Klaszter - számítógépek csoportja , amelyeket nagy sebességű kommunikációs csatornák egyesítenek, és a felhasználó szemszögéből egyetlen hardvererőforrást képviselnek. A fürt több számítási rendszer lazán összekapcsolt gyűjteménye, amelyek közös alkalmazások végrehajtására működnek, és a felhasználó számára egyetlen rendszerként jelennek meg. Gregory Pfister , a klasztertechnológia egyik első megalkotója a következőképpen határozta meg a klasztert: „ A klaszter olyan párhuzamos vagy elosztott rendszer, amely:
Általában a következő fő klasztertípusokat különböztetjük meg:
Rövidítésük HA ( High Availability ) . A fürt által nyújtott szolgáltatás magas rendelkezésre állása érdekében készült. A fürtben lévő csomópontok redundáns száma garantálja a szolgáltatás nyújtását egy vagy több szerver meghibásodása esetén. A csomópontok tipikus száma kettő, ami az a minimális szám, amely nagyobb rendelkezésre állást eredményez. Nagyon sok szoftveres megoldás született az ilyen klaszterek felépítésére.
A feladatátvevő klaszterek és rendszerek 3 fő típusra oszthatók:
Egy adott technológia ezeket az elveket bármilyen kombinációban kombinálhatja. Például a Linux-HA támogatja az átvételi konfigurációs módot , amelyben a kritikus kéréseket az összes csomópont együtt dolgozza fel, míg a többit egyenletesen osztja el közöttük. [egy]
Működésük elve a kérések egy vagy több bemeneti csomóponton keresztül történő elosztásán alapul , amelyek átirányítják azokat feldolgozásra más számítási csomópontokhoz. Egy ilyen klaszter kezdeti célja a teljesítmény, de gyakran alkalmaznak olyan módszereket is, amelyek növelik a megbízhatóságot. A hasonló kialakításokat szerverfarmoknak nevezik . A szoftver (szoftver) lehet kereskedelmi ( OpenVMS , MOSIX , Platform LSF HPC, Solaris Cluster , Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler) vagy ingyenes ( OpenMosix , Sun Grid Engine , Linux Virtual Server ).
A klasztereket számítási célokra használják, különösen a tudományos kutatásban. A számítási fürtök esetében jelentős mutató a processzor magas teljesítménye a lebegőpontos számokkal végzett műveletekben ( flop ) és az egyesítő hálózat alacsony késleltetése , valamint kevésbé jelentős - az I / O műveletek sebessége, ami fontosabb az adatbázisok és a webszolgáltatások számára . A számítási klaszterek lehetővé teszik a számítási idő csökkentését egyetlen számítógéphez képest azáltal, hogy a feladatot párhuzamos végrehajtó ágakra osztják, amelyek egy csatlakozó hálózaton keresztül cserélnek adatot. Az egyik tipikus konfiguráció nyilvánosan elérhető összetevőkből összeállított, Linux operációs rendszert futtató számítógépek halmaza, amelyek Etherneten , Myrineten , InfiniBandon vagy más, viszonylag olcsó hálózaton keresztül kapcsolódnak össze. Az ilyen rendszert általában Beowulf -fürtnek nevezik . Külön megkülönböztetik a nagy teljesítményű klasztereket (a HPC Cluster angol rövidítése – High-performance computing cluster ). A legerősebb nagy teljesítményű számítógépek listája (a HPC angol rövidítése is lehet) megtalálható a TOP500 világranglistán . Oroszországban besorolják a FÁK legerősebb számítógépeit. [2]
Az ilyen rendszereket általában nem tekintik klasztereknek, de elveik nagymértékben hasonlóak a klasztertechnológiához. Ezeket rácsrendszereknek is nevezik . A fő különbség az egyes csomópontok alacsony elérhetősége, vagyis az, hogy egy adott időpontban nem tudják garantálni a működését (a csomópontok működés közben kapcsolódnak és lekapcsolódnak), ezért a feladatot számos független folyamatra kell felosztani. Egy ilyen rendszer a klaszterekkel ellentétben nem úgy néz ki, mint egyetlen számítógép, hanem a számítások elosztásának egyszerűsített eszközeként szolgál. A konfiguráció instabilitását ebben az esetben nagyszámú csomópont kompenzálja.
