6. Кластерная архитектура. Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе Кластерная архитектура

Кластер представляет собой два или более компьютеров (узлов), объединяемые при помощи сетевых технологий на базе шинной архитектуры или коммутатора и предстающие перед пользователями в качестве единого информационно-вычислительного ресурса. В качестве узлов кластера могут быть выбраны серверы, рабочие станции и обычные персональные компьютеры. Узел характеризуется тем, что на нем работает единственная копия операционной системы. Преимущество кластеризации в случае сбоя какого-либо узла: другой узел кластера может взять на себя нагрузку неисправного узла, и пользователи не заметят прерывания в доступе. Возможности масштабируемости кластеров позволяют многократно увеличивать производительность приложений. Кластеризация может осуществляться на разных уровнях компьютерной системы, включая аппаратное обеспечение, операционные системы, программы-утилиты, системы управления и приложения. Чем больше уровней системы объединены кластерной технологией, тем выше надежность, масштабируемость и управляемость кластера.

Типы кластеров

Условное деление на классы предложено Язеком Радаевским и Дугласом Эдлайном:

• Класс I. Класс машин строится целиком из стандартных деталей (низкие цены, простое обслуживание, аппаратные компоненты доступны из различных источников).

• Класс II. Система имеет эксклюзивные или не слишком широко распространенные детали (очень хорошей производительность, но при более высокой стоимости).

Сети связи процессоров в кластерной системе

Архитектура кластерной системы (способ соединения процессоров друг с другом) в большей степени определяет ее производительность, чем тип используемых в ней процессоров. Критическим параметром, влияющим на величину производительности такой системы, является расстояние между процессорами. Так, соединив вместе 10 персональных компьютеров, мы получим систему для проведения высокопроизводительных вычислений. Проблема, однако, будет состоять в поиске наиболее эффективного способа соединения стандартных средств друг с другом.

• Схема соединения процессоров в виде плоской решетки (не всегда является нецелесообразной)

• Архитектура гиперкуба является второй по эффективности, но самой наглядной.

• Наиболее эффективной является архитектура с топологией "толстого дерева" (fat-tree).

Поскольку способ соединения процессоров друг с другом больше влияет на производительность кластера, чем тип используемых в ней процессоров, то может оказаться более целесообразным создать систему из большего числа дешевых компьютеров, чем из меньшего числа дорогих.

7. Принципы построения коммуникационных сред на основе интерфейса sci

В самом общем смысле архитектуру компьютера можно определить как способ соединения компьютеров между собой, с памятью и с внешними устройствами. Реализация этого соединения может идти различными путями. Конкретная реализация такого рода соединений называется коммуникационной средой компьютера.

SCI (Scalable Coherent Interface) принят как стандарт в 1992 г. Он предназначен для достижения высоких скоростей передачи с малым временем задержки и при этом обеспечивает масштабируемую архитектуру, позволяющую строить системы, состоящие из множества блоков. SCI представляет собой комбинацию шины и локальной сети, обеспечивает реализацию когерентности кэш-памяти, размещаемой в узле SCI, посредством механизма распределенных директорий, который улучшает производительность, скрывая затраты на доступ к удаленным данным в модели с распределенной разделяемой памятью. Производительность передачи данных обычно находится в пределах от 200 Мбайт/с до 1000 Мбайт/с на расстояниях десятков метров с использованием электрических кабелей и километров – с использованием оптоволокна. SCI уменьшает время межузловых коммуникаций по сравнению с традиционными схемами передачи данных. Еще одно преимущество SCI – использование простых протоколов типа RISC, которые обеспечивают большую пропускную способность.

Данная технология оптимизирована для работы с динамическим трафиком, однако может быть менее эффективна при работе с большими блоками данных. Протокол передачи данных обеспечивает гарантированную доставку и отсутствие дедлоков. Протокол SCI достаточно сложен, он предусматривает широкие возможности управления трафиком, но использование этих возможностей предполагает наличие развитого программного обеспечения. На коммуникационной технологии SCI построены кластерные системы SCALI Computer, системы семейства hpcLine компании Siemens, а также cc-NUMA сервера Data General и Sequent.