Комунікаційні середовища кластерних систем

Існує багато варіантів створення та побудови кластерних систем. Всі вони відрізняються між собою комунікаційним середовищем, що використовується для передачі даних між вузлами. Спочатку використовувався стандарт Ethernet зі швидкістю 10Мбіт/с.

В наш час досить поширеною є технологія Fast Ethernet зі швидкістю 10Мбіт/с. Проте великі накладні витрати даної технології при передачі даних не дозволяють створити універсальні обчислювальні кластери. Як альтернативу розробники можуть використовувати технології Gigabit Ethernet, Clan, Myrinet, Servernet та інші.

При передачі даних основні характеристики, що впливають на продуктивність це – латентність та пропускна здатність мережі. Латентність – це час, який потрібен, щоб повідомлення було підготовлене до відправки. Пропускна здатність мережі – це кількість інформації, що може бути передана за одиницю часу. Якщо обмін інформацією між вузлами складається з великої кількості невеликих повідомлень, то визначну роль в обміні даними буде грати латентність. Якщо повідомлення одне і велике, то визначну роль в обміні даними буде грати пропускна здатність.

Коли програмний додаток відправляє дані, вони спочатку проходять декілька шарів програмної та апаратної підтримки. Кожен з цих шарів може вносити власні корективи у процес передачі повідомлення. Наприклад, неякісний мережевий адаптер може з затримкою передавати дані, а неякісно встановлений драйвер може значно спотворити потік бітів.

Розглянемо параметри, які впливають на продуктивність комп’ютерів даного класу:

1. Наявність фрагментів програми, які можна розпаралелювати. Якщо в програмі досить великі фрагменти послідовного коду, то розраховувати на збільшення продуктивності не варто;

2. Так як фізична пам’ять є розподіленою між вузлами системи, то для доступу процесора до віддалених фрагментів пам’яті використовується система повідомлень, а отже визначну роль будуть грати або латентність або пропускна здатність. Тому для створення додатків для таких кластерних систем потрібно розробити систему повідомлень та розглянути, як ці повідомлення будуть передаватися мережею, і які чинники будуть основними. Для досягнення найефективнішої роботи потрібно досягнути максимального навантаження кожного із вузлів, так як може виникнути ситуація, коли декілька процесорів простоюють, а решта – перевантажені. Рівномірність навантаження досить легко досягнути на симетричних системах, проте майже неможливо на несиметричних кластерах;

3. Якщо апаратура і програмне забезпечення не підтримує асинхронної передачі даних, то може виникнути ситуація, що деякі процесори очікують коли решта процесорів закінчить роботу. Така ситуація призводить до невеликих накладних витрат в роботі;

4. Для досягнення найбільш ефективної роботи потрібно досягнути максимально рівномірної навантаженості кожного вузла. Якщо такої рівномірності не буде, то деякі процесори будуть простоювати, а решта – перенавантажені. Рівномірність навантаження досить легко досягнути на рівномірних однорідних системах (системи, в яких всі вузли однакової конфігурації, що з’єднані однаковою мережею). На неоднорідних системах досить важко досягнути рівномірної завантаженості;

5. Ще один фактор, що впливає на продуктивність – це реальна продуктивність кожного вузла. Різні моделі процесорів можуть мати різну характеристику, а саме: кількість рівнів кеш пам’яті, різні кількості функціональних пристроїв, тощо.

Наприклад, комп’ютер Cray T3E. Кожен процесор має 2 рівні кеш пам’яті, локальну пам’ять, віддалену пам’ять. Всі ці фактори необхідно враховувати для ефективного вирішення задачі. При роботі кожної конкретної задачі, всі перераховані вище фактори можуть зменшувати продуктивність в сотні, тисячі разів. Тому на кластерних системах в основному вирішують або незалежні задачі, або слабозв’язані. Тому треба дуже уважно підходити до вирішення задач на комп’ютері даного класу.

Date: 2015-07-17; view: 363; Нарушение авторских прав