це як відмова активного вузла і вступає в роботу. Тека конструкція комплексу підвищує його надійність в порівнянні з єдиною машиною, але ніяк не відображається на продуктивності комплексу. Більше того, якщо єдина інформація, яка передається від активного вузла пасивному, - повідомлення про працездатність і в комплексі

8

відсутня можливість звернення вузлів до спільної дискової пам’яті, то пасивний вузол при включенні дублює функції активного вузла, що відмовив, але не володіє даними при поточний стан процесу, який був сформований раніше активним вузлом.

В даний час комплекс з пасивним резервуванням не вважається кластером.

Цим терміном зараз прийнято позначати комплекси з множиною працюючих вузлів, які сумісно рішають поставлену задачу. Часто їх називають комплексами з активним вторинним вузлом (active secondary).

Комплекси з активним вторинним вузлом діляться на три види:

1.роздільні сервери;

2.сервери підключені до дисків;

3.сервери із спільною дисковою пам’ятю.

Роздільні сервери мають структуру, аналогічну наведеній на рис.1. В цій структурі необхідна спеціальна програма планування і управління вузлами,

яка розподіляє між ними запити клієнтів, балансує завантаження окремих вузлів і забезпечує високу ступінь використання обчислювальних ресурсів комплексу. Бажано, щоб спеціальна програма забезпечувала живучість комплексу при виході з ладу одного з вузлів, тобто перерозподіляла покладені на нього функції між вузлами що залишились працездатними. Для цього приходиться постійно копіювати дані з одного вузла на інші. Щоб у випадку необхідності вони могли „підхопити” його роботу. Таким чином в цій структурі за підвищення надійності приходиться платити зниження продуктивності.

Сервери підключені до дисків. Щоб позбавитись від необхідності постійного копіювання оперативних даних з одного вузла на інший, більшість сучасних кластерів дозволяють окремим серверам (вузлам) підключатись до дисків спільного користування. Існує варіант такого підходу, в якому диски спільного користування розділені на томи, причому кожний том знаходиться

9

у підпорядкуванні певного вузла. При відмові одного з вузлів кластер переконфігуровується таким чином, що право „володіння” його томом передається якому несуть іншому вузлу.

Cервери з спільною дисковою пам’ятю. В цьому варіанті всі вузли мають рівні права доступу до всіх дисків спільного користування. Цей підхід потребує використання спеціального механізму взаємних блокувань, який виключав би можливість одночасного модифікування даних різними вузлами.

1.2 Варіанти структур кластер них систем

Структура

 

Опис

 

 

 

Переваги

 

Обмеження

 

Пасивне

 

Вторинний

 

сервер

Легко реалізується

Висока

вартість

Резервування

 

включається в роботу у

 

 

експлуатації,

 

 

 

 

випадку

 

відмови

 

 

оскільки

вторинний

 

 

 

первинного сервера

 

 

сервер більше часу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

простоює

 

 

Активні

 

Вторинні сервери весь час

Збільшення

 

Зростає складність

 

Вторинні вузли

 

активні так само як і

рентабельності,

 

 

 

 

 

 

 

первинний

 

 

оскільки

вторинні

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сервери

не

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

простоюють

 

 

 

 

 

Роздільні

 

Кожний сервер має власні

Висока надійність

Велике навантаження

Сервери

 

диски.

Оперативні дані

 

 

на канали зв’язку із-

 

 

 

час від часу копіюються з

 

 

за

необхідності

 

 

 

одного диску на інший

 

 

копіювання

 

Сервери

 

Сервери зв’язані з всіма

Зменшення

потоку

Вимагає

 

 

підключені

 

дисками,

хоча

кожен

інформації

по

використання

 

До

множини

працює з своїм. Якщо

каналах зв’язку

технології

RAID для

дисків

 

 

виходить з ладу один із

 

 

забезпечення

 

 

 

 

серверів,

його

диски

 

 

працездатності

 

 

 

 

передаються

іншому

 

 

комплексу при виході

 

 

 

серверу

 

 

 

 

 

із

ладу

одного

із

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дисків

 

 

Сервери

із

Всі

сервери

мають

Зменшення

часу

Потребує

спеціальні

спільною

 

постійний доступ до всіх

відтворення

системи

програми

взаємного

дисковою

 

дисків

 

 

 

при відмові одного із

блокування

і

пам’яттю

 

 

 

 

 

дисків

 

використання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

технології

RAID для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

забезпечення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

працездатності

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

комплексу при виході

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

ладу

одного

із

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дисків

 

 

10