Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе.
Проблемы выполнения сети связи процессоров в кластерной системе. - раздел История, Краткая историческая справка Архитектура Кластерной Системы (Способ Соединения Процессоров Друг С Другом) ...
Архитектура кластерной системы (способ соединения процессоров друг с другом) в большей степени определяет ее производительность, чем тип используемых в ней процессоров. Критическим параметром, влияющим на величину производительности такой системы, является расстояние между процессорами. Так, соединив вместе несколько персональных компьютеров, мы получим систему для проведения высокопроизводительных вычислений. Проблема, однако, будет состоять в поиске наиболее эффективного способа соединения стандартных средств друг с другом, поскольку при увеличении производительности каждого процессора в N раз производительность системы в целом в N раз не увеличится.
В качестве примера рассмотрим задачу построения симметричной 16-процессорной системы, в которой все процессоры были бы равноправны. Наиболее естественным представляется соединение в виде плоской решетки, где внешние концы используются для подсоединения внешних устройств (рисунок 9.6).
Рисунок 9.6. Схема соединения процессоров в виде плоской решетки.
При таком типе соединения максимальное расстояние между процессорами окажется равным 6 (количество связей между процессорами, отделяющих самый ближний процессор от самого дальнего). Теория же показывает, что если в системе максимальное расстояние между процессорами больше 4, то такая система не может работать эффективно. Поэтому при соединении 16 процессоров друг с другом плоская схема является нецелесообразной. Для получения более компактной конфигурации необходимо решить задачу о нахождении фигуры, имеющей максимальный объем при минимальной площади поверхности. В трехмерном пространстве таким свойством обладает шар. Но поскольку нам необходимо построить узловую систему, вместо шара приходится использовать куб (если число процессоров равно 8) или гиперкуб, если число процессоров больше 8. Размерность гиперкуба будет определяться в зависимости от числа процессоров, которые необходимо соединить. Так, для соединения 16 процессоров потребуется четырехмерный гиперкуб. Для его построения следует взять обычный трехмерный куб (рисунок 9.7), сдвинуть в нужном направлении и, соединив вершины, получить гиперкуб размером 4 (рисунок 9.8).
Рисунок 9.7. Топология связи, 3-х мерный гиперкуб.
Архитектура гиперкуба является второй по эффективности, но самой наглядной. Используются и другие топологии сетей связи: трехмерный тор, "кольцо", "звезда" и другие (рисунки 9.8-9.11).
Рисунок 9.8. Топология связи, 4-х мерный гиперкуб
Рисунок 9.9. Архитектура кольца с полной связью по хордам (Chordal Ring).
Наиболее эффективной является архитектура с топологией "толстого дерева" (fat-tree). Архитектура "fat-tree" (hypertree) была предложена Ч.Лейзерсоном (Ch. Leiserson) в 1985 году. Процессоры локализованы в листьях дерева, в то время как внутренние узлы дерева скомпонованы во внутреннюю сеть. Поддеревья могут общаться между собой, не затрагивая более высоких уровней сети.
Рисунок 9.10. Кластерная архитектура "Fat-tree".
Поскольку способ соединения процессоров друг с другом больше влияет на производительность кластера, чем тип используемых в ней процессоров, то может оказаться более целесообразным создать систему из большего числа дешевых компьютеров, чем из меньшего числа дорогих. В кластерах, как правило, используются операционные системы, стандартные для рабочих станций, чаще всего свободно распространяемые (Linux, FreeBSD), вместе со специальными средствами поддержки параллельного программирования и балансировки нагрузки. При работе с кластерами, так же, как и с MPP-системами, используют так называемую Massive Passing Programming Paradigm – парадигму программирования с передачей данных (чаще всего – MPI). Умеренная цена подобных систем оборачивается большими накладными расходами на взаимодействие параллельных процессов между собой, что сильно сужает потенциальный класс решаемых задач.
Рисунок 9.11. Кластерная архитектура "Fat-tree" (вид сверху на предыдущую схему).
Краткая историческая справка.
История развития вычислительных машин и систем берет начало от концепции вычислительной машины фон Неймана. В качестве основных устройств универсальных ЭВМ были выделены: арифметико-логическое устр
Режим реального времени
В ряде применений вычислительных систем (напр. управление воздушным движением и т.п.) на обработку вводимых данных и выдачу результата накладываются жесткие временные ограничения, диктуемые темпом
Принципы упорядочивания ресурсов ВС методами теории расписаний.
Алгоритмы распределения времени центрального процессора (ЦП) определяют последовательность выполнения программ. Эти алгоритмы по своей структуре могут быть классифицированы на приоритетные, бесприо
Общая постановка задачи упорядочивания.
В общем случае штраф от того, что заявка на решение i-ой задачи реализуется на к- месте в очереди, т.е. после решения предыдущих к-1 задач, могут быть произвольной функцией места в очереди, длитель
Оптимизация распределения памяти по иерархическим уровням.
