учебники, программирование, основы, введение в,

 

Кластеры и массивно-параллельные системы различных производителей. Семейство массивно-параллельных машин ВС МВС-100 и МВС-1000. ВС с распределенной памятью производства Sequent и DATA GENERAL. Кластеры DIGITAL

Семейство массивно-параллельных машин ВС МВС-100 и МВС-1000
Массивно-параллельные масштабируемые системы МВС предназначены для решения прикладных задач, требующих большого объема вычислений и обработки данных. Суперкомпьютерная установка системы МВС представляет собой мультипроцессорный массив, объединенный с внешней дисковой памятью и устройствами ввода-вывода информации под общим управлением персонального компьютера или рабочей станции.
Основные области фактического применения суперкомпьютеров МВС-100/1000:

  1. решение задач расчета аэродинамики летательных аппаратов, в том числе явления интерференции при групповом движении;
  2. расчет трехмерных нестационарных течений вязкого сжимаемого газа;
  3. расчеты течений с локальными тепловыми неоднородностями в потоке;
  4. разработка квантовой статистики моделей поведения вещества при экстремальных условиях;
  5. расчеты структурообразования биологических макромолекул;
  6. моделирование динамики молекулярных и биомолекулярных систем;
  7. решение задач линейных дифференциальных игр. Динамические задачи конфликтов управления;
  8. решение задач механики деформируемых твердых тел, в том числе с учетом процессов разрушения.

Программное обеспечение, установленное на вычислительных системах, по сути, минимально по своему объему: трансляторы с языков FORTRAN и С (С++); дополнительные средства описания параллельных процессов; программные средства PVM и MPI; средства реализации многопользовательских режимов и удаленного доступа.
Межведомственный суперкомпьютерный центр (МСЦ) был открыт 5 ноября 1999 г. В нем в качестве основной машины была установлена 16-процессорная система фирмы HP V2250 производительностью 15 Гопер/с. Параллельно с этой системой в МСЦ работал также 96-процессорный вариант отечественной системы МВС-1000. Суммарная производительность всех систем центра достигала 230 Гопер/с (2,3х1011).
МВС-100
Подход, который используется при создании отечественных суперкомпьютеров, состоит в закупке новейших комплектующих изделий, создания на этой основе суперкомпьютерных систем, их интеграции в информационно-вычислительные сети и необходимых усилий в области применения, т.е. в разработке прикладных программ и методов математического моделирования. Такая концепция реализована в мультипроцессорной вычислительной системе МВС-100.
МВС-100 - это отечественная мультипроцессорная система второго поколения. В настоящее время она заменяется на МВС-1000. Система поставляется в виде типовых конструктивных модулей по 32, 64 и 128 процессоров. Число процессоров в модулях и число модулей может варьироваться. Для основной обработки применяются микропроцессоры Intel 860 с производительностью до 100 МФлоп (64 разряда при двойной точности) и присоединенной оперативной памятью, изменяемой от 8 до 32 Мбайт. Для межпроцессорного обмена в каждом узле используется транспьютер, работающий с той же оперативной памятью, а также памятью внешнего обмена объемом 2-8 Мбайт. Общая пропускная способность 4 транспьютерных каналов для внешнего обмена - 20 Мбайт/с. Система МВС-100 эксплуатируется в ряде институтов РАН и промышленности. Установки МВС-100 с суммарной производительностью более 50 Гопер/с эксплуатируются в вычислительных центрах РАН (в Москве, Екатеринбурге, Новосибирске, Владивостоке) и в отраслевых ВЦ. Показана возможность эффективного распараллеливания вычислений и обработки данных.
МВС-1000
МВС-1000 - система третьего поколения, основанная на использовании микропроцессоров Alpha 21164 (разработка компании DEC-Compaq; выпускается также заводами фирм Intel и Samsung) с производительностью до 1-2 Гопер/с и присоединенной оперативной памятью объемом 0,1-2 Гбайт. Система МВС-1000 с производительностью до 1 Tфлоп состоит из 8 стоек (512 узлов).
В основном исполнении системы межпроцессорный обмен структурно аналогичен используемому в системе МВС-100 и реализуется в двух модификациях: на базе <транспьютероподобного> связного микропроцессора TMS320C44 (фирма Texas Instruments), имеющего 4 канала с пропускной способностью каждого в 20 Мбайт/с, либо на базе связного микропроцессора SHARC ADSP 21060 (фирма Analog Devices), имеющего 6 внешних каналов с пропускной способностью каждого 40 Мбайт/с.
Исполнение МВС-1000К отличается использованием для межпроцессорного обмена коммутационной сети MYRINET (фирма Myricom, США) с пропускной способностью канала в дуплексном режиме 2x160 Мбайт/с. Кроме того, предусмотрено подключение к каждому процессору памяти на жестком диске с объемом 2-9 Гбайт. В стандартной стойке располагается до 64 процессоров системы МВС-1000 или 24 процессора системы МВС-1000К. Предусмотрены средства системного объединения стоек для установок с большим числом процессоров.
Процессорные узлы связаны между собой по схеме, сходной с топологией двухмерного тора (для 4-линковых узлов). Конструктивным образованием МВС-1000 является базовый вычислительный блок, содержащий 32 вычислительных модуля.
Для управления массивом процессоров и внешними устройствами, а также для доступа к системе извне используется так называемый хост-компьютер (управляющая машина). Обычно это рабочая станция AlphaStation с процессором Alpha и операционной системой Digital Unix (Tru64 Unix) или ПК на базе Intel с операционной системой Linux.
Начиная с 1999 г., все вновь выпускаемые МВС-1000 строятся как кластеры выделенных рабочих станций. Это означает, что, в отличие от ранних версий МВС-1000, в качестве вычислительного модуля используются не специализированные ЭВМ, предназначенные только для применения в качестве деталей суперкомпьютерной установки, а обычные персональные компьютеры. В качестве коммуникационной аппаратуры используются обычные сетевые платы и коммутаторы, применяемые для построения офисных локальных сетей.
В качестве базовой ОС узла используется Linux, что фактически является общепринятым мировым стандартом для построения систем такого класса. Это позволило многократно расширить и упростить, по сравнению с ранними версиями МВС-1000, адаптацию разнообразного программного обеспечения, как свободно распространяемого, так и коммерческого.
Разработчики МВС-1000 предлагают пользователям набор единых архитектурных решений, охватывающий три класса параллельных вычислительных систем:

