Mavzu: Klasterli hisoblash tizimlarini qurish va undan foydalanishni o‘rganish Ishdan maqsad

Mavzu: Klasterli hisoblash tizimlarini qurish va undan foydalanishni o‘rganish

Ishdan maqsad: Klasterli hisoblash tizimlarini o’rganish

Vazifani tayyorlash tartibi

• 
  Klasterli hisoblash tizimlari;
  
• 
  Klasterli hisoblash tizimlarni qurish;
  
• 
  Klasterli hisoblash tizimlari turlari;
  
• 
  Klasterli hisoblash tizimlarini qo’llanilish sohalari.
  

Klasterli hisoblash tizimlari

Klaster hisoblash tizimlari MPA tizimlari me'morchiligiga xos g'oyalar rivojlanishining

davomi bo'ldi. Agar MPA tizimida protsessor moduli to'liq hisoblash tuguni vazifasini

bajarsa, klaster tizimlarida bunday hisoblash tugunlari sifatida sotiladigan kompyuterlar

ishlatiladi. Aloqa texnologiyalarining rivojlanishi, ya'ni tezkor tarmoq uskunalari va

maxsus dasturiy kutubxonalarning paydo bo'lishi, masalan, standart tarmoq protokollari

orqali xabarlarni uzatish mexanizmini amalga oshiradigan MPI (Message Passing

Interface), klaster texnologiyalarini umuman mavjud qildi. Hozirgi vaqtda laboratoriyada

yoki sinfda kompyuterlarning hisoblash quvvatini birlashtirish orqali ko'plab kichik klaster

tizimlari yaratilmoqda.

Klaster texnologiyalarining jozibali xususiyati shundaki, ular kerakli ko'rsatkichlarga

erishish uchun heterojen tizimlarni yaratishga imkon beradi, ya'ni har xil turdagi

kompyuterlarni birlashgan hisoblash tizimlariga, shaxsiy kompyuterlardan kuchli

superkompyuterlarga qadar. Klaster texnologiyalari ommaviy ishlab chiqarish tarkibiy

qismlaridan superkompyuter sinfidagi tizimlarni yaratish vositasi sifatida keng tarqaldi, bu

hisoblash tizimining narxini sezilarli darajada pasaytiradi. Xususan, COst samarali

bo'lib, unda umumiy qiymati taxminan 100000 AQSh dollar bo'lgan 25 ta ikkita

protsessorli shaxsiy kompyuterlar asosida bir necha million dollarlik 48 protsessorli Cray

T3D ga teng ishlashga ega tizim yaratildi. ...

Penn State University aerokosmik muhandisligi professori Lyle Longning fikricha, nisbatan

arzon klasterli hisoblash tizimlari ilmiy tashkilotlarda qimmat superkompyuterlarga

muqobil bo'lib xizmat qilishi mumkin. Uning rahbarligida universitetda COCOA klasteri

qurildi. Ushbu loyiha doirasida 25 ta ish olib borilmoqda

har birida ikkita Pentium II / 400 MGts protsessorlari, 512 MB RAM, 4 GB SCSI qattiq disk

va tezkor chekilgan tarmoq adapteri bo'lgan DELL barrel stantsiyalari. Tugunlarni ulash

uchun bitta kengaytiruvchi modulli 24-portli Baynetworks 450T kaliti ishlatiladi.

O'rnatilgan dastur RedHat Linux operatsion tizimini, Portland Group Fortran 90 va HPF

kompilyatorlarini, bepul MPI dasturini - Message Passing Interface Chameleon (MPICH) va

DQS navbat tizimini o'z ichiga oladi.

