Функции. Большинство современных серверов имеет 99-процентную готов­ность (неработоспособность - около четырех дней в году)

Большинство современных серверов имеет 99-процентную готов­ность (неработоспособность - около четырех дней в году). Готовность 99,9%, достигаемая обычно спаркойсерверов (основной плюс резервный), означает годовой простой около 500 мин., 99,999% - 5 мин., а 99,9999% - 30 сек.

Появление критически важных приложений в областях бизнеса, финансов, телекоммуникаций, здравоохранения и других требует обес­печения коэффициента готовности не менее чем т.н. «пятьдевяток» и даже выше.

Увеличение суммарной производительности кластера, объединя­ющего несколько серверов, обеспечивается автоматически. Каждый сервер кластера сам является достаточно мощной вычислительной системой, рассчитанной на вы­полнение им всех необходимых функций в части управления соответствующими сетевыми ресурсами. С развитием сетей все большее зна­чение приобретают и распределенные вычисления. При этом многие компьютеры, в том числе и серверы, могут иметь не очень большую нагрузку. Свободные ресурсы рабочих стан­ций локальных вычислительных сетей, да и самих серверов можно использовать для выполнения каких-либо трудоемких вычислений. При этом стоимость создания подобных вычислительных кластеров очень мала, так как все их составные части работают в сети и только при необходимости образуют виртуальный (временный) вычислитель­ный комплекс.

Совокупные вычислительные мощности кластеров могут быть срав­нимы с мощностями суперЭВМ, и даже превышать их при неизмеримо меньшей стоимости, обеспечивая наилучшее соотношение производительность / стоимость.

Так например, фирма IBM еще в 2001 году представила одну из самых мощных кластерных систем того времени - ASCI White, содержащую 8192 микропроцессора IBM Power 3, основную память емкостью 6 Тбайт, дисковую память емкостью 160 Тбайт; общая производительность клас­тера 12,5 TFloPS (триллионов операций в секунду). Стоимость такой кластерной системы суще­ственно ниже по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же производительность.

Эффек­тивное перераспределение нагрузок между компьютера­ми кластера обеспечивается работой кластера под управлением единой операционной системы, что позволяет оперативно контролировать процесс вычислений. Управление такими проектами требует создания специального клиентского и серверного программного обеспечения, работающего в фо­новом режиме. Компьютеры при этом периодически получают зада­ния от сервера, включаются в работу и возвращают результаты об­работки. Последние версии браузеров (browser) еще более упрощают процесс взаимодействия, так как на клиентской машине могут акти­визировать выполнение различных программ-сценариев (скриптов).

Эффективное управление и контроль работы системы подразу­мевает возможность работы отдельно с каждым узлом, вручную или программно отключать узел для модернизации или ремонта с последующим возвращением его в работающий кластер. Это обеспечивает специализированноекластерное ПО, интегрированное в ОС серверов, которое позволяет работать с узлами как с единым пулом ресурсов (SingleSystemImage - SSI).

Различные фирмы реализуют разные подходы к реализации кластерных систем. Фирма разработала Sun 64-процессорную SMP-модель сер­вера. Фирма IBM разработала SMP-систему, построенную на 16процессорах Itanium 2. Напротив, фирма Dell считает, что применение более восьми процессоров в SMP-структуре применять нецелесообразно из-за трудностей преодоления конфликтов при обращении их к общей оперативной памяти.

Большой интерес к построению кластеров проявляет фирма Microsoft. В связи с широкой популярностью операционных систем WindowsNT и выше, предназначенных для управления сетями крупных предприятий, разработаны различные варианты кластерного обес­печения, которое поддерживает до 16 и более узлов в кластере.

Унификация инженерно-технических решений предполагает соот­ветственно и стандартизацию аппаратных и программных процедур обмена данными между серверами. Для передачи управляющей информации в кластере используются специальные магистрали, имею­щие более высокие скорости обмена данными. В качестве такого стан­дарта предлагается интеллектуальный ввод-вывод (IntelligentInput/ Output - I2O). Спецификация I2O определяет унифицированный ин­терфейс между операционной системой, освобождая процессоры и их системные шины от обслуживания периферии.

Как и у любой разрабатываемой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:

· задержки разработки и принятия общих стандартов;

· большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;

· трудности управления одновременным доступом к файлам;

· сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развер­тыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.