В современных ВС широко используются запоминающие устройства (ЗУ) различных типов. ЗУ различаются физическими принципами, а, главное, техническими и экономическими параметрами. Основными параметры
Управление замещением страниц в двухуровневой памяти.
Рассмотрим вопросы обмена информацией между первыми двумя наиболее быстродействующими уровнями памяти. Эти уровни будем будем называть основной памятью (ОП) и вспомогательной (ВП). Такой обмен хара
Модели поведения программ и критерии качества.
Для сравнения различных алгоритмов замещения необходимо указать способ задания последовательности обращений . Простейший способ заключается
Многомашинные комплексы.
Многомашинный вычислительный комплекс (ММВК)- это комплекс, включающий в себя две или более ЭВМ, связи между которыми обеспечивают выполнение функций, возложенных на комплекс. Чаще всего основной ц
Многопроцессорные комплексы.
Многопроцессорный вычислительный комплекс (МПВК)- это комплекс, включающий в себя два или боле процессора, имеющих общую ОП, общие периферийные устройства и работающий под управлением единой операц
Типы структур МПВК.
Основные типы структурной организации МПВК следующие: с общей шиной, с перекрестной коммутацией, с многовходовой ОЗУ.
В системах с общей шиной (рисунок 5.3) все устройства соединяются межд
ВК на базе ЕС ЭВМ (IBM).
На базе Единой Системы ЭВМ (ЕСЭВМ) в СССР были построены
различные многомашинные комплексы.
Первым двухмашинным комплексом был ВК-1010, построенный на базе ЕС-1030. В этом комплек
ВК на базе СМ ЭВМ (DEC).
В Системе Малых ЭВМ (СМ ЭВМ) с одношинной структурой все устройства подключаются к единственной магистрали, по которой передается вся информация. Все устройства, входящие в состав ЭВМ используют ед
Кластерная архитектура.
Кластер представляет собой два или более компьютеров (часто называемых узлами), объединяемые при помощи сетевых технологий на базе шинной архитектуры или коммутатора и предстающие перед пользовател
Коммутаторы для многопроцессорных вычислительных систем.
В самом общем смысле архитектуру компьютера можно определить как способ соединения компьютеров между собой, с памятью и с внешними устройствами. Реализация этого соединения может идти различными пу
Простые коммутаторы.
Типы простых коммутаторов:
· с временным разделением;
· с пространственным разделением.
Достоинства: простота управления и высокое быстродействие.
Недостатки: ма
Составные коммутаторы.
Простые коммутаторы имеют ограничения на число входов и выходов, а также могут требовать большого количества оборудования при увеличении этого числа (в случае пространственных коммутаторов). Поэтом
Когерентный интерфейс SCI.
SCI (Scalable Coherent Interface) принят как стандарт в 1992 г. (ANSI/IEEE Std 1596-1992). Он предназначен для достижения высоких скоростей передачи с малым временем задержки и при этом обеспечивае
Коммуникационная среда MYRINET.
Сетевую технологию Myrinet представляет компания Myricom, которая впервые предложила свою коммуникационную технологию в 1994 году.
Технология Myrinet основана на использовании многопортовы
Конвейерные системы.
Теоретические основы конвейерных систем достаточно подробно рассмотрены в монографии [5], в соответствии с которой изложен материал этого раздела.
Основой конвейерных систем является конве
Управление и организация конвейеров.
Эффективное использование конвейера требует своевременной подачи на его вход исходных данных. Кроме того, нужно тщательно определить диспетчеризацию, то есть моменты времени, в которые любая входна
Статические конвейеры.
Статический конвейер – это такой конвейер, в котором на протяжении некоторого периода времени повторно вычисляется одна и та же функция, но с различными данными. Тогда производительность конвейера
Диаграмма состояний.
Цель стратегии управления состоит в том, чтобы определить, когда осуществлять новые инициации, не приводящие к столкновениям с прежними инициациями. Одним из методов выявления и представления такой
Генерирование таблиц занятости на основе циклов.
Ранее, был рассмотрен случай, когда на основе таблицы занятости выработалась оптимальные циклы инициаций. Здесь рассмотрим обратную задачу: как, отправляясь от цикла определить свойства таблицы зан
Конвейеры с динамической конфигурацией.
В конвейерах с динамической конфигурацией любая инициация может относиться к своей таблице занятости, что оказывает глубокое влияние на диспетчеризацию. Во-первых, могут быть моменты времени, когда
Функции управления в конвейерных системах.
Аппаратное управление инициациями.
Основная функция управления состоит в определении момента, когда может быть сделана новая инициация. Этот момент зависит как от свойств соответств
Матричные вычислительные системы.
Основой матричных систем является матричный процессор.
Матричный процессор представляет собой «матрицу», связанных элементарных идентичных процессоров, управляемых одним потоком команд (ри
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов