Проблеми с мрежовата среда на процесорна връзка в клъстерна система
Проблеми с внедряването на процесорна комуникационна мрежа в клъстерна система - История на раздела, кратка историческа информация Архитектура на клъстерна система (метод за свързване на процесори един към друг) .
Архитектурата на клъстерната система (начинът, по който процесорите са свързани помежду си) определя нейната производителност в по-голяма степен, отколкото вида на процесорите, използвани в нея. Критичният параметър, който влияе върху производителността на такава система, е разстоянието между процесорите. Така че, свързвайки заедно няколко персонални компютъра, получаваме система за провеждане на високопроизводителни изчисления. Проблемът обаче ще бъде да се намери най-ефективният начин за свързване на стандартни инструменти един с друг, тъй като увеличаването на производителността на всеки процесор с N пъти няма да се увеличи производителността на системата като цяло с N пъти.
Като пример, помислете за проблема с изграждането на симетрична 16-процесорна система, в която всички процесори биха били равни. Най-естествената връзка е под формата на плоска решетка, където външните краища се използват за свързване на външни устройства (фигура 9.6).
Фигура 9.6. Схема на свързване на процесори под формата на плоска решетка.
При този тип връзка максималното разстояние между процесорите ще бъде равно на 6 (броят на връзките между процесорите, които разделят най-близкия процесор от най-отдалечения). Теорията показва, че ако максималното разстояние между процесорите в системата е повече от 4, тогава такава система не може да работи ефективно. Следователно, когато свързвате 16 процесора един към друг, плоската схема е непрактична. За да се получи по-компактна конфигурация, е необходимо да се реши проблема с намирането на фигура, която има максимален обем с минимална площповърхности. В триизмерното пространство топката има това свойство. Но тъй като трябва да изградим възлова система, вместо топка, трябва да използваме куб (ако броят на процесорите е 8) или хиперкуб, ако броят на процесорите е повече от 8. Размерът на хиперкуба ще се определи в зависимост от броя на процесорите, които трябва да бъдат свързани. Така че, за да свържете 16 процесора, е необходим четириизмерен хиперкуб. За да го изградите, трябва да вземете обикновен триизмерен куб (Фигура 9.7), да го преместите в правилната посока и, свързвайки върховете, да получите хиперкуб с размер 4 (Фигура 9.8).
Фигура 9.7. Комуникационна топология, 3-измерен хиперкуб.
Архитектурата на хиперкуба е втората най-ефективна, но най-визуална. Използват се и други топологии на комуникационните мрежи: триизмерен тор, "пръстен", "звезда" и други (фигури 9.8-9.11).
Фигура 9.8. Комуникационна топология, 4-измерен хиперкуб
Фигура 9.9. Архитектурата на пръстен с пълна връзка по хорди (Chordal Ring).
Най-ефективната архитектура е топологията на fat-tree. Архитектурата на "дебелото дърво" (hypertree) е предложена от Ch. Leiserson през 1985 г. Процесорите са локализирани в листата на дървото, докато вътрешните възли на дървото са подредени във вътрешна мрежа. Поддърветата могат да комуникират помежду си, без да засягат по-високите нива на мрежата.
Фигура 9.10. Клъстерна архитектура "Fat-tree".
Тъй като начинът, по който процесорите са свързани помежду си, влияе повече на производителността на клъстера, отколкото на типа процесори, използвани в него, може да е по-подходящо да се създаде система от повече евтини компютри, отколкото от по-малко скъпи. В клъстерите, като правило, най-често се използват операционни системи, които са стандартни за работните станциисвободно разпространявани (Linux, FreeBSD), заедно със специални инструменти за поддръжка на паралелно програмиране и балансиране на натоварването. При работа с клъстери, както и с MPP системи, те използват така наречената Massive Passing Programming Paradigm - парадигма за програмиране с трансфер на данни (най-често - MPI). Умерената цена на такива системи води до големи режийни разходи за взаимодействие на паралелни процеси един с друг, което значително стеснява потенциалния клас от задачи, които трябва да бъдат решени.
Фигура 9.11. Клъстерна архитектура "Fat-tree" (изглед отгоре на предишната диаграма).
Тази тема принадлежи към категорията:
Кратка историческа справка
Съдържание.. въведение в главата.. кратка историческа справка глава в режим на реално време изчислителни системи..
