Кластерная технология

Вычислительный кластер – это мультикомпьютер, состоящий из множества отдельных компьютеров (узлов вычислительного кластера), объединённых единой коммуникационной средой. Каждый узел имеет свою локальную оперативную память. При этом общей физической оперативной памяти для узлов, как правило, не существует. Коммуникационная среда вычислительных кластеров обычно позволяет узлам взаимодействовать между собой посредством передачи сообщений. Узлы кластера могут функционировать под управлением разных операционных систем. Однако чаще всего используются стандартные UNIX-подобные системы. В целом, вычислительный кластер можно рассматривать как единую аппаратно-программную среду, имеющую единую коммуникационную систему, единый центр управления и планирования загрузки.

Разработка кластеров является сложным процессом, требующим на каждом шаге разрешения таких вопросов, как инсталляция, эксплуатация и одновременное управление большим числом компьютеров, технические требования параллельного и высокопроизводительного доступа к одному и тому же системному файлу (или файлам), межпроцессорная связь между узлами, координация работы в параллельном режиме. Такие проблемы чаще всего решаются при обеспечении единого образа операционной системы для всего кластера. Однако реализовать подобную схему удаётся далеко не всегда и обычно она применяется лишь для не слишком больших систем [22].

Для решения задачи по обеспечению возможности пользователей работать с кластером как с единой вычислительной системой коллективного пользования в настоящее время предлагается использовать специализированные системы управления кластерами. Такие системы работают совместно с базовой, установленной на узлы операционной системой и предлагают средства инсталляции, централизованного управления и мониторинга кластера, по обеспечению управления потоком заданий пользователей, выделению ресурсов для их решения и.т.д [5],[7],[20].

Так, существует несколько программных пакетов, позволяющих создать работающий кластер. Рассмотрим некоторые из них.

1. NPACI ROCKS – открытый пакет, базирующийся на RedHat Linux, предназначенный для организации вычислительного кластера. Главная цель проекта Rocks - упростить построение кластера на базе Linux настолько, насколько это возможно. В установку Rocks входит установка программного обеспечения для кластера и операционной системы Linux на базе дистрибутива Red Hat. Поэтому не нужно ставить Rocks на существующий сервер или использовать его с каким-либо другим дистрибутивом Linux. Менеджер установки самостоятельно конфигурирует различные службы. Стандартная установка проходит быстро и ровно. Подразумевается, что если возникает проблема с программным обеспечением узла Rocks, то проще переустановить систему, чем пытаться обнаружить и исправить проблему.

2. OSCAR (Open Source Cluster Application Resources) – открытый пакет, разработанный для упрощения организации кластера. Пакет регулярно обновляется и включает в себя всё, что необходимо для специализированного вычислительного кластера. Целью проекта OSCAR является создание лучшего в своём роде кластерного программного обеспечения, не требующего индивидуального подхода к установке и конфигурированию каждого вычислительного узла.

3. OpenMosix – проект, являющийся продолжением проекта MOSIX, но под свободной лицензией GNU GPL. MOSIX это система управления кластерами и сетями ОС на ядре Linux, представляющая их как одну систему, то есть эквивалент операционной системы для кластера в целом. OpenMosix – расширение ядра Linux, позволяющее создать единый кластер. Превращает сеть обычных персональных компьютеров в суперкомпьютер для Linux-приложений. OpenMosix представляет собой полнофункциональную кластерную среду с единой операционной системой (SSI), автоматически распараллеливающую задачи между узлами [42].