  • большие и сверхбольшие системы, состоящие из сотен узлов. Примером такой системы может служить МВС-1000М, эксплуатирующаяся в настоящее время в Межведомственном суперкомпьютерном центре РФ;
  • средние и малые системы, поставляемые по заказу. В настоящее время серийно выпускаются МВС-1000/16 и МВС-1000/32, из 16 и 32 процессоров, соответственно. В ИПМ РАН в настоящее время в регулярной эксплуатации находится одна установка МВС-1000/16. Кроме того, аналогичные системы успешно эксплуатируются в целом ряде научных центров страны;
  • виртуальные параллельные системы на базе офисной локальной сети. Для освоения и изучения параллельных технологий, а также для постоянной эксплуатации в условиях острого дефицита финансовых средств предлагается программное обеспечение, позволяющее организовать полноценную параллельную систему на базе оборудования вузовского компьютерного класса, или аналогичной офисной локальной сети. При этом с точки зрения пользователя система не только не отличается от <настоящей> по способу работы, но и позволяет получать очевидный выигрыш в скорости при выполнении реальных программ. В отличие от реализованных аппаратно суперкомпьютеров МВС-1000, такой полностью виртуальный суперкомпьютер называется МВС-900.

 

ВС с распределенной памятью компании Sequent
Sequent
В 1999 г. компьютерные корпорации IBM и Sequent объявили о своем слиянии, и в июле того же года Sequent фактически стала подразделением IBM. После этого IBM остановила значительное обновление линии серверов NUMA Q, выпускавшихся Sequent.
Sequent являлся поставщиком масштабируемых NUMA-серверов (серии NUMA-Q 1000 и NUMA-Q 2000), включающих до 64 процессоров Intel и предназначенных в основном для коммерческих систем онлайновой обработки транзакций и поддержки СУБД.
Кроме того, NUMA-технологии, разработанные специалистами Sequent, используются и в серверах от IBM. Разработчики IBM утверждают, что NUMA станет определяющей технологией для UNIX- и NT-серверов уже в начале 21 века.
Sequent была, по-видимому, второй после IBM компанией, осуществившей поставки UNIX-кластеров баз данных в середине 1993 г. Она предлагала решения, соответствующие среднему и высокому уровню готовности своих систем. Первоначально Sequent Hi-Av Systems обеспечивали дублирование систем, которые разделяли общие диски. Пользователи могли выбирать ручной или автоматический режим переключения на резерв в случае отказа. Hi-Av Systems обеспечивает также горячее резервирование IP-адресов и позволяет кластеру, в состав которого входит до четырех узлов, иметь единственный сетевой адрес.
Компания Sequent одной из первых освоила технологию Fast-Wide SCSI, что позволило ей добиться значительного увеличения производительности систем при обработке транзакций. Компания поддерживает дисковые подсистемы RAID уровней 1, 3 и 5. Кроме того, она предлагает в качестве разделяемого ресурса ленточные накопители SCSI. Модель SE90 поддерживает кластеры, в состав которых могут входить два, три или четыре узла, представляющих собой многопроцессорные системы Symmetry 2000 или Symmetry 5000 в любой комбинации. Это достаточно мощные системы. Например, Sequent Symmetry 5000 Series 790 может иметь от 2 до 30 процессоров Pentium 66 МГц, оперативную память емкостью до 2 Гбайт и дисковую память емкостью до 840 Гбайт.