38-chi aerokosmik ilmiy yig'ilish va ko'rgazmada taqdim etilgan maqolada Long

vertolyotlardan turli joylarda shovqin darajasini taxmin qilish uchun ishlatiladigan

avtomatik hisoblash yukini balanslash bilan hisoblash dasturining parallel versiyasini

tasvirlaydi. Taqqoslash uchun, ushbu hisoblash dasturi shovqinni 512 punktda hisoblash

uchun uch xil 48 protsessorli kompyuterlarda ishlagan. Cray T3E tizimida hisoblash 177

soniyani, SGI Origin2000 tizimida 95 soniyani va COCOA klasterida 127 soniyani tashkil

etdi. Shunday qilib, klasterlar ushbu sinfning vazifalari uchun juda samarali hisoblash

platformasi hisoblanadi.

Klaster tizimlarining superkompyuterlardan ustunligi shundaki, ularning egalari yirik

superkompyuter markazlarida bo'lgani kabi protsessor vaqtini boshqa foydalanuvchilar

bilan bo'lishishi shart emas. Xususan, COCOA yiliga 400,000 soatdan ortiq protsessor

vaqtini ta'minlaydi, superkompyuter markazlarida esa 50,000 soatni olish qiyin bo'lishi

mumkin.

Klasterli hisoblash tizimlarni qurish

Albatta, ushbu tizimlarning to'liq ekvivalenti haqida gapirishning hojati yo'q. Ma'lumki,

taqsimlangan xotiraga ega tizimlarning ishlashi kommutatsiya muhitining ishlashiga juda

bog'liq bo'lib, uni ikkita parametr bilan tavsiflash mumkin: kechikish - xabarni yuborishda

kechikish vaqti va tarmoqli kengligi - axborot uzatish tezligi. Masalan, Cray T3D

kompyuteri uchun bu parametrlar navbati bilan 1 mk va 480 Mb / s ni tashkil qiladi va Fast

Ethernet tarmog'i kommutatsiya vositasi sifatida ishlatiladigan klaster uchun bu

parametrlar 100 mk va 10 Mb / s ni tashkil qiladi. Bu qisman superkompyuterlarning juda

yuqori narxini tushuntiradi. Ko'rib chiqilayotgan klaster kabi parametrlar bilan, juda ko'p

miqdordagi protsessorlarda samarali echilishi mumkin bo'lgan juda ko'p vazifalar mavjud

emas.

Yuqoridagilardan kelib chiqib, biz ta'rif beramiz: klaster - bu bitta hisoblash manbai

sifatida ishlatiladigan o'zaro bog'liq bo'lgan to'liq kompyuterlarning to'plamidir. Klaster

tugunlari sifatida bir xil (bir hil klasterlar) va har xil (heterojen klasterlar)

kompyuterlardan foydalanish mumkin. Arxitekturasiga ko'ra, klasterli hisoblash tizimi

erkin bog'langan. Klasterlarni yaratish uchun odatda oddiy bitta protsessorli shaxsiy

kompyuterlar yoki ikkita yoki to'rt protsessorli SMP serverlardan foydalaniladi. Bu

tugunlarning tarkibi va arxitekturasiga cheklovlar qo'ymaydi. Tugunlarning har biri o'z

operatsion tizimi ostida ishlashi mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan standart operatsion

tizimlar Linux, FreeBSD, Solaris, Tru64 Unix, Windows NT.

Klasterli hisoblash tizimlari turlari

RAID10 - bu RAID0 da bo'lgani kabi, ma'lumotlar bir nechta disklarda ketma-ket

yoziladigan aks ettirilgan qator. Ushbu arxitektura RAID0 massivi bo'lib, uning segmentlari

alohida disklar o'rniga RAID1 massivlari hisoblanadi. Shunga ko'ra, ushbu darajadagi qator

kamida to'rtta diskni o'z ichiga olishi kerak. RAID10 yuqori xatolarga chidamliligi va

ishlash ko'rsatkichlarini birlashtiradi.

Klaster hisoblash tizimlarining yanada to'liq tasviri tizimning asosiy funktsional

xususiyatlarini aniqlaydigan klasterlash usullariga ko'ra klasterlarni tasniflash bilan

ta'minlanadi:

∙ passiv ortiqcha bilan klasterlash;

∙ faol ortiqcha bilan klasterlash;

∙ mustaqil serverlar;

∙ barcha disklarga ulangan serverlar;

∙ umumiy disklarga ega bo'lgan serverlar.