Какво ще правим с получения материал:
Всички теми в този раздел:
Кратка историческа справка Историята на развитието на компютрите и системите води началото си от концепцията за компютъра на фон Нойман. Като основни устройства на универсалните компютри бяха разграничени: аритметично-логическо устройство
Режим в реално време В редица приложения на изчислителни системи (например контрол на въздушното движение и др.) се налагат строги времеви ограничения върху обработката на входните данни и извеждането на резултата, продиктувани от темпото
Принципи за подреждане на ресурсите на CS чрез методи на теория на планирането Алгоритмите за разпределяне на времето на централния процесор (CPU) определят последователността на изпълнение на програмата. Според структурата си тези алгоритми могат да бъдат класифицирани на приоритетни и неприоритетни
Обща настройка на проблема за поръчка следрешения на предишните k-1 задачи, може да бъде произволна функция на мястото в опашката, продължителност
Проблеми и критерии на детерминистичното разпределение на производителността на изчислителните системи При реалното използване на CS са необходими корекции на някои формулировки на проблеми в сравнение с най-типичните проблеми на теорията на планирането. От една страна е възможно да се намали броят на поръчките
Оптимизиране на разпределението на паметта по йерархични нива В съвременните компютърни системи широко се използват различни видове устройства с памет (устройства с памет). Устройствата с памет се различават по физически принципи и, най-важното, по технически и икономически параметри. Основни параметри
Контрол на замяната на страници в памет на две нива Нека разгледаме въпросите за обмена на информация между първите две най-бързи нива на паметта. Тези нива ще се наричат основна памет (OP) и спомагателна (AM). Такава размяна
Модели на поведение на програмата и критерии за качество За да се сравнят различни алгоритми за заместване, е необходимо да се посочи методът за определяне на последователността на повикванията. Най-простият начин е
Многомашинни комплекси Многомашинен компютърен комплекс (MMCC) е комплекс, който включва два или повече компютъра, връзките между които осигуряват изпълнението на функциите, възложени на комплекса. Най-често основният
Многопроцесорни комплекси Многопроцесорният компютърен комплекс (MPC) е комплекс, който включва два или повече процесора, имащи обща RAM памет, общи периферни устройства и работещи под управлението на една операционна система.
Видове mpvc структури Основните видове mpvc структурна организация са следните: с обща шина, с кръстосано превключване, с многовходова RAM. В системи с обща шина (фигура 5.3), всички устройствасвържете между
VC на базата на ES компютри (ibm) На базата на Единната компютърна система (ESEVM) в СССР бяха изградени различни многомашинни комплекси. Първият комплекс с две машини беше VK-1010, построен на базата на EC-1030. В този комплект
VC, базиран на SM компютри (dec) В системата от малки компютри (SM компютри) със структура с една шина, всички устройства са свързани към една магистрала, през която се предава цялата информация. Всички устройства, които са част от модула за използване на компютъра
Архитектура на клъстер Клъстерът е два или повече компютъра (често наричани възли), които са свързани чрез мрежови технологии, базирани на шина или комутатор, и се представят на потребителя.
Превключватели за многопроцесорни изчислителни системи В най-общ смисъл компютърната архитектура може да се дефинира като начин за свързване на компютри един към друг, към памет и към външни устройства. Изпълнението на тази връзка може да се извърши по различни начини.
Прости превключватели Видове прости превключватели: · с разделяне по време; с пространствено разделение. Предимства: лекота на управление и висока скорост. Минуси: ма
Композитни превключватели Простите превключватели имат ограничения за броя на входовете и изходите и може да изискват голямо количество оборудване, тъй като този брой нараства (в случай на пространствени превключватели). поет
SCI SCI (Scalable Coherent Interface) е приет като стандарт през 1992 г. (ANSI/IEEE Std 1596-1992). Той е проектиран да постига високи битрейтове с ниска латентност, докато предоставя
Комуникационна среда MYRINET Мрежовата технология Myrinet е въведена от Myricom, която за първи път представи своята комуникационна технология през 1994 г.година. Технологията Myrinet се основава на използването на мултипорт
Конвейерни системи Теоретичните основи на конвейерните системи са разгледани достатъчно подробно в монографията [5], в съответствие с която е представен материалът на този раздел. Конвейерът е основата на конвейерните системи.
Управление и организация на конвейери Ефективното използване на конвейер изисква своевременно подаване на първоначални данни към неговия вход. В допълнение, планирането трябва да бъде внимателно дефинирано, т.е. моментите във времето, в които се въвежда всеки вход
Статични конвейери Статичният конвейер е конвейер, в който същата функция се преоценява за определен период от време, но с различни данни. След това производителността на тръбопровода
Диаграма на състоянието Целта на контролната стратегия е да се определи кога да се правят нови започвания, без да се сблъскват с предишни започвания. Един метод за идентифициране и представяне на такива
Генериране на таблица за заетост въз основа на цикли По-рано се разглеждаше случаят, когато бяха генерирани оптимални начални цикли въз основа на таблицата за заетост. Тук разглеждаме обратния проблем: как, започвайки от цикъла, да определим свойствата на таблицата
Динамично конфигурирани тръбопроводи В динамично конфигурираните тръбопроводи всяко иницииране може да се отнася до неговата заета таблица, което има дълбок ефект върху планирането. Първо, може да има моменти, когато
Контролни функции в конвейерни системи Хардуерно управление на инициации. Основната функция на управлението е да определи кога може да се направи ново посвещение. Този момент зависи както от свойствата на съответствията
Матрични изчислителни системи Основата на матрицатасистеми е матричен процесор. Матричният процесор е "матрица" от свързани елементарни идентични процесори, управлявани от единичен поток от инструкции (ri