Проблеми виконання мережі зв’язку процесорів у кластерній системі
Проблеми виконання мережі зв'язку процесорів у кластерній системі - розділ Історія, Коротка історична довідка Архітектура Кластерної Системи (Спосіб З'єднання Процесорів Друг З Другом) .
Архітектура кластерної системи (спосіб з'єднання процесорів один з одним) більшою мірою визначає її продуктивність, ніж тип процесорів, що використовуються в ній. Критичним параметром, що впливає величину продуктивності такої системи, є відстань між процесорами. Так, з'єднавши разом кілька персональних комп'ютерів, ми отримаємо систему проведення високопродуктивних обчислень. Проблема, однак, полягатиме в пошуку найбільш ефективного способу з'єднання стандартних засобів один з одним, оскільки при збільшенні продуктивності кожного процесора в раз N продуктивність системи в цілому в N раз не збільшиться.
Як приклад розглянемо завдання побудови симетричної 16-процесорної системи, де всі процесори були б рівноправні. Найбільш природним є з'єднання у вигляді плоскої решітки, де зовнішні кінці використовуються для приєднання зовнішніх пристроїв (рис. 9.6).
Малюнок 9.6. Схема з'єднання процесорів у вигляді плоских ґрат.
При такому типі з'єднання максимальна відстань між процесорами виявиться рівною 6 (кількість зв'язків між процесорами, що відокремлюють найближчий процесор від найдальшого). Теорія показує, що й у системі максимальна відстань між процесорами більше 4, то така система неспроможна працювати ефективно. Тому при з'єднанні процесорів 16 один з одним плоска схема є недоцільною. Для отримання компактнішої конфігурації необхідно вирішити задачу про знаходження фігури, що має максимальний об'єм при мінімальній площіповерхні. У тривимірному просторі такою властивістю має кулю. Але оскільки нам необхідно побудувати вузлову систему, замість кулі доводиться використовувати куб (якщо число процесорів дорівнює 8) або гіперкуб, якщо число процесорів більше за 8. Розмірність гіперкуба визначатиметься в залежності від кількості процесорів, які необхідно з'єднати. Так, для з'єднання 16 процесорів потрібно чотиривимірний гіперкуб. Для його побудови слід взяти звичайний тривимірний куб (рисунок 9.7), зрушити у потрібному напрямку та, з'єднавши вершини, отримати гіперкуб розміром 4 (рисунок 9.8).
Малюнок 9.7. Топологія зв'язку, 3-мірний гіперкуб.
Архітектура гіперкуба є другою за ефективністю, але найнаочнішою. Використовуються інші топології мереж зв'язку: тривимірний тор, " кільце " , " зірка " та інші (рисунки 9.8-9.11).
Малюнок 9.8. Топологія зв'язку, 4-мірний гіперкуб
Малюнок 9.9. Архітектура кільця з повним зв'язком з хордів (Chordal Ring).
Найбільш ефективною є архітектура з топологією "товстого дерева" (fat-tree). Архітектура "fat-tree" (hypertree) була запропонована Ч. Лейзерсоном (Ch. Leiserson) у 1985 році. Процесори локалізовані у листі дерева, тоді як внутрішні вузли дерева скомпоновані у внутрішню мережу. Піддерев'я можуть спілкуватися між собою, не торкаючись вищих рівнів мережі.
Малюнок 9.10. Кластерна архітектура "Fat-Tree".
Оскільки спосіб з'єднання процесорів один з одним більше впливає на продуктивність кластера, ніж тип процесорів, що використовуються в ній, то може виявитися більш доцільним створити систему з більшої кількості дешевих комп'ютерів, ніж з меншої кількості дорогих. У кластерах, як правило, використовуються операційні системи, стандартні для робочих станцій, найчастішевільно розповсюджуються (Linux, FreeBSD), разом із спеціальними засобами підтримки паралельного програмування та балансування навантаження. При роботі з кластерами, як і з MPP-системами, використовують так звану Massive Passing Programming Paradigm – парадигму програмування з передачею даних (найчастіше – MPI). Помірна ціна подібних систем обертається великими накладними витратами взаємодію паралельних процесів між собою, що сильно звужує потенційний клас розв'язуваних завдань.
Малюнок 9.11. Кластерна архітектура "Fat-tree" (вигляд зверху на попередню схему).
Ця тема належить розділу:
Коротка історична довідка
Зміст.. глава вступ.. коротка історична довідка режим реального часу глава обчислювальні системи.
Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Всі теми цього розділу:
Коротка історична довідка Історія розвитку обчислювальних машин і систем бере початок від концепції обчислювальної машини фон Неймана. Як основні пристрої універсальних ЕОМ були виділені: арифметико-логічне устр.
