Компьютерные кластеры. Автор: Капля Алексей Владимирович

Компьютерный кластер – это: Программно-аппаратный комплекс, состоящий из нескольких компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи, который используется и управляется как единый, унифицированный компьютерный ресурс.

Различают следующие виды кластеров: отказоустойчивые кластеры (High- availability clusters, HA) кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters) вычислительные кластеры (High Performance clusters)

Отказоустойчивые кластеры Создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером. Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов. Типичное число узлов два, это минимальное количество, приводящее к повышению доступности.

Кластеры распределения нагрузки Принцип их действия строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами.

Вычислительные кластеры Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными скорость операций ввода- вывода.

Задачи, решаемые компьютерными кластерами: Кластеры HP (Высокой производительности): обработка изображений: рендеринг, распознавание образов научные исследования: физика, биоинформатика, биохимия, биофизика промышленность (геоинформационные задачи, математическое моделирование), и др. Кластеры HA (Высокой надежности): биллинговые системы банковские операции электронная коммерция управление предприятием, и т.п....

Архитектура кластеров Существует несколько десятков различных кластерных конфигураций, но принято выделять две модели кластеров: - shared nothing model - модель, не разделяющая доступа или не имеющая общих подсистем. - shared device model - модель с разделяемым (одновременным) доступом к общей системе хранения данных;

Shared nothing model Использование кластеров данного типа ограничено небольшим кругом решаемых ими задач, поэтому их часто применяют с привлечением внешних по отношению к кластеру средств хранения и обработки данных.

Shared device model Архитектура с общей дисковой подсистемой. В этом случае не нужно держать несколько копий данных, и поэтому нет и проблемы синхронизации этих копий. При выходе из строя узла, общая дисковая подсистема остается физически доступной для других узлов.

Сетевые технологии для построения кластеров Fast Ethernet Gigabit Ethernet Myrinet Scalable Coherent Interface (SCI) InfiniBand Virtual Interface Architecture (VIA) И другие сравнительно недорогие технологии

ПО для компьютерных кластеров Распространённым для меж серверного взаимодействия является библиотека MPI, поддерживающая языки C и Fortran. Для ОС Linux: distcc, MPICH и др. средства для распараллеливания работы программ MOSIX, openMosix, Kerrighed, OpenSSI полнофункциональные кластерные среды, встроенные в ядро, автоматически распределяющие задачи между однородными узлами. Они создают среду единой операционной системы между узлами. Для ОС Windows: Windows Compute Cluster Server 2003 Windows HPC Server 2008,

Простейший компьютерный кластер Это может быть некоторое количество обычных ПК, соединенных в сеть на базе шинной архитектуры или коммутатора и на которых установлено и настроено соответствующее ПО

Выводы: Кластеры составляют конкуренцию суперкомпьютерам, во многом выигрывая в цене, а иногда и по производительности Кластер можно собрать из обычных ПК, которые одновременно будут рабочими станциями Основная проблема построения параллельных систем заключается в сложности параллельного программирования (некоторые задачи очень плохо или вообще не распараллеливаются)

Правда ли что… Большинство кластеров построены на базе ОС LINUX? Некоторые кластеры содержат общую разделяемую память? Кластер можно построить на обычной 100 мбит/сек сети на «витой паре»? Некоторые приложения выполняются с приблизительно одинаковой скоростью на кластере и на ПК?

Спасибо за внимание! Ссылки: html html