Klaszter (számítógépek csoportja)

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:

  1. több egymással összekapcsolt számítógépből áll ;
  2. egyetlen, egységes számítógépes erőforrásként használják.

Általában a következő fő klasztertípusokat különböztetjük meg:

  1. feladatátvételi fürtök (magas rendelkezésre állású fürtök, HA, magas rendelkezésre állású fürtök)
  2. Terheléselosztó klaszterek
  3. számítási fürtök (High performance computing cluster, HPC)
  4. elosztott számítástechnikai rendszerek

Klaszterek osztályozása

Magas rendelkezésre állású klaszterek

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] 

Hálózati terheléselosztási (NLB) fürtök

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 ).

Számítástechnikai klaszterek

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]

Elosztott számítástechnikai rendszerek ( grid )

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.

A szerverek programozottan szervezett fürtje

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:

Példák szoftverfürt megoldásokra Alkalmazás

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:

  • klaszteres megoldások fejlesztése és tesztelése során;
  • szükség esetén a fürt rendelkezésre állását csak a fürt tagjainak számító kiszolgálók konfigurációjában bekövetkezett gyakori változások figyelembevételével biztosítsa, amelyek újraindítást igényelnek (az újraindítás egyenként történik), korlátozott hardvererőforrások mellett.

Legjobb teljesítményű klaszterek

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.

Történelem

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 .

Szoftvereszközök

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 distcc , MPICH stb. speciális eszközök a programok munkájának párhuzamosítására . A distcc lehetővé teszi a párhuzamos fordítást a GNU fordítógyűjteménybe .
  • Linux Virtual Server , Linux-HA  - csomópont szoftver a kérések elosztására számítástechnikai szerverek között.
  • A MOSIX , openMosix , Kerrighed , OpenSSI  a kernelbe épített, teljes értékű fürtkörnyezetek, amelyek automatikusan elosztják a feladatokat a homogén csomópontok között. Az OpenSSI, az openMosix és a Kerrighed egyetlen operációs rendszer környezetet hoz létre a csomópontok között.

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.

Jegyzetek

  1. Linux High Availability Middleware, 1. rész: Heartbeat és az Apache webszerver . Letöltve: 2011. március 14. Az eredetiből archiválva : 2015. május 25.
  2. TOP50 szuperszámítógép (elérhetetlen link) . Letöltve: 2019. május 2. Az eredetiből archiválva : 2018. június 3. 

Lásd még

Linkek