Szerverfürt ( információs technológiában ) - logikailag kombinált kiszolgálók csoportja , amelyek képesek azonos kérések feldolgozására és egyetlen erőforrásként használhatók. Leggyakrabban a szervereket helyi hálózaton keresztül csoportosítják. A kiszolgálók egy csoportja megbízhatóbb és jobban teljesít, mint egyetlen szerver. A szerverek egy erőforrásba egyesítése a szoftverprotokollok szintjén történik.
A számítógépek hardveres fürtjétől eltérően a szoftver által szervezett fürtök a következőket igénylik:
A legtöbb esetben a kiszolgálófürtök külön számítógépeken működnek. Ez lehetővé teszi a teljesítmény javítását azáltal, hogy elosztja a terhelést a hardver erőforrásokon, és hibatűrést biztosít hardver szinten.
A kiszolgálók klaszterének (szoftverprotokoll szintjén) megszervezésének elve azonban lehetővé teszi több szoftverszerver futtatását egy hardverszerveren. Ilyen felhasználásra lehet szükség:
A TOP500 szervezet évente kétszer közzéteszi a világ ötszáz legproduktívabb számítástechnikai rendszerének listáját, amelyek között az elmúlt években gyakran a klaszterek vannak túlsúlyban. A leggyorsabb klaszter az IBM Roadrunner ( Los Alamos National Laboratory , USA , 2008-ban jött létre), maximális teljesítménye (2008 júliusában) 1026 Petaflops . Európa leggyorsabb rendszere ( 2008 júliusában ) egy szuperszámítógép, a BlueGene /P Németországban található , Jülich város kutatóközpontjában , Észak-Rajna-Vesztfáliában , az elért maximális teljesítmény 167,3 teraflop .
A fürtrendszerek méltó helyet foglalnak el a leggyorsabbak listáján, miközben árban jelentősen felülmúlják a szuperszámítógépeket. 2008 júliusában a TOP500 értékelés 7. helyén az SGI Altix ICE 8200 klaszter ( Chippewa Falls , Wisconsin , USA) áll.
A szuperszámítógépek viszonylag olcsó alternatívája a Beowulf -koncepcióra épülő klaszterek , amelyek közönséges olcsó számítógépekből épülnek fel szabad szoftveren. Egy ilyen rendszer gyakorlati példája a Stone Soupercomputer az Oak Ridge National Laboratory -ban ( Tennessee , USA, 1997).
A legnagyobb magánkézben lévő klasztert (1000 processzor közül) John Koza építette.
A klaszterek létrejöttének története elválaszthatatlanul összefügg a számítógépes hálózatok korai fejlődésével. A számítógépek közötti nagysebességű kommunikáció kialakulásának egyik oka a számítási erőforrások összevonásának reménye volt. Az 1970-es évek elején a TCP/IP protokollcsoport és a Xerox PARC laboratórium szabványokat állított fel a hálózatépítésre. Megjelent a Hydra operációs rendszer a DEC PDP-11 számítógépekhez is , az ennek alapján létrehozott klaszter a C.mpp nevet kapta ( Pittsburgh , Pennsylvania , USA, 1971). Azonban csak 1983 körül fejlesztettek ki mechanizmusokat a feladatok és fájlok hálózaton keresztüli egyszerű megosztására, főleg a SunOS -ről ( a Sun Microsystems BSD - alapú operációs rendszere ).