Режим реального часу У ряді застосувань обчислювальних систем (напр. управління повітряним рухом тощо) на обробку даних, що вводяться, і видачу результату накладаються жорсткі часові обмеження, що диктуються темпом
Принципи впорядкування ресурсів ЗС методами теорії розкладів Алгоритми розподілу часу центрального процесора (ЦП) визначають послідовність виконання програм. Ці алгоритми за своєю структурою можуть бути класифіковані на пріоритетні, безпріо
Загальна постановка завдання упорядкування У випадку штраф від цього, що заявка рішення i-ой завдання реалізується на до- місці у черзі, тобто. післявирішення попередніх до-1 завдань, можуть бути довільною функцією місця в черзі,
Завдання та критерії детермінованого розподілу продуктивності обчислювальних систем При реальному використанні НД необхідні коригування деяких постановок задач порівняно з найбільш типовими завданнями теорії розкладу. З одного боку можливе скорочення кількості впорядку
Оптимізація розподілу пам'яті за ієрархічними рівнями У сучасних ЗС широко використовуються запам'ятовуючі пристрої (ЗП) різних типів. ЗУ відрізняються фізичними принципами, а, головне, технічними та економічними параметрами. Основними параметрами
Управління заміщенням сторінок у дворівневій пам'яті Розглянемо питання обміну інформацією між першими двома найбільш швидкодіючими рівнями пам'яті. Ці рівні будемо називати основною пам'яттю (ОП) та допоміжною (ВП). Такий обмін хара
Моделі поведінки програм і критерії якості Для порівняння різних алгоритмів заміщення необхідно вказати спосіб завдання послідовності звернень. Найпростіший спосіб полягає
Багатомашинні комплекси ММВК - це комплекс, що включає в себе дві або більше ЕОМ, зв'язки між якими забезпечують виконання функцій, покладених на комплекс. Найчастіше основний ц
Багатопроцесорні комплекси Многопроцесорний обчислювальний комплекс (МПВК)- це комплекс, що включає в себе два або більше процесора, що мають загальну ВП, загальні периферійні пристрої і працює під управлінням єдиної операції.
Типи структур мпвк Основні типи структурної організації МПВК такі: із загальною шиною, з перехресною комутацією, з багатовхідною ОЗП. У системах із загальною шиною (рисунок 5.3) усі пристроїз'єднуються між
ВК на базі ЄС ЕОМ (ibm) На базі Єдиної Системи ЕОМ (ЕСЕОМ) в СРСР були побудовані різні багатомашинні комплекси. Першим двомашинним комплексом був ВК-1010, збудований на базі ЄС-1030. У цьому комплек
ВК на базі РМ ЕОМ (dec) У Системі Малих ЕОМ (СМ ЕОМ) з одношинною структурою всі пристрої підключаються до єдиної магістралі, якою передається вся інформація. Всі пристрої, що входять до складу ЕОМ, використовують од.
Кластерна архітектура Кластер являє собою два або більше комп'ютерів (часто званих вузлами), що об'єднуються за допомогою мережевих технологій на базі шинної архітектури або комутатора і що постають перед користувачем
Комутатори для багатопроцесорних обчислювальних систем У найзагальнішому сенсі архітектуру комп'ютера можна визначити як спосіб з'єднання комп'ютерів між собою, з пам'яттю і зовнішніми пристроями. Реалізація цієї сполуки може йти різними пу
Прості комутатори Типи простих комутаторів: · З тимчасовим поділом; · З просторовим поділом. Переваги: простота управління та висока швидкодія. Недоліки: ма
Складові комутатори Прості комутатори мають обмеження на кількість входів та виходів, а також можуть вимагати великої кількості обладнання зі збільшенням цього числа (у разі просторових комутаторів). Тому
Когерентний інтерфейс SCI SCI (Scalable Coherent Interface) прийнятий як стандарт у 1992 р. (ANSI/IEEE Std 1596-1992). Він призначений для досягнення високих швидкостей передачі з малим часом затримки і при цьому забезпечує
Комунікаційне середовище MYRINET Мережеву технологію Myrinet представляє компанія Myricom, яка вперше запропонувала свою комунікаційну технологію у 1994 роціроку. Технологія Myrinet заснована на використанні багатопортових
Конвеєрні системи Теоретичні основи конвеєрних систем досить докладно розглянуті в монографії [5], відповідно до якої викладено матеріал цього розділу. Основою конвеєрних систем є конве
Управління та організація конвеєрів Ефективне використання конвеєра вимагає своєчасного подання на його вхід вихідних даних. Крім того, потрібно ретельно визначити диспетчеризацію, тобто моменти часу, в які будь-яка вхідна
Статичні конвеєри Статичний конвеєр – це такий конвеєр, у якому протягом деякого періоду часу повторно обчислюється одна й та сама функція, але з різними даними. Тоді продуктивність конвеєра
Діаграма станів Мета стратегії управління полягає в тому, щоб визначити, коли здійснювати нові ініціації, що не призводять до зіткнень із колишніми ініціаціями. Одним з методів виявлення та подання такої
Генерування таблиць зайнятості з урахуванням циклів Ранее, було розглянуто випадок, коли з урахуванням таблиці зайнятості виробилася оптимальні цикли ініціацій. Тут розглянемо зворотне завдання: як, вирушаючи від циклу визначити властивості таблиці
Конвеєри з динамічною конфігурацією У конвеєрах з динамічною конфігурацією будь-яка ініціація може відноситися до своєї таблиці зайнятості, що глибоко впливає на диспетчеризацію. По-перше, можуть бути моменти часу, коли
Функції управління в конвеєрних системах Апаратне управління ініціаціями. Основна функція управління полягає у визначенні моменту, коли може бути зроблено нову ініціацію. Цей момент залежить як від властивостей відповідностей
Матричні обчислювальні системи Основою матричнихсистем є матричний процесор. Матричний процесор є «матрицею», пов'язаних елементарних ідентичних процесорів, керованих одним потоком команд (рі