При работе с Oracle Parallel Server все узлы кластера работают с единственной копией базы данных, расположенной на общих разделяемых дисках.
Система Sequent NUMA-Q
Среди разработок архитектура сс-NUMA выделяется принципиально. Это архитектура симметричного мультипроцессирования (SMP), обладающая множеством достоинств: простая модель программирования, отличная масштабируемость, возможность работы с количеством процессоров более восьми, переносимость приложений и т. д. Но есть и недостатки в виде высокой стоимости и специального программного обеспечения. У истоков создания архитектуры сс-NUMA стояла компания Sequent, реализовавшая собственную версию NUMA-Q.


Таблица 15.1. NUMA-Q 2000

Производитель

IBM (ранее Sequent)

Класс архитектуры

Многопроцессорная система с общей памятью (cc-NUMA). Используется для организации сложных информационных систем.

Модификации

Model E410/E330/E320/E300/E200

Процессоры

Intel Pentium III Xeon (700 MHz в модели E410)

Узел

От 4 до 64 процессоров, до 64 GB оперативной памяти; узел состоит из базовых плат по 4 процессора (quads), соединенных между собой коммутатором IQ-Link

Масштабируемость

Возможна организация кластеров, включающих до 4 узлов

Системное ПО

Используется операционная система DYNIX/ptx: версия UNIX от Sequent.Внутри одной системы могут одновременно исполняться UNIX и Windows NT

Первой NUMA-системой была машина Butterfly, разработанная BBN в 1981 г. Первой действующей системой с архитектурой сс-NUMA стала Stanford DASH. Группа, работавшая с ней, использовала возможность изучить функционирование операционной системы SGI IRIX на 32-процессорном узле сс-NUMA в 1992 г.
ВС с распределенной памятью фирмы DATA GENERAL
Компания Data General Corp. была куплена в 1999 г. EMC Corporation и стала ее подразделением.
До этого Data General поставляла многопроцессорные SMP-серверы серий AV 5500, AV 8500 и AV 9500. Эти серверы поддерживают работу с отказоустойчивыми дисковыми и ленточными подсистемами CLARiiON, средства автоматической диагностики AV/Alert, инициируемые оператором или автоматические средства переключения на резервную систему, управление внешней памятью в режиме on-line, управление вводом/выводом и быстрое восстановление файлов.
В случае отказа процессора, памяти или компонента ввода/вывода система автоматически начинает процесс выключения и затем осуществляет собственную перезагрузку с исключением отказавших компонентов. Стандартным средством указанных систем является наличие избыточных источников питания.
Максимальная степень готовности достигается при подключении двух серверов к высоконадежному дисковому массиву CLARiiON. Дисковые массивы CLARiiON Series C2000 Disk Array обеспечивают RAID уровней 0, 1, 3 и 5 в любых сочетаниях, до 20 накопителей в одном шасси общей емкостью до 80 Гбайт и возможность замены накопителя без выключения питания. В конструкции дискового массива используются избыточные интеллектуальные контроллеры с дублированными связями, обеспечивающие отказоустойчивость. Ленточный массив CLARiiON Series 4000 поддерживает отказоустойчивое резервное копирование и восстановление. В составе массива используется специальный процессор, реализующий схему расщепления данных, подобную RAID уровня 5. Ленточный массив обеспечивает не только высокую пропускную способность, но и реