Связь процессоров в кластерной системе.

Архитектура кластерной системы, т.е. способ соединения процессоров друг с другом, определяет ее производительность в большей степени, чем тип используемых процессоров. Критическим параметром, влияющим на производительность, является расстояние между процессорами.

Рассмотрим пример построения симметричной 16-процессорной системы, в которой все процессоры были бы равноправны. Самый простой способ соединения это плоская решетка 4х4. При этом максимальное количество связей между процессорами равно 6. Но теория говорит, что для эффективной работы таких связей должна быть не более 4. Для нахождения более комплектной конфигурации нужно решить задачу о нахождении фигуры имеющей максимальный объем при минимальной площади поверхности. В трехмерном пространстве такой фигурой является шар, но поскольку нужно построить узловую систему, то используют куб – если количество процессоров не более 8. Если же их, как в прошлом примере, 16, то можно использовать 4-х мерный гиперкуб, который получается из обычного путем сдвига и соединения вершин. Используются и другие топологии сетей связи: трехмерный тер, кольцо, звезда. Поскольку способ соединения процессов больше влияет на производительность кластерной системы чем тип процессов, то может оказаться рентабельным построение системы из большего числа дешевых процессоров, чем из меньшего числа дорогих. В кластерах как правило используются ОС стандартные для рабочих станций. Чаще всего свободнораспространяемые – Linux, Free BSD вместе со специальными методами параллельного программирования и балансировки нагрузки.

Требования к архитектурным компонентам вс.

Эти аспекты имеют более широкий смысл, чем просто технические характеристики компонент ВС. Значительно большое значение имеют требования, предъявляемые к ВС, которую собираются построить для реализации конкретных целей. Разработчикам прежде всего необходимо проанализировать такие вопросы как:

1. надежность и отказоустойчивость.

2. масштабируемость

3. совместимость программного обеспечения

4. отношение стоимость/производительность

Добиться повышения производительности в ВС и большим числом узлов значительно труднее, чем произвести масштабирование внутри узла. Коммуникации, которые объединяют узлы, должны быть устойчивы к большим задержкам программно поддерживаемой погрешности. Приложения с большим количеством взаимодействующих процессов работают лучше на основе SMP-узлов, в которых коммуникационные связи более быстрее. В кластерах как и в ИРР системах эффект может быть достигнут при уменьшении объема коммуникаций между углами. Этого обычно добиваются путем разбивки данных. Появление любого нового направления в вычислительной технике связано с потребностями рынка. Поэтому существуют высокопроизводительная, но очень дорогие суперкомпьютеры (в данном случае разработчики поставили во главу угла производительность не заботясь о цене), но существует и другая крайность - это достаточно дешевые, но и низкопроизводительные компьютеры типа IBM - совместных ПК. Между этими двумя крайностями находятся компьютеры с конструкций, определяемой соотношением стоимость/производительность; в которых разработчики находят некий баланс между этими двумя параметрами. Типичными примерами такого рода являются мини компьютеры и рабочие станции. Для сравнения компьютеров между собой обычно используются стандартные методики применения производительности. Эти методики дают возможность разработчикам получать результаты, с помощью которых они могут определить оптимальную конструкцию компьютера.

Масштабируемость представляет собой возможность наращивания числа и мощности процессоров, объектов оперативной и внешней памяти и других ресурсов ВС. Масштабируемость должна обеспечиваться архитектурой и конструкцией компьютера, а также соответствующим программным обеспечением. Например возможности масштабирования кластера ограничены значением отношения скорости процессора к скорости связи, которое не должно быть слишком большим (реально не больше 3-4, в противном случае не удается реализовать режимы единого образа ОС). Добавление нового процессора в масштабируемой системе должно добавить увеличение производительности и пропускной способности при приемлемых затратах. В идеале добавления процессора к системе должно проводить к линейному росту ее производительности. Однако это не всегда так. Потери производительности могут возникать, например, при недостаточной пропускной способности или при возрастании трафика между процессорами и памятью. Во многом производительность зависит и от прикладных задач. Масштабироваться должно и программное обеспечение. Важно понимать, что простой переход на более мощный процессор может привести к перегрузке других компонентов системы.