Топология кластера

Вычислительные
Кластеры
2/30
Кластер
•
Группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами
связи и представляющая с точки зрения пользователя единый
аппаратный ресурс.
•
Разновидность параллельной или распределённой системы, которая:
 1. состоит из нескольких связанных между собой компьютеров;
 2. используется как единый, унифицированный компьютерный
ресурс.
Грегори Пфистер (Gregory F. Pfister)
Один из первых архитекторов кластерной
технологии
3/30
Схема кластера
Основные компоненты:
•
Узлы кластера (одно- и
мультипроцессорные (многоядерные)
компьютеры)
• Межпроцессорные связи (heartbeat)
• Разделяемые диски (SCSI, Fiber
Channel)
4/30
Fibre Channel Clusters
Прямое соединение
(direct attach)
SAN-соединение
(SAN-attach)
5/30
Fibre Channel Clusters
Консолидация или объединение кластеров
(Cluster consolidation)
6/30
Топология кластера
7/30
Топология кластера
Данные топологии кластера (в формате
Pajek) представленные программой
VANTED (Visualization and Analysis of
Networks containing Experimental Data)
Исходный граф
8/30
Виды кластеров
•
•
•
•
Отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, HA)
Кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters)
Высокопроизводительные кластеры (High-performance clusters, HPC)
Grid-системы
9/30
Отказоустойчивые кластеры
HA Clusters или Failover Clusters создаются для обеспечения высокой
доступности сервиса, предоставляемого кластером.
Избыточное число узлов (минимум 2), входящих в кластер, гарантирует
предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов.
Создано множество программных решений для построения такого рода
кластеров. В частности, для GNU/Linux, FreeBSD и Solaris существует
проект бесплатного ПО Linux-HA.
10/30
Схема HA кластера
Методы повышения надежности:
•
Зеркалирование дисков (Disk
mirroring)
• Избыточные связи LAN
• Избыточные связи SAN
• Избыточные линии
энергоснабжения и защита UPS
11/30
Кластеры с балансировкой нагрузки
Load balancing clusters распределяют запросы через один или несколько
входных узлов (front-ends), которые перенаправляют их на обработку в
вычислительные узлы (back-end servers).
Первоначальная цель такого кластера — производительность, однако, в них
часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные
конструкции называются серверными фермами (server farms).
Программное обеспечение может быть как коммерческим (OpenVMS Cluster,
Platform LSF HPC, Sun Grid Engine, Moab Cluster Suite, Maui Cluster
Scheduler), так и бесплатным (Linux Virtual Server, Mosix).
12/30
Схема Load balancing кластера
Балансировка нагрузки
SAN
Балансировка нагрузки
вебсерверов
13/30
Схема Load balancing кластера
Аппаратная и программная балансировка нагрузки
14/30
Высокопроизводительные кластеры
High performance cluster (HPC) позволяют увеличить скорость расчетов,
разбивая задание на параллельно выполняющиеся потоки.
Область применения — научные исследования.
Одна из типичных конфигураций — набор серверов с установленной на них
операционной системой Linux (кластер Beowulf).
Для HPC создается специальное ПО, способное эффективно распределять
задачу между узлами.
15/30
Схема Beowulf кластера
Группа идентичных РС (Client node) под управлением ОС Lunix (Server
node), объединенных в небольшую TCP/IP LAN
16/30
IBM Roadrunner
Архитектура
12,960 IBM PowerXCell 8i CPUs
6,480 AMD Opteron dual-core processors,
Infiniband, Linux
6,120 Opteron (2 cores) + 12,240 PowerXCell 8i
(9 cores) = 122,400 cores
Потребляемая мощность
Занимаемая площадь
Память
Производительность
Цена
2.35 MW
296 racks (560м2)
103.6 TiB
1.7 petaflops (peak)
US$133M
17/30
LINPACK TOP500
18/30
Roadrunner TriBlade
Схема TriBlade модуля (платы QS22, LS21 и Expansion Blade)
19/30
Схема Roadrunner
3 модуля TriBlade образуют BladeCenter H
4 BladeCenter H монтируются в 42U стойку
20/30
Схема Roadrunner
15 стоек образуют Connected Unit
Весь кластер состоит из 18 CUs
21/30
Grid-системы
Грид (англ. grid — решетка, сеть) — согласованная, открытая и
стандартизованная компьютерная среда, которая обеспечивает гибкое,
безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и
ресурсов хранения информации, которые являются частью этой среды, в
рамках одной виртуальной организации.
Грид является географически распределенной инфраструктурой,
объединяющей множество ресурсов разных типов (процессоры,
долговременная и оперативная память, хранилища и базы данных, сети),
доступ к которым пользователь может получить из любой точки, независимо
от места их расположения.
22/30
Схема Grid-системы
Центральный узел (Control Server) распределяет задачи
по узлам грида (Grid Node) и контролирует результат
23/30
Grid вычисления
SETI@home
Folding@home
Climate Prediction
LHC@home
…
24/30
Персональный суперкомпьютер
Tesla С870
Tesla S870
Tesla D870