Цветовая схема:
C C C C
Шрифт
Arial Times New Roman
Размер шрифта
A A A
Кернинг
1 2 3
Изображения:
  • ХМАО - Югра, г. Нижневартовск
  • +7 (904) 483-50-68
  • sammitportal@mail.ru
  • Архив

    «   Май 2020   »
    Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
            1 2 3
    4 5 6 7 8 9 10
    11 12 13 14 15 16 17
    18 19 20 21 22 23 24
    25 26 27 28 29 30 31
                 

Евсюков Илья (9А): Что такое кластерные системы ПК?

Кластерные системы ПК

Кластерная система ПК, или по другому кластер – это модульная многопроцессорная система, созданная на базе стандартных вычислительных узлов, соединенных высокоскоростной коммуникационной средой. Проще говоря, кластер – это некоторая группа компьютеров, соединённых между собой, работающая как один.
типичный современный кластер:

Термин кластер очень тесно связан с понятием суперкомпьютер, в наше время это практически синонимы. Чтобы понять почему, следует ознакомиться с историей создания кластеров.
История создания кластеров
История кластеров берет свое начало в 80ых – 90ых годах прошлого столетия. В то время активно развивались суперкомпьютерные технологии. Основным направлением развития этих самых технологий было построение многопроцессорных систем из массовых микросхем. У учёных сформировалось два подхода к этому самому построению: это SMP и MMP. SMP (Symmetric Multi Processing), подразумевал объединение многих процессоров с использованием общей памяти, что сильно облегчало программирование, но предъявляло высокие требования к самой памяти. Сохранить быстродействие таких систем при увеличении количества узлов до десятков было практически невозможно. Кроме того, этот подход оказался самым дорогим в аппаратной реализации. На порядок более дешевым и практически бесконечно масштабируемым оказался способ МРР (Massively Parallel Processing), при котором независимые специализированные вычислительные модули объединялись специализированными каналами связи, причем и те и другие создавались под конкретный суперкомпьютер и ни в каких других целях не применялись.
Но при чем здесь кластер? А вот при чем – метод MPP лег в основу создания первого кластера, ведь логически МРР-система не сильно отличалась от обычной локальной сети. Локальная сеть стандартных персональных компьютеров, при соответствующем ПО использовавшаяся как многопроцессорный суперкомпьютер, и стала прародительницей современного кластера. Эта идея получила более совершенное воплощение в середине 1990-х гг., когда благодаря повсеместному оснащению ПК высокоскоростной шиной PCI и появлению дешевой, но быстрой сети. Fast Ethernet кластеры стали догонять специализированные МРР-системы по коммуникационным возможностям. Это означало, что полноценную МРР-систему можно было создать из стандартных серийных компьютеров при помощи серийных коммуникационных технологий, причем такая система обходилась дешевле в среднем на два порядка.
Вот самые знаменитые суперкомпьютеры с кластерной архитектурой «первого поколения»: Beowulf (1994, NASA Goddard Space Flight Center) — 16-процессор-ный кластер на процессорах Intel 486DX4/100 МГц; Avalon (1998, Лос-Аламосская национальная лаборатория) — Linux-кластер на базе процессоров Alpha 21164А/533 МГц.  Эти кластеры не были самыми производительными компьютерами своего времени( их современники не кластерные суперкомпьютеры были быстрее), но они стали первым серьезным шагом человечества в этом направлении.
вот так выглядит суперкомпьютер Beowulf:

С ростом технологий популярность кластеров все росла. Они были гораздо дешевле обычных суперкомпьютеров и почти не отставали от них в производительности. Если в 2000г в числе 40 самых мощных установок присутствовало лишь два кластера (самый мощный — 31-е место), то к 2004 г. их число среди первых 40 машин составило 24.  На сегодняшний день самым производительным кластером является IBM Sequoia, чья производительность составляет 16,32 петафлопс на 1 572 864 ядрах.

а это IBM Sequoia:



Классификация кластеров
В своем исторической справке я в основном говорил о так называемых вычислительных кластерах, т.к. именно их придумали первыми и именно они являются теми самыми производительными компьютерами, которые занимают места во всевозможных топах. Но помимо них существует ещё несколько видов кластеров, созданных под специальные задачи. Обычно различают следующие виды кластерных систем:

  1. Отказоустойчивые кластеры  (кластеры высокой доступности) - Обозначаются аббревиатурой HA (англ. High Availability — высокая доступность). 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. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров

  2. Кластеры с балансировкой 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.

  3. Вычислительные кластеры (HPC) - Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными — скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов. Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Одна из типичных конфигураций — набор компьютеров, собранных из общедоступных компонентов, с установленной на них операционной системой Linux, и связанных сетью Ethernet, Myrinet, InfiniBand или другими относительно недорогими сетями.

  4. Системы распределенных вычислений - Такие системы не принято считать кластерами, но их принципы в значительной степени сходны с кластерной технологией. Их также называют grid-системами. Главное отличие — низкая доступность каждого узла, то есть невозможность гарантировать его работу в заданный момент времени (узлы подключаются и отключаются в процессе работы), поэтому задача должна быть разбита на ряд независимых друг от друга процессов. Такая система, в отличие от кластеров, не похожа на единый компьютер, а служит упрощённым средством распределения вычислений. Нестабильность конфигурации, в таком случае, компенсируется больши́м числом узлов.