Az első kereskedelmi fürtprojekt az ARCNet volt , amelyet a Datapoint hozott létre 1977-ben. Nem vált nyereségessé, ezért a klaszterépítés csak 1984-ben fejlődött ki, amikor is a DEC megépítette VAX/VMS operációs rendszerre épülő VAXclusterét . Az ARCNet és a VAXcluster nemcsak közös számítástechnikára készült, hanem a fájlrendszer és a perifériák megosztására is, figyelembe véve az adatok integritásának és egyértelműségének megőrzését . A VAXCluster (most nevén VMSCluster ) a DEC Alpha és Itanium processzorokat használó HP OpenVMS operációs rendszer szerves része .
Két másik korai elismert fürttermék a Tandem Hymalaya (1994, HA osztály ) és az IBM S/390 Parallel Sysplex (1994).
A fürtök közönséges személyi számítógépekből történő létrehozásának története sokat köszönhet a Parallel Virtual Machine projektnek . 1989-ben ez a szoftver a számítógépek virtuális szuperszámítógépekbe való csatlakoztatására megnyitotta a lehetőséget azonnali fürtök létrehozására. Ennek eredményeként az akkoriban létrehozott összes olcsó klaszter összteljesítménye felülmúlta a "komoly" kereskedelmi rendszerek kapacitásának összegét.
Az adatátviteli hálózattal összekapcsolt, olcsó személyi számítógépeken alapuló klaszterek létrehozását 1993-ban az amerikai Aerospace Agency NASA folytatta , majd 1995 -ben kifejlesztették a kifejezetten ezen az elven megtervezett Beowulf klasztereket. Az ilyen rendszerek sikere ösztönözte a grid hálózatok fejlesztését, amelyek a UNIX kezdete óta léteznek .
A szerverek közötti interakció megszervezésének széles körben használt eszköze az MPI könyvtár , amely támogatja a C és Fortran nyelveket . Használják például az MM5 időjárás-szimulációs programban .
A Solaris operációs rendszer biztosítja a Solaris Cluster szoftvert , amely magas rendelkezésre állást és feladatátvételt biztosít a Solarist futtató szerverek számára. Az OpenSolarishoz létezik egy nyílt forráskódú megvalósítás, az OpenSolaris HA Cluster .
Számos program népszerű a GNU/Linux felhasználók körében:
A fürtmechanizmusokat a tervek szerint a DragonFly BSD kernelbe építik be , amely 2003-ban vált ki a FreeBSD 4.8-ból. A jövőben azt is tervezik, hogy egyetlen operációs rendszer környezetté alakítsák .
A Microsoft kiadja a HA-fürtöt a Windows operációs rendszerhez . Úgy gondolják, hogy a Digital Equipment Corporation technológiája alapján hozták létre , legfeljebb 16 (2010 óta) csomópontot támogat egy fürtben, valamint a SAN -ban (Storage Area Network) való működést. Egy API-készletet használnak az elosztott alkalmazások támogatására, vannak üresek az olyan programokkal való munkavégzéshez, amelyek nem igényelnek fürtben való munkát.
A 2006 júniusában kiadott Windows Compute Cluster Server 2003 (CCS) olyan csúcskategóriás alkalmazásokhoz készült, amelyek fürt számítástechnikát igényelnek. A kiadást úgy tervezték, hogy több olyan számítógépen is üzembe helyezhető, amelyek a szuperszámítási teljesítmény elérése érdekében fürtözöttek. A Windows Compute Cluster Server minden fürtje egy vagy több főgépből áll, amelyek elosztják a feladatokat, és több szolgagépből, amelyek a fő munkát végzik. 2008 novemberében bemutatták a Windows HPC Server 2008 -at a Windows Compute Cluster Server 2003 helyére.
Novell Open Enterprise Server (OES) – hálózati operációs rendszer, a Novell NetWare és a SUSE Linux Enterprise Server „ fúziója ” ; képes többek között vegyes fürtök létrehozására, amelyekben az erőforrások átválthatnak NetWare szerverről Linux szerverre és fordítva.