76
ЕСЕПТЕУ
ЖҮЙЕЛЕРІНІҢ
АРХИТЕКТУРАСЫ.
PVP-АРХИТЕКТУРАСЫ.
КЛАСТЕРЛЫ АРХИТЕКТУРА
Берілген лекция құрамы векторлы процессорлары бар параллельді архитектура,
сонымен
қатар
көппроцессорлы
есептеу
жүйесінің
кластерлы
архитектура
сипаттамасынан тұрады.
Әрбір архитектураның
негізгі артықшылықтары мен
кемшіліктері, сонымен қатар бағдарламалаудың парадигмасы келтірілген. Берілген
архитектрулары бар, жалпыға белгілі есептеу жүйелері сипаталады.
PVP (Parallel Vector Process – векторлы процессорлы паралельді архитектура.
Конвейерлі функционалды құрылғыларда нәтижелі орындалатын тәуелсіз деректердің
біртипті векторларын өңдеу командалары қарастырылатын векторлы конвейерлы
процессорлардың бар болуы PVP жүйесінің негізгі қасиеті болып табылады.
Ережеге
сәйкес,
бірнеше
осындай
процессорлар
(1-16)
көппроцессорлар
конфигурациясы аясында(SMP сияқты) жалпы жадымен бір уақытта жұмыс жасайды.
Бірнеше түйіндер коммутатор көмегімен біріктірілуі мүмкін(МРР ұқсас). Деректердің
векторлы
үлгіде
берілуі
скалярлы
түрде
берілуіне
қарағанда
көп
тез
жүретіндіктен(максималды жылдамдық 64Гбайт/с, скалярлы машиналардан 2 есе тез),
ағымдар арасындағы әсерлесу проблемасы параллельденеді кезінде сай емес болады.
Скалярлы машиналарда нашар параллель таралады, ал векторлыда жақсы.
Осылай алғанда, PVP-архитектура жүйесі жалпы міндеттелген машина болып
табылады(general purpose systems). Бірақ,
векторлы процессорлар
қымбаттау
болғандықтан, бұл машиналар жалпы қолданыста бола алмайды.
Жалпығы белгілі PVP-архитектураның үш машинасы:
1. CRAY X1, SMP-архитектурасы. Стандартты конфигурациядағы жүйенің шектік
өнімділігі ондаған терафлопсты құрауы мүмкін.
2. NEC SX-6, NUMA-архитектура. Жүйенің шекті өнімділігі 8Тфлопсқа жетеді, бір
процессордың өнімділігін 9.6 Гфлопс. Жүйе 512 процессорге дейінгі
операциялық жүйенің біріңғай үлгісінде масштабталады.
3. Fujitsu-VPP5000
(vector
parallel
processing),
MPP-архитектурасы.
Бір
процессордың өнімділігін 9.6 Гфлопсты құрайды, жүйенің шекті өнімділігі
1249 Гфлопсқа жетеді, жадының максималды сыйымдылығы – 8 Тбайт. Жүйе
512дейін масштабталады.
Сурет 1. CRAY SV-2
77
Сурет 2. Fujitsu-VPP5000
PVP жүйесінде бағдарламалау парадигмасы циклдың
векторлануын(бір
процессордың мүмкін болатын нәтижесіне жеткізу) және олардың параллель таралуын
қарастырады.
Практикада келесі реттегі процедураларды орындау ұсынылады:
есепті матрицалық түрге келтіру үшін векторлауды қолмен орындау керек.
Сонымен қатар вектор ұзындығымен сәйкестігі, матрица өлшемдері 128 немесе
256-ға еселі болуы қажет.
виртуалды жазықтықта ізделініп отырған функцияны қатарлар және қатарлар
мүшелерін қалдыра отырып ажырату арқылы векторлармен жұмыс істеу.
Үлкен физикалық жады есебінде нашар векторлатыр есептер PVP-жүйесінде
скалярлы
процессорлы
машиналарда
тез
орындалады.
Кластер дегеніміз
қолданушының алдында желілік технология негізінде шиналы архитектура немесе
коммутатор арқылы байланысқан біріңғай ақпаратты-есептеуіш ресурстарды
атайды, олар бір немесе бірнеше компьютерлерден (жиі түйін) тұрады. Кластер
түйіні ретінде серверлер, жұмыс станциялары және қарапайым дербес
компьютерлер де таңдалынуы мүмкін. Түйін өзінде операциялық жүйенің жалғыз
көшірмесінің жұмыс жасайтынымен сипатталады.
Кластеризацияның артықшылығы жұмыс жасау деңгейінің жоғарлауы үшін қандай да
бір түйін жаңылып, істен шықса анық болады: сонымен қатар кластердің басқа түйіні
өзіне түзелмейтін түйіннің жүктемесін алып, және қолданушы кірудегі үзілісті
байқамайды.
Кластрлердің масштабталуы (Fast/Gigabit Ethernet, Myrinet) шина архитектурасы немесе
коммутатор негізіндегі технологиясын қолданушылардың көп санына арналған
қосымшалардың өнімділігін бірнеше есе үлкейтуге мүмкіндік береді.
