5.3. Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы.

Компьютерные сети, как отмечалось выше (ранее), являются продуктом эволюции телекоммуникационных и вычислительных систем. Компьютерные сети относятся к распределенным (или децентрализованным) вычислительным системам. Поскольку основным признаком распределенной вычислительной системы является наличие нескольких центров обработки данных, то наряду с компьютерными сетями к распределенным системам относятся также мультипроцессорные (многопроцессорные) компьютеры.

В многопроцессорных (мультипроцессорных) компьютерах имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется наиболее простым способом - через общую оперативную память (рис. 31).

Сам по себе процессорный блок не является законченным компьютером и поэтому не может выполнять программы без остальных блоков мультипроцессорного компьютера - памяти и периферийных устройств. Все периферийные устройства являются для всех процессоров мультипроцессорной системы общими. Мультипроцессору не свойственна территориальная распределенность - все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, как у обычного компьютера.

Основное достоинство мультипроцессоров - его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров. Так как при наличии общей памяти взаимодействие процессоров происходит очень быстро, мультипроцессоры могут эффективно выполнять даже приложения с высокой степенью связи по данным.

Еще одним важным свойством мультипроцессорных систем является отказоустойчивость, то есть способность к продолжению работы при отказах некоторых элементов, например процессоров или блоков памяти. При этом производительность, естественно, снижается, но не до нуля, как в обычных системах, в которых отсутствует избыточность. Однако для того, чтобы мультипроцессор мог продолжать работу после отказа одного из процессоров, необходимо специальное программное обеспечение поддержки отказоустойчивости, которое может быть частью операционной системы или же представлять собой дополнительные служебные программы.

Кластер (многомашинная система) - это вычислительный комплекс, состоящий из нескольких компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программных и аппаратных средств связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единое целое.

В отличие от мультипроцессора, в котором избыточность реализована на уровне процессорных блоков, кластер состоит из нескольких законченных, способных работать автономно, как правило, стандартных компьютеров, каждый из которых имеет обычную структуру, одни или несколько процессорных блоков, оперативную память и периферийные устройства (рис. 32). Однако благодаря специальному программному и аппаратному обеспечению межкомпьютерных связей для пользователя кластер выглядит

как единый компьютер. При этом каждый компьютер (называемый также узлом кластера) может быть как однопроцессорным, так и мультипроцессорным - на организацию кластера это влияние не оказывает.

Кластеры применяют для повышения надежности и производительности вычислительной системы. Надежность повышается за счет того, что при отказе одного из узлов кластера вычислительная нагрузка (или часть ее) переносится на другой узел. Для выполнения этой операции в кластере используются два типа связей между узлами: межпроцессорные связи и связи за счет разделяемых дисков.

Межпроцессорные связи используются узлами для обмена служебной информацией.

Синхронизация работы нескольких задач или их ветвей, а также синхронизация вырабатываемых ими данных осуществляется как за счет межпроцессорных, так и за счет разделяемой дисковой памяти.

Менее тесные и менее скоростные связи между узлами кластера по сравнению со связями процессоров в мульти процессоре диктуют область применения кластеров - это задачи, достаточно независимые по данным.