Ortiqcha klasterlash eng qadimgi va ko'p qirrali usuldir. Serverlardan biri barcha hisoblash

yukini o'z zimmasiga oladi, ikkinchisi esa harakatsiz qoladi, lekin asosiy server ishlamay

qolsa, hisoblashni qabul qilishga tayyor. Faol (yoki asosiy) server vaqti-vaqti bilan zaxira

(ikkinchi darajali) serverga yurak urishi to'g'risida xabar yuboradi. Birlamchi server

ishlamay qolgan deb hisoblangan yurak urishi xabarlari bo'lmagan taqdirda, ikkilamchi

server o'z vazifasini bajaradi. Ushbu yondashuv mavjudlikni yaxshilaydi, ammo ishlashni

yaxshilamaydi. Bundan tashqari, agar tugunlar orasidagi yagona aloqa xabar almashish

bo'lsa va klasterdagi ikkala server disklarni almashmasa, kutish serveri asosiy server

tomonidan boshqariladigan ma'lumotlar bazalariga kirish huquqiga ega emas.

Passiv ortiqcha, klasterlar uchun odatiy emas. "Klaster" atamasi hisoblash jarayonida faol

ishtirok etadigan va bitta kuchli hisoblash mashinasining illyuziyasini yaratadigan o'zaro

bog'liq tugunlarning to'plamini anglatadi. Ushbu konfiguratsiya odatda faol ikkilamchi

serverga ega tizim deb nomlanadi va uchta klasterlash usuli mavjud: yakka tartibdagi

serverlar, disk almashishsiz serverlar va disk almashish bilan ta'minlangan serverlar.

Birinchi usulda har bir klaster tuguni o'z disklari bo'lgan mustaqil server sifatida ko'rib

chiqiladi va tizimdagi disklarning hech biri birgalikda foydalanilmaydi. Ushbu sxema

yuqori ishlash va yuqori mavjudlikni ta'minlaydi, ammo barcha serverlardan muvozanatli

va samarali foydalanishga erishish uchun mijozlar so'rovlarini serverlar bo'yicha

taqsimlashni rejalashtirish uchun maxsus dasturiy ta'minotni talab qiladi. Ilovani bajarish

paytida tugunlardan biri ishlamay qolsa, boshqa klaster tuguni ushbu dasturni ushlab

turishi va tugatishi mumkin. Buning uchun tizimdagi ma'lumotlar doimiy ravishda

ko'chirilishi kerak, shunda har bir server tizimdagi barcha so'nggi ma'lumotlarga kirish

huquqiga ega bo'ladi. Ushbu xarajatlar tufayli yuqori darajaga faqat ishlashni yo'qotish

hisobiga erishiladi.

Aloqa yukini kamaytirish uchun hozirgi kunda ko'pchilik klasterlar umumiy RAID qatori

bilan ifodalangan umumiy disklarga ulangan serverlardan iborat (5.5.2-rasmga qarang).

Ushbu yondashuvning bir varianti disk almashishni taqozo etadi. Umumiy disklar bo'linadi

va har bir klaster tuguniga bo'lim beriladi. Agar tugunlardan biri ishlamay qolsa, klasterni

qayta sozlash mumkin, shunda uning umumiy disk qismiga kirish huquqlari boshqa tugunga o'tkaziladi.

Shu bilan bir qatorda, har qanday tugun barcha umumiy disklardagi barcha bo'limlarga

kirish huquqiga ega bo'lishi uchun bir nechta serverlar vaqt o'tishi bilan umumiy disklarga

kirish huquqini baham ko'rishadi. Ushbu yondashuv serverlardan faqat bittasi istalgan

vaqtda ma'lumotlarga kirishini ta'minlash uchun qandaydir qulflash mexanizmini talab qiladi.

