Основные классы современных параллельных компьютеров. Кластерные системы являются развитием параллельных систем. Чтобы проказать место кластерных систем среди остальных типов параллельных архитектур вычислительных систем нужно привести их классификацию. Параллельные системы могут быть класифицированы по различным критериям. С аппаратной точки зрения, основным параметром классификации паралелльных компьютеров является наличие общей SMP или распределенной памяти MPP . Нечто среднее между SMP и MPP представляют собой NUMA-архитектуры, где память физически распределена, но логически общедоступна.
Симметричные мультипроцессорные системыSMP система состоит из нескольких однородных процессоров и массива общей памяти. Один из часто используемых в SMP архитектурах подходов для формирования масштабируемой, общедоступной системы памяти, состоит в однородной организации доступа к памяти посредством организации масштабируемого канала память-процессоры рис.1 Каждая операция доступа к памяти интерпретируется как транзакция по шине процессоры-память. Когерентность кэшей поддерживается аппаратными средствами.
В SMP каждый процессор имеет по крайней мере одну собственную кэш-память а возможно, и несколько. Можно сказать, что SMP система - это один компьютер с несколькими равноправными процессорами.
Все остальное - в одном экземпляре одна память, одна подсистема ввода вывода, одна операционная система. Слово равноправный означает, что каждый процессор может делать все, что любой другой. Каждый процессор имеет доступ ко всей памяти, может выполнять любую операцию ввода вывода, прерывать другие процессоры и т.д. Недостатком данной архитектуры является необходимость организации канала процессоры- память с очень высокой пропускной способностью. Массивно-параллельные системыМассивно-параллельная система MPP состоит из однородных вычислительных узлов, включающих в себя один или несколько центральных процессоров обычно RISC локальную память прямой доступ к памяти других узлов невозможен коммуникационный процессор или сетевой адаптер жесткие диски и или другие устройства В В К системе могут быть добавлены специальные узлы ввода-вывода и управляющие узлы. Узлы связаны через некоторую коммуникационную среду высокоскоростная сеть, коммутатор и т.п. Системы с неоднородным доступом к памяти NUMA NUMA nonuniform memory access в отличие от привычной SMP архитектуры с разделяемой памятью представляет собой несколько отдельных процессоров, каждый из которых, кроме собственного кэша, обладает также локальной памятью рис.2 В подобной архитектуре процессор и модули памяти тесно интегрированы, следовательно, скорость доступа к локальной памяти гораздо выше, чем к памяти соседнего процессора.
Подсистемы ввода-вывода могут быть частью каждого узла или консолидированы на выделенных узлах ввода-вывода.
Если во всей системе поддерживается когерентность кэшей, то такую архитектуру называют cc-NUMA. Проще всего охарактеризовать NUMA-систему, представив себе большую систему SMP, разделенную на несколько частей, эти части связаны коммуникационной магистралью, подключенной к системным шинам, и каждая часть включает собственную основную память и подсистему ввода вывода.
Это и есть NUMA большая SMP, разбитая на набор более мелких и простых SMP. Основной проблемой NUMA является обеспечение когерентности кэшей.
Аппаратура позволяет работать со всеми отдельными устройствами основной памяти составных частей системы называемых обычно узлами как с единой гигантской памятью. Кластерная архитектураРассмотрим место кластерной архитектуры вычислительных систем в данной классификации. Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого ресурса. Под понятием полноценный компьютер понимается завершенная компьютерная система, обладающая всем, что требуется для ее функционирования, включая процессоры, память, подсистему ввода вывода, а также операционную систему, подсистемы, приложения и т.д. Обычно для этого годятся персональные компьютеры или параллельные системы, которые могут обладать архитектурой SMP и даже NUMA. Кластеры являются слабосвязанными системами, связи узлов используется одна из стандартных сетевых технологий Fast Gigabit Ethernet, Myrinet на базе шинной архитектуры или коммутатора.
Поэтому они являются более дешевой в построении модификацией MPP архитектуры.