Съвременни проблеми на информатиката
Факултет по информационни технологии
Речник на термините в колекцията "Изчислителни системи"
Клъстерни изчислителни системи
Клъстер - група взаимосвързани изчислителни системи (възли), които работят заедно и съставляват един изчислителен ресурс, създавайки илюзията за една VM. За свързване на възлите се използва една от стандартните мрежови технологии (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet), базирана на архитектура на шината или комутатор. Примери за клъстерирани изчислителни системи: NT клъстер в NCSA, клъстери Beowulf.
Една от най-модерните тенденции в създаването на изчислителни системи - клъстериране. В допълнение към термина "клъстерни изчисления" често се използват следните имена: клъстер от работни станции (клъстер на работна станция), хиперкомпютър (хиперкомпютър), мрежово базирани паралелни изчисления (мрежови едновременни изчисления), ултракомпютър (ултракомпютър).
Първоначално клъстерите бяха изправени пред две задачи: да постигнат висока изчислителна мощност и да осигурят повишена надеждност на самолета. Корпорацията DEC се счита за пионер в областта на клъстерните архитектури, която разработи първия търговски клъстер в началото на 80-те години на миналия век.
Архитектурата на клъстерните системи в много отношения е подобна на архитектурата на MPP системите.
Същият принцип на разпределената памет, използването на цялостни компютри като изчислителни възли, голям потенциал за мащабиране на системата и редица други функции. Като първо приближение, клъстерната технология може да се разглежда като развитие на идеите за масивни паралелни изчисления. От друга страна, много характеристики на клъстерната архитектура дават основание да се счита за независима посока в областта на MIMD системите.
Както еднопроцесорната виртуална машина, така и самолетът от тип SMP могат да действат като възел на клъстера (логично, SMP система е представена като единична виртуална машина). Като правило това не са специализирани устройства, пригодени за използване в изчислителна система, както в MPP, а налични в търговската мрежа компютри и системи. Друга характеристика на клъстерната архитектура е, че възлите от различен тип се комбинират в една система, от персонални компютри до мощни самолети. Извикват се клъстерирани системи със същите възли хомогенни клъстери, и с различни видове възли - разнородни клъстери.
Използването на масово произвеждани машини значително намалява цената на самолетите, а възможността за променливи единици от различни типове позволява да се получат необходимите характеристики на достъпна цена. Също така е важно възлите да могат да работят независимо и отделно от клъстера. За да направите това, всеки възел работи под собствена операционна система. Най-често използваните стандартни операционни системи: Linux, FreeBSD, Solaris и Windows версии, които продължават посоката на Windows NT.
Изчислителните машини (системи) в клъстер си взаимодействат в съответствие с един от двата транспортни протокола. Първият, протоколът за контрол на предаването (TCP), работи с потоци байтове, за да гарантира, че съобщението се доставя надеждно. Второ, UDP (User Datagram Protocol) се опитва да изпраща пакети данни, без да гарантира тяхната доставка. Напоследък се използват специални протоколи, които работят много по-добре, например Архитектура на виртуален интерфейс (VIA).
При обмен на информация се използват два софтуерни метода: предаване и разпространение на съобщения, споделена памет. Първият разчита на изричния трансфер на информационни съобщения между клъстерни възли. Като алтернатива също се изпращат съобщения, но движението на данни между клъстерните възли е скрито от програмиста.
Възлите са свързани към мрежата с помощта на мрежови адаптери. Като се има предвид ролята на комуникациите, се използва специална I/O шина за свързване на ядрото на изчислителния възел с мрежата. Локалните магнитни дискове също са свързани към тази шина. Наличието на такива дискове е типично за клъстерни системи, но не е типично за MPP системи. Елементите на изчислителното ядро са обединени посредством локалната системна шина. Комуникацията между тази шина и I/O шината се осигурява от мост.