4. Организация функционирования ВС

Управление вычислительными процессами в ВС осуществляют ОС, которые являются частью общего ПО. В состав ОС включаются:

· программы централизованного управления ресурсами системы,

· программы автономного использования вычислительных модулей для выполнения требования сохранения работоспособности при наличии в ней хотя бы одного исправного модуля.

Требование увеличения производительности также предпо­лагает возможность параллельной и даже автономной работы моду­лей при обработке отдельных заданий или пакетов заданий.

Операционные системы многомашинных ВСявляются более про­стыми. Обычно они создаются как надстройка автономных ОСотдель­ных ЭВМ, так как здесь каждая ЭВМ имеет большую автономию в использовании ресурсов (своя оперативная и внешняя память, свой обо­собленный состав внешних устройств и т.д.). В них широко использу­ются программные методы локального (в пределах вычислительного центра) и дистанционного (сетевая обработка) комплексирования.

Общий принцип построения ОС многомашинных комплексов - для каждой ЭВМ в ВС другие ЭВМ играют роль внешних устройств, и их взаимодействие осуществляется по интер­фейсам, имеющим унифицированное ПО. Все обмены данными между ЭВМ должны предусматриваться пользова­телями путем включения в программы специальных операторов рас­параллеливания вычислений. По этим обращениям ОС ВС включает особые программы управления обменом. При этом ОС должна обеспечивать распределение и последующую пересылку заданий или их частей, оформляя их в виде самостоятельных заданий. Такие ОС, орга­низуя обмен, должны формировать и устанавливать связи, контроли­ровать процессы обмена, строить очереди запросов, решать конфлик­тные ситуации.

В многомашинных ВС диспетчерские функции могут решаться на централизованной или децентрализованной основе. Связь машин обыч­но устанавливается в порядке подчиненности: «главная ЭВМ - вспо­могательная ЭВМ».

Программное обеспечение многопроцессорных ВС отличается большей сложностью. Это объясняется сложностью процессов, формируемых в ВС, а также сложностью принятия решения в каждой конкретной ситуации. Здесь все операции планирования и диспетчеризации связаны с динамическим распределением ресурсов (оперативной и внешней памяти, процессо­ров, данных системных таблиц, программ, периферийного оборудо­вания и т.п.). Центральное место в этом играет степень использова­ния и методы управления общей оперативной памятью. Здесь очень часто могут формироваться множественные конфликты, требующие сложных процедур решения, что приводит к задержкам в вычислениях.

Для обеспечения эффективной работы многопроцессорных систем их операционные системы специализируют на следующие типовые методы взаимодействия процессоров (Слайд 23):

1. «ведущий - ведомый» в наибольшей степени соот­ветствует ВС с централизованным управлением. Тут имеется опреде­ленная аналогия с многомашинными системами, организованными по принципу «главная ЭВМ - вспомогательная ЭВМ». Диспетчерские функции выполняются только одним процессором системы. Закреп­ление этих функций может быть фиксированным и плавающим. Для этого может выделяться специализированный процессор или обыч­ный процессор универсального типа, переключающийся и на выпол­нение вычислений.

Такие системы отличаются довольно про­стым аппаратурным и программным обеспечением. Они по­лучили распространение в МРР - структурах, но время, затрачиваемое ведущим процессором на планирование и распределение функций, может быть причиной простоев ведомых вычислителей.

2. Симметричная, или однородная обработка в процессо­рах возможна при использовании однотипных процессорных элемен­тов, каждый из которых имеет непосредственные связи по передаче данных с другими. В отличие от ОКМД - структур ранних выпусков, в которых синхронизировалось выполнение отдельных команд, в МРР - структурах симметричная обработка должна обеспечивать синхронизацию выполнения целых процессов. Она обладает существенно более высокой живучестью и сохраняет работоспособность при выходе из строя даже нескольких процессоров матрицы, так как здесь имеется более высокий уровень резервирования. В ней обеспечивается более полная загрузка процессоров с лучшим использованием их процес­сорного времени. Расход других общесистемных ресурсов также эффективнее.

Развитие микроэлектроники дало возможность реализовывать эти структуры в виде сверхбольших интегральных схем (СБИС), что позволило, кроме выдающихся технических характеристик, получить высокую степень распараллеливания вычислений, что позволяет обеспечить высокую производительность.

3. Раздельная, или независимая работа процессоров в многопро­цессорных ВС осуществляется при параллельной обработке незави­симых заданий. Это позволяет получить максимальную производительность системы.

5. Перспективы развития вычислительных средств. Технические средства человеко-машинного интерфейса.