11-Дәріс Тақырыбы: Таратылған жадылы есептеу жүйелері. Жоспар

1. 
   Кластерлік жүйелер.
   
2. 
   Массивті-параллель компьютерлер.
   
3. 
   Есептеу кластерінің жалпы схемасы.
   

Таратылған жадылы есептеу жүйелерін құрастыру идеясы өте қарапайым. Есептеу тораптарының бірнешеуі алынып, олар бір-бірімен қандай да бір коммуникациялық ортада біріктіріледі. Мұндағы әрбір есептеу торабы бір немесе бірнеше процессорлардан және осы процессорларға бөлінген өзінің жеке жергілікті жадысынан тұрады. Әрбір процессордың тек өз торабының жергілікті желісіне ғана қолжетімді болуын жадының таратылуы деп түсінеміз. Басқа тораптар жадыларындағы орналастырылған деректерге қатынас ұзағырақ орындалады және басқа күрделірек тәсілдермен жүзеге асырылады.

Басқа класқа кіретін компьютерлермен салыстырғанда таратылған жадылы жүйелерде баға/өнімділік қатынасы көп төмен. Және бастысы, мұндай схема жүйедегі процессорлар санын шексіз көбейтуге және жүйенің өнімділігін арттыруға мүмкіндік береді. Процессорлар санының көп болуы осы класқа жататын жүйелер үшін арнайы атауды анықтап берді десе де болады: ол массивті-параллель компьютерлер.

Осы тектес компьютерлер өткен ғасырдың 90-шы жылдарынан бастап кең тарала бастады. Олардың қатарына Intel Paragon, IBM SP1/SP2, Cray T3D/T3E және т.б. жатқызуға болады. Бұл компьютерлердің бір-бірінен айырмасы олардағы пайдаланылатын процессорлар және коммуникациялық ортаның ұйымдастырылуында.

Компьютердің балық тораптары үш топқа бөлінеді. Пайдаланушы компьютерге қосылған кезде, ол басқарушы тораптарға келіп түседі. Бұл тораптар көппайдаланушы режимінде жұмыс істейді, осы тораптарда бірпроцессорлы бағдарламалар орындалады және командалық файлдар жұмыс істейді. Операциялық жүйенің тораптары пайдаланушыға тікелей қолжетімді емес. Бұл тораптар операциялық жүйенің көптеген жүйелік сервистік функцияларының орындалуын қамтамасыз етеді, дербес жағдайда файлдық жүйемен жұмыс істейді. Компьютердің есептеу тораптары монопольді режимде пайдаланушы бағларламаларын орындауға арналған. Бағдарламаны жүктеген сәтте оған талап етілген тораптар саны бөлінеді және ол тораптар бағдарлама жұмысы аяқталғанша бекітіліп беріледі. Бағдарлама жұмыс істеп тұрған кезде оған бұл бекітілген есептеу тораптарын басқа ешқандай бағдарлама пайдалана алмауына кепілдік беріледі. Әр типтің тораптар саны жүйе конфигурациясына байланысты. Мысалы, Cray T3E компьютерінің екі нақты конфигурациясынан алынған деректер: 24/16/576 немесе 7/5/260 (басқарушы тораптар/ОЖ тораптары/есептеу тораптары).

Тораптың желілік интерфейсі коммуникациялық ортаның бір бөлігі боып табылатын сәйкес желілік маршрутизатормен байланысқан. Барлық маршрутизаторлар үшөлшемді бүтінсанды төртбұрыш тордың (решетка) тораптарында орналасқан және бір-бірімен үшөлшемді тор топологиясына сәйкес жалғастырылған (30 сурет).

30 сурет. Cray T3E компьютерінің коммуникациялық торы

Бұл әрбір тораптың алты тікелей көршілері бар дегенді білдіреді және де тораптардың қайда орналасқанына байланыссыз: параллелепипед ішінде, қабырғасында, қырында немесе төбесінде.

Коммуникациялық желіні мұндай тәсілмен ұйымдастырудың көп артықшылықтары бар, олардың ішінен екеуін атап кетелік. Біріншіден, бұл бұзылған байланыстарды айналып өту үшін альтернативті маршрут таңдау мүмкіндігі. Екіншіден, әртүрлі ПЭ (процессорлық элемент) өзара қатынасы кезінде шекаралық тораптардың жылдам байланысы және тордағы орын ауыстырулардың кішігірім орта саны.

Екі торап арасындағы әрбір элементарлық байланыс – бұл деректерді берудің екі бірбағытталған каналдары, ол қарама-қарсы бағыттарда деректерді бір мезгілде алмастыруға мүмкіндік туғызады.

Cray T3E немесе IBM SP типті дәстүрлі суперкомпьютерлерден басқа, таратылған жадылы компьютерлер класы соңғы жылдары есептеу кластерлері есебінен белсенді түрде кеңеюде. Айта кету керек, компьютерлік әдебиетте «кластер» ұғымы әртүрлі мағынады қолданылады. Мысалы, «кластерлік» технология деректер базасы серверлерінің немесе Web-серверлер сенімділігі және олардың жұмыс істеу жылдамдығын арттыру үшін пайдаланылады. Бұл жерде біз есептеу сипатындағы есептерді шешуге бағытталған кластерлер туралы айтатын боламыз.

Классикалық суперкомпьютерлер әрқашанда өздерінің үлкен өлшемдерімен, жоғары өнімділіктерімен, үлкен жадысымен және де өте қымбат бағаларымен ерекшеленеді.

Қысқаша айтар болсақ, есептеу кластері дегеніміз бір есепті шешуге арналған қандай да бір желі аймағында біріктірілген компьютерлер жиыны (32 сурет). Әдетте есептеу тораптары ретінде рынокта қолжетімді бірпроцессорлы компьютерлер, екі немесе төрт процессорлы SMP-серверлері пайдаланылады. Әрбір торап операциялық жүйенің өз көшірмесінің басқаруымен жұмыс істейді. Мұндай операциялық жүйелер ретінде көбіне стандартты ОЖ: Linux, Windows NT, Solaris және т.б. пайдаланылды.

32 сурет. Есептеу кластерінің жалпы схемасы

Әлемдегі ең үлкен компьютер деп қарастыруға болатын Интернет желісі керемет бірегей мүмкіндіктер береді. Интернет желісіне қосылған компьютерлер иеленетін қосынды ресурстармен ешқандай есептеу жүйесі шектік өнімділігімен де жедел жады болмаса дискілік жады көлемімен де тең түсе алмайтыны айқын. Компьютерлерден тұратын компьютерді метакомпьютер десек, осыдан келіп аталған есептеу жүйесінде есептеулерді ұйымдастыру процесі үшін арнайы аталу шығады – ол метакомпьютинг.

Негізінде, метакомпьютердің коммуникациялық ортасы ретінде тек Интернетті ғана қарастыру міндетті емес, оның ролін кез-келген желілік технология орындай алады. Бұл жағдайда біз үшін маңыздысы принцип, ал техникалық іске асыру үшін мүмкіндіктер қазіргі кезде жетерлік. Әрине, Интернетке ерекше қызығушылық әруақытта болған және бола береді де, себебі ешқандай жеке алынған есептеу жүйесі өзінің қуаты жағынан ауқымды желінің потенциалды мүмкіндіктерімен теңесе алмайды.