12. Распределенные вычисления. Параллельные вычисления

Распределенные вычисления

Основная идея модели ‘клиент-сервер’ состоит в разделении ПО на несколько процессов, каждый из которых реализует специфический набор сервисов: например, распределение памяти, создание процесса или планирование процессов. Каждый сервер (server) выполняется в пользовательском режиме, проверяя в цикле, не обратился ли к нему с требованием обслуживания какой-либо клиент (client). Клиент (которым может быть другой компонент ОС) или прикладная программа, запрашивает выполнение сервиса, посылая серверу сообщение. Ядро ОС (выполняющееся в режиме ядра), доставляет сообщение серверу; последний выполняет запрашиваемые действия, после чего ядро ОС возвращает клиенту результаты в составе другого сообщения.

Важно, что различные серверные процессы могут выполняться на различных процессорах многопроцессорного компьютера или даже на разных компьютерах, что делает построенную на клиент-серверной основе ОС пригодной для распределенных вычислительных сред. В случае распределенной ОС клиентам даже не требуется знать, обслуживается их запрос локально (на данной ЭВМ) или удаленно.

В Windows’NT средства обмена сообщениями между распределенными (часто выполняющимися на различных компьютерах в сети) приложениями обеспечивает (путем поддержки сетевого транспорта и защиты) служба сетевого обмена данными (DDE, DynamicDataExchange); также поддерживается модель выполнения распределенных приложений в сети (DCOM, DistributedComponentObjectModel). Ощутимый недостаток DCOM состоит в том, что каждый клиент может взаимодействовать только с одним конкретным компьютером, имеющим в составе ПО нужный сервер приложений (сколько бы их ни было в сети); при этом информационная система не имеет никакой защиты от сбоев, вызванных перегрузкой или отказом сервера приложений (так как отсутствует возможность переключения клиентского приложения между несколькими серверами сети); этот недостаток устранен в технологии OLEnterprise фирмы InpriseCorp.

Параллельные вычисления

В последние десятилетия существенно возрос интерес к решению ‘больших задач’ (моделирование климата, задачи обтекания летательных аппаратов, механики твердого тела, генетического моделирования и др.), требующих огромной производительности компьютеров. Однако подобные ЭВМ чрезвычайно дороги и быстро устаревают. Один из подходов к созданию масштабируемыхвычислительных систем создание кластеров; на кластерах естественным образом реализуется распараллеливаниевычислительных задач.

В качестве вычислительных узлов обычно применяются относительно недорогие микропроцессорные системы на основе IntelPentium IV-V, i860, DEC Alpha, для создания коммуникационной среды используют известные сетевые технологии. Одним из известных проектов такого рода явилось семейство Cray T3D/T3E (более 2000 процессоров). Созданная в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре (МСЦ, www.jscc.ru) система MBC 1000M имеет пиковую производительность до 1012 Flops (384 двухпроцессорных вычислительных модулей c пиковой производительностью 2,7 GFlops на double-данных; каждый включает 2 процессора Alpha 21264A, 667 MHz с L2 кэш-памятью 4 Мb, 2 Gb разделяемой оперативной памяти, жесткий диск 20 Gb; при этом модули объединены межпроцессорной сетью Myrinet 2000 cо скоростью обмена до 2 Gbit/sec и сетью FastEthernet с пропускной способностью 100 Mbit/sec). В данном случае компьютерная сеть выступает в качестве связующего звена между узлами решающего поля; обеспечивающим технологию распараллеливания вычислений является специализированное ПО (в настоящее время распространена система программирования MPI - MessagePassingInterface, www.mpiforum.org).

Крайним случаем распараллеливания вычислений является метакомпьютинг- организация вычислений на наиболее мощных (локальных, корпоративных, глобальных) компьютерных сетях (обычно подразумевается InterNet). Самыми известными проектами метакомпьютинга являются SETI@home (SearchforExtraterrestrialIntelligence, setiathome.ssl.berkeley.edu, для участия в проекте зарегистрировалось около 4 млн. человек), Distributed.net (www.Distributed.net), GIMPS (GreatInter-netMersennePrimeSearch, mersenne.org), Globus (www.globus.org).