Вычислительные Кластеры

Кластер 2/30 Группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс. Разновидность параллельной или распределённой системы, которая: 1. состоит из нескольких связанных между собой компьютеров; 2. используется как единый, унифицированный компьютерный ресурс. Грегори Пфистер (Gregory F. Pfister) Один из первых архитекторов кластерной технологии

Схема кластера 3/30 Основные компоненты: Узлы кластера (одно- и мультипроцессорные (многоядерные) компьютеры) Межпроцессорные связи (heartbeat) Разделяемые диски (SCSI, Fiber Channel)

Fibre Channel Clusters 4/30 Прямое соединение (direct attach) SAN-соединение (SAN-attach)

Fibre Channel Clusters 5/30 Консолидация или объединение кластеров (Cluster consolidation)

Топология кластера 6/30

Топология кластера 7/30 Данные топологии кластера (в формате Pajek) представленные программой VANTED (Visualization and Analysis of Networks containing Experimental Data) Исходный граф

Виды кластеров 8/30 Отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA) Кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters) Высокопроизводительные кластеры (High-performance clusters, HPC) Grid-системы

Отказоустойчивые кластеры 9/30 HA Clusters или Failover Clusters создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером. Избыточное число узлов (минимум 2), входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров. В частности, для GNU/Linux, FreeBSD и Solaris существует проект бесплатного ПО Linux-HA.

Схема HA кластера 10/30 Методы повышения надежности: Зеркалирование дисков (Disk mirroring) Избыточные связи LAN Избыточные связи SAN Избыточные линии энергоснабжения и защита UPS

Кластеры с балансировкой нагрузки 11/30 Load balancing clusters распределяют запросы через один или несколько входных узлов (front-ends), которые перенаправляют их на обработку в вычислительные узлы (back-end servers). Первоначальная цель такого кластера производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами (server farms). Программное обеспечение может быть как коммерческим (OpenVMS Cluster, Platform LSF HPC, Sun Grid Engine, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler), так и бесплатным (Linux Virtual Server, Mosix).

Схема Load balancing кластера 12/30 Балансировка нагрузки SAN Балансировка нагрузки вебсерверов

Схема Load balancing кластера 13/30 Аппаратная и программная балансировка нагрузки

Высокопроизводительные кластеры 14/30 High performance cluster (HPC) позволяют увеличить скорость расчетов, разбивая задание на параллельно выполняющиеся потоки. Область применения научные исследования. Одна из типичных конфигураций набор серверов с установленной на них операционной системой Linux (кластер Beowulf). Для HPC создается специальное ПО, способное эффективно распределять задачу между узлами.

Схема Beowulf кластера 15/30 Группа идентичных РС (Client node) под управлением ОС Lunix (Server node), объединенных в небольшую TCP/IP LAN

IBM Roadrunner 16/30 Архитектура 12,960 IBM PowerXCell 8i CPUs 6,480 AMD Opteron dual-core processors, Infiniband, Linux 6,120 Opteron (2 cores) + 12,240 PowerXCell 8i (9 cores) = 122,400 cores Потребляемая мощность 2.35 MW Занимаемая площадь 296 racks (560м 2 ) Память TiB Производительность 1.7 petaflops (peak) Цена US$133M

LINPACK TOP500 17/30

Roadrunner TriBlade 18/30 Схема TriBlade модуля (платы QS22, LS21 и Expansion Blade)

Схема Roadrunner 19/30 3 модуля TriBlade образуют BladeCenter H 4 BladeCenter H монтируются в 42U стойку

Схема Roadrunner 20/30 15 стоек образуют Connected Unit Весь кластер состоит из 18 CUs

Grid-системы 21/30 Грид (англ. grid решетка, сеть) согласованная, открытая и стандартизованная компьютерная среда, которая обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации, которые являются частью этой среды, в рамках одной виртуальной организации. Грид является географически распределенной инфраструктурой, объединяющей множество ресурсов разных типов (процессоры, долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети), доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо от места их расположения.

Схема Grid-системы 22/30 Центральный узел (Control Server) распределяет задачи по узлам грида (Grid Node) и контролирует результат

Grid вычисления 23/30 Climate Prediction …

Персональный суперкомпьютер 24/30 Tesla S870 Tesla С870 Tesla D870