Klasterlar yuqori darajadagi mavjudlikni ta'minlaydi - ular bitta operatsion tizimga va

umumiy xotiraga ega emas, ya'ni keshning muvofiqligi muammosi yo'q. Bundan tashqari,

har bir tugundagi maxsus dasturiy ta'minot boshqa barcha tugunlarning sog'lig'ini doimiy

ravishda kuzatib boradi. Ushbu boshqaruv har bir tugun tomonidan "Men hanuzgacha

hushyorman" signalining vaqti-vaqti bilan yuborilishiga asoslanadi. Agar ma'lum bir

tugundan signal kelmasa, unda bunday tugun ishlamay qolgan deb hisoblanadi; unga

kiritish-chiqarish imkoniyatlari berilmaydi, uning disklari va boshqa manbalari (shu

jumladan tarmoq manzillari) boshqa tugunlarga tayinlanadi va u bilan ishlaydigan

dasturlar boshqa tugunlarda qayta ishga tushiriladi.

Klasterli hisoblash tizimlarini qo’llanilish sohalari

Klaster ishlash ko'lamlari, shuningdek tugunlar qo'shiladi. Klaster bir nechta alohida

dasturlarni ishga tushirishi mumkin, ammo bitta dasturni masshtablash uchun uning

qismlari xabar almashish orqali aloqa qilishlari kerak. Shunga qaramay, klaster tugunlari

o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar an'anaviy hisoblash tizimlariga qaraganda ancha uzoq davom

etishini yodda tutish kerak. Tugunlar soni bo'yicha deyarli cheksiz o'sish qobiliyati va bitta

operatsion tizimning etishmasligi klaster me'morchiligini nihoyatda kattalashtiradi. Yuzlab

va minglab tugunlarga ega tizimlar muvaffaqiyatli qo'llanilmoqda.

Klasterlarni ishlab chiqishda ikkita yondashuvni ajratish mumkin. Birinchi yondashuv

kichik klaster tizimlarini yaratishdir. Klaster sinf kompyuterlari yoki laboratoriya ish

joylari kabi mustaqil bo'linmalar sifatida ishlashni davom ettiradigan to'liq ishlaydigan

kompyuterlarni birlashtiradi. Ikkinchi yondashuv - qudratli hisoblash manbalarini

maqsadli ravishda yaratish. Kompyuter tizim birliklari ixcham joylashgan

u maxsus javonlarda joylashgan bo'lib, tizimni boshqarish va vazifalarni bajarish uchun

bitta yoki bir nechta to'liq funktsiyali kompyuterlar, xost kompyuterlari deb nomlanadi.

Bunday holda, hisoblash tugunlarining kompyuterlarini grafik kartalar, monitorlar, disk

drayvlar va boshqa atrof-muhit uskunalari bilan ta'minlashning hojati yo'q, bu tizim narxini

sezilarli darajada pasaytiradi.

Kompyuterlarni klasterga birlashtirish uchun ko'plab texnologiyalar ishlab chiqilgan.

Hozirda eng keng qo'llaniladigan texnologiya - bu foydalanishga qulayligi va aloqa

uskunalarining arzonligi sababli Ethernet. Biroq, buning uchun atayin yetarli bo'lmagan

valyuta kursi to'lashi kerak.

Aloqa operatsiyalarining ulushi katta bo'lgan ko'p protsessorli tizimlarda chiziqli algebra

masalalarini echishga mo'ljallangan ScaLAPACK subroutine to'plamini ishlab chiquvchilar

ko'p protsessorli tizimga qo'yiladigan talabni quyidagicha shakllantirishgan: "MB / s bilan

o'lchangan ikkita tugun orasidagi protsessor almashinuvining tezligi kamida 1 / bo'lishi

kerak. MFLOPS da o'lchangan hisoblash tugunining eng yuqori ko'rsatkichi 10 ".

Klaster topologiyalari

Ikki-to'rtta tugundan tashkil topgan "kichik" klasterlar uchun tipik topologiyalarni ko'rib

chiqing.