Использованные источники:

  1. Развитие кластерных систем (КС) в России(статья на km.ru)
  2. Статья на Википедии по теме


Евсюков Илья (9А): Что такое кластерные системы ПК?

Кластерные системы ПК


Кластерная система ПК, или по другому кластер – это модульная многопроцессорная система, созданная на базе стандартных вычислительных узлов, соединенных высокоскоростной коммуникационной средой. Проще говоря, кластер – это некоторая группа компьютеров, соединённых между собой, работающая как один.
типичный современный кластер:

Термин кластер очень тесно связан с понятием суперкомпьютер, в наше время это практически синонимы. Чтобы понять почему, следует ознакомиться с историей создания кластеров.
История создания кластеров
История кластеров берет свое начало в 80ых – 90ых годах прошлого столетия. В то время активно развивались суперкомпьютерные технологии. Основным направлением развития этих самых технологий было построение многопроцессорных систем из массовых микросхем. У учёных сформировалось два подхода к этому самому построению: это SMP и MMP. SMP (Symmetric Multi Processing), подразумевал объединение многих процессоров с использованием общей памяти, что сильно облегчало программирование, но предъявляло высокие требования к самой памяти. Сохранить быстродействие таких систем при увеличении количества узлов до десятков было практически невозможно. Кроме того, этот подход оказался самым дорогим в аппаратной реализации. На порядок более дешевым и практически бесконечно масштабируемым оказался способ МРР (Massively Parallel Processing), при котором независимые специализированные вычислительные модули объединялись специализированными каналами связи, причем и те и другие создавались под конкретный суперкомпьютер и ни в каких других целях не применялись.
Но при чем здесь кластер? А вот при чем – метод MPP лег в основу создания первого кластера, ведь логически МРР-система не сильно отличалась от обычной локальной сети. Локальная сеть стандартных персональных компьютеров, при соответствующем ПО использовавшаяся как многопроцессорный суперкомпьютер, и стала прародительницей современного кластера. Эта идея получила более совершенное воплощение в середине 1990-х гг., когда благодаря повсеместному оснащению ПК высокоскоростной шиной PCI и появлению дешевой, но быстрой сети. Fast Ethernet кластеры стали догонять специализированные МРР-системы по коммуникационным возможностям. Это означало, что полноценную МРР-систему можно было создать из стандартных серийных компьютеров при помощи серийных коммуникационных технологий, причем такая система обходилась дешевле в среднем на два порядка.
Вот самые знаменитые суперкомпьютеры с кластерной архитектурой «первого поколения»: Beowulf (1994, NASA Goddard Space Flight Center) — 16-процессор-ный кластер на процессорах Intel 486DX4/100 МГц; Avalon (1998, Лос-Аламосская национальная лаборатория) — Linux-кластер на базе процессоров Alpha 21164А/533 МГц.  Эти кластеры не были самыми производительными компьютерами своего времени( их современники не кластерные суперкомпьютеры были быстрее), но они стали первым серьезным шагом человечества в этом направлении.
вот так выглядит суперкомпьютер Beowulf:

С ростом технологий популярность кластеров все росла. Они были гораздо дешевле обычных суперкомпьютеров и почти не отставали от них в производительности. Если в 2000г в числе 40 самых мощных установок присутствовало лишь два кластера (самый мощный — 31-е место), то к 2004 г. их число среди первых 40 машин составило 24.  На сегодняшний день самым производительным кластером является IBM Sequoia, чья производительность составляет 16,32 петафлопс на 1 572 864 ядрах.

а это IBM Sequoia:



Классификация кластеров
В своем исторической справке я в основном говорил о так называемых вычислительных кластерах, т.к. именно их придумали первыми и именно они являются теми самыми производительными компьютерами, которые занимают места во всевозможных топах. Но помимо них существует ещё несколько видов кластеров, созданных под специальные задачи. Обычно различают следующие виды кластерных систем:

  1. Отказоустойчивые кластеры  (кластеры высокой доступности) - Обозначаются аббревиатурой HA (англ. High Availability — высокая доступность). 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. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров

  2. Кластеры с балансировкой 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.

  3. Вычислительные кластеры (HPC) - Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) и низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными — скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов. Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети. Одна из типичных конфигураций — набор компьютеров, собранных из общедоступных компонентов, с установленной на них операционной системой Linux, и связанных сетью Ethernet, Myrinet, InfiniBand или другими относительно недорогими сетями.

  4. Системы распределенных вычислений - Такие системы не принято считать кластерами, но их принципы в значительной степени сходны с кластерной технологией. Их также называют grid-системами. Главное отличие — низкая доступность каждого узла, то есть невозможность гарантировать его работу в заданный момент времени (узлы подключаются и отключаются в процессе работы), поэтому задача должна быть разбита на ряд независимых друг от друга процессов. Такая система, в отличие от кластеров, не похожа на единый компьютер, а служит упрощённым средством распределения вычислений. Нестабильность конфигурации, в таком случае, компенсируется больши́м числом узлов.


Использованные источники:

  1. Развитие кластерных систем (КС) в России(статья на km.ru)
  2. Статья на Википедии по теме