Бұндай суперкомпьютерлі жүйелер ең арзан, себебі олар стандартты комплекталы
элементтерден("off the shelf"), процессорлар, коммутаторлар, дисктер және сыртқы
құрылғылардан құралады.
Кластерлеу компьютерлік жүйенің әр түрлі деңгейлерінде жүзеге асырылады,
аппаратты қамтамасыз етуді қоса, операциялық жүйелер утилита-бағдарламалар,
басқару жүйесі және приложениелер.
Жүйенің неғұрлым көп деңгейлері кластерлі технологиялар арқылы біріктірілген
болса, соғұрлым сенімділік, масштабталуы және кластер басқарылуы жоғары болады.
Кластерлер типтері
Шартты түрде класстарға бөлуді Язек Радаевский және Дуглас Эдлайн ұсынған:
78
Класс I. Машина классы компьютерлік компоненттерді сатумен
айналысатын жеткізушілер сататын толықтай стандартты бөлшектерден
тұрады(төмен баға, қарапайым қызмет көрсетуие цены)
Класс II. Жүйе эксклюзивты немесе көп тарамаған бөлшектерден тұрады.
Осылай жақсы өнімділікке жетуге болады, бірақ жоғары бағамен.
Атап өткендей, кластерлер әр түрлі конфигурацияда бола алады. Кластерлердің
көп тараған типтері:
үлкен сенімділік жүйесі;
үлкенөнімді есептеулер үшін жүйе;
көпағымды жүйе.
Атап өтсек, осы кластер типтері арасындағы шекарасы белгілі бір дәрежеде нақты
емес, және кластердің атап өткен типтер арасында қасиеті немесе функциялары болуы
мүмкін. Жалпы белгіленген жүйе ретінде қолданылатын
үлкен кластер кескіндеу
кезінде барлық атап өтілген функцияларды орындайтын блоктарды оқшаулауға тура
келеді.
Жоғарыорындаулы есептулерге арналған кластерлер параллелдік санауларға
арналған. Бұл кластерлер әдетте көп компьютерлерден жинақталған. Әр қадамында
инсталляция, эксплуатация және бір уақытта көп компьютерлерді басқару, бір жүйелік
файлға параллель және жоғарғыөнімділік кірудің техникалық талаптар, түйіндер
арасындағы
процессораралық
байланыс,
параллель
режимдегі
жұмыстың
координациясы сияқты сұрақтардың келісімділігін талап ететін осындай кластерлерді
ойлап табу қиын процесс болып табылады. Бұл проблемалар барлық кластерды біріңғай
үлгіде операциялық жүйемен қамтамасыз етуімен шешіледі. Бірақ әдетте осындай
сұлба жүзеге асырыла бермейді және ол үлкен емес жүйелер үшін қолданылады.
Уақыт өтуіне қарай еріксіз артылатын(кему) ресурстар қатарына біріңғай
интерфейспен қамтамасыз ету үшін
көпағымды жүйелер қолданылады. Қарапайым
мысал ретінде web-серверлер тобы қызмет етеді.
1994 жылы Томас Стерлинг және Дон Беккер 10Мбит/с Ethernet желімен
қосылған каналдарды көшірумен Intel DX4 процессоры негізінде 16-түйінді кластер
ойлап тапты.
Олар ескі эпикалық поэма "Beowulf" атауын берді. Earth and Space Sciences
проектін қажет есептеу ресурстарымен
қолдау үшін кластер NASA Goddard Space
Flight Center орталығында пайда болды. Проектты-конструкторлық жұмыстар аз
уақытта Beowulf деген қазіргі танымал проектке айналды.
Проектісі параллель кластерлі компьютерлердің құрылуы жалпы негізі болды,
паралельді есептеулерде қолданылатын көппроцессорлы архитектураны сипаттайды.
Beowulf-кластер, бір серверлы түйіннен, сонымен
қатар бір немесе бірнеше
бағынатын(есептеу) стандартты компьютерлі желілер арқылы байланыстырылған
түйіндерден тұратын жүйе болып табылады. Жүйе Linux –пен іске қосылатын ДК,
стандартты желілік адаптер (мысалы, Ethernet) және коммутатор сияқты стандартты
аппаратты компоненттерді қолдану арқылы құрылады. "Beowulf" аталатын арнайы
бағдарлама пакеті де жоқ.
Көптеген қолданушылар Beowulf кластерлері үшін жарамды деп тапқан оның
орнына бағдарламалық қамтаманың бірнеше бөліктері бар. Beowulf Linux сияқты
операциялық жүйе, PVM, MPI хабарламаны жіберу жүйесі, тапсырмалардың кезекпен
орындалуын бақылау жүйелерін қолданады.
Серверлік түйін барлық кластерді басқарады және тұтынушы түйіндерге
бағытталған файлдарға қызмет көрсетеді.
Кластер жүйесiндегi процессорлардың
байланыс желiсiнiң
орындауының
мәселелерi
Достарыңызбен бөлісу: |
