Информатика и вычислительная техника

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КЛАСТЕРОВ

1. 
   
   
2. 
   
   
3. 
   
   

   1. История и особенности построения кластерных систем

2. Методы построения и типы кластеров

• 
  Кластеры специальной разработки с быстродействием 10¹¹–10¹² плавающих операций в секунду (терафлопсовый диапазон). К таким кластерам относится СКИФ (Суперкомпьютерная Инициатива Феникс), созданный по программе Союза Беларусь–Россия. Появление этого кластера и сам процесс разработки подготовили основу для развития параллельных вычислений в республике, вследствие чего возникла проблема широкой подготовки программистов для решения параллельных задач.
  

• 
  Кластеры, которые строятся на базе уже имеющихся локальных сетей из персональных компьютеров. Для создания кластеров в этом случае требуется только дополнительное программное обеспечение (ПО), поэтому их можно организовать в вузах и небольших организациях. Такие кластеры имеют относительно небольшое быстродействие, но их удобно использовать для обучения основам параллельного программирования и подготовки параллельных программ, которые затем могут выполняться на больших кластерах [4].
  

• 
  Кластер расположен в виртуальной среде. Все узлы вычислительного кластера являются виртуальными машинами. Как правило, используются гипервизоры на основе базовой ОС(Microsoft Virtual PC, VMware Workstation, QEMU, Parallels, VirtualBox) или же гибридные гипервизоры(Microsoft Virtual Server, Sun Logical Domains, Xen, Citrix XenServer, Microsoft Hyper-V). В более редких случаях могут использоваться автономные гипервизоры, не использующие базовую операционную системы. Такие гипервизоры используют собственные драйвера и планировщик, поэтому не зависят от базовой ОС. Так как автономный гипервизор работает непосредственно на оборудовании, то он более производителен. В качестве оборудования, на котором функционируют виртуальные машины, может выступать один или несколько высокопроизводительных сервером или персональный компьютер.
  
• 
  Кластер на основе физических серверов. При такой реализации, в узлах кластера расположены только серверы или персональные компьютеры. В связи с этим, производительность кластера ограничена только производительностью или количеством его узлов.
  

• 
  Однородными. Все узлы кластера являются однотипными. Центральный процессор, оперативна память, дисковая подсистема, сетевые адаптеры - все компоненты узла являются однотипными. При такой организации узлы являются взаимозаменяемыми. Замена производится либо на аналогичный компонент вычислительного узла, либо производится замена узла целиком. Такая организация вычислительного кластера позволяет свести к минимуму задержки, связанные с неравномерной загрузкой суперкомпьютера. Как правило не возникает ситуаций при которых одни вычислительные узлы простаивают в связи с тем, что на других еще производится обработка данных.
  

• 
  Смешанного типа. При такой организации в качестве узла кластера может выступать любой вычислитель, который поддерживает программное обеспечение и имеет общий доступ к разделяемым ресурсам. В связи с этим, могут наблюдаться неоднородность загрузки вычислительного кластера. Более производительные узлы будут заканчивать работу раньше, чем менее производительные. При работе на таком кластере требуется уделять большее внимание при написании программ.