Кластерные системы
Кластер – это два или более компьютера, которые часто называют узлами. Узлы объединяются с помощью сетевых технологий на базе шинной архитектуры или коммутатора и предоставляются пользователю в качестве единого информационно-вычислительного ресурса. В качестве узлов кластера могут выступать серверы, рабочие станции или обычные ПК. Если какой-либо узел выходит из строя, другой узел берет его нагрузку и пользователь не заметит прерывания в доступе. Такие суперкомпьютерные системы являются самыми дешевыми, т.к. собираются на базе стандартных комплектующих.
Кластеризация может осуществляться на разных уровнях компьютерной системы, включая аппаратное обеспечение, операционные системы, системы управления.
Типы кластеров. Условно они делятся на 2 класса.
Класс 1. Машина строится целиком из стандартных деталей.
Класс 2. Система включает редкие детали.
Кластеры существуют в различных конфигурациях. Наиболее распространены: системы высокой надежности, системы для высокопроизводительных вычислений, многопоточные системы.
Кластеры для высокопроизводительных вычислений предназначены для параллельных расчетов. Они собраны из большого числа компьютеров с единым образом операционной системы.
Многопоточные системы используются для обеспечения единого интерфейса к различным ресурсам, которые могут произвольно наращиваться. В 1994 году был создан 16 узловой кластер Беовульф из процессоров Intel DX4, соединенных интернет- сетью. Это система из одного серверного узла и одного или нескольких подчиненных узлов, соединенных стандартной компьютерной сетью. Серверный узел контролирует весь кластер и обслуживает файлы, направляемые к клиентским узлам.
Архитектура кластерной системы, т.е. способ соединения процессоров друг с другом, определяет производительность больше, чем тип процессора. Критическим параметром является расстояние между процессорами.
Например симметричная 16 процессорная система построена в виде плоской решетки, где внешние концы используются для подсоединения внешних устройств. (рис.3.3. решетка). При таком соединении максимальное расстояние между процессорами равно 6 (количество связей между процессорами, отделяющих самый ближний процессор от самого дальнего). По теории, если расстояние между процессорами больше 4, то система не может работать эффективно. Поэтому плоская решетка неэффективна. Более эффективным соединением является трехмерный куб (рис.3.3), если число процессоров равно 8 или гиперкуб, если число процессоров больше 8. Для соединения 16 процессоров нужен 4-х мерный куб, который получается из трехмерного путем его сдвига, и соединения всех вершин. Используется и архитектура кольца (рис.3.3).
Наиболее эффективной считается архитектура с топологией «толстого дерева».
Рис.3.3. Схема соединения кластерных систем
Процессоры локализованы в листьях дерева, в то время как внутренние узлы дерева скомпонованы во внутреннюю сеть.
Поскольку именно способ соединения процессоров влияет на производительность системы, то эффективнее создать систему из большого числа дешевых компьютеров. В кластерах используются операционные системы Lunix, Free BSB вместе со специальными средствами поддержки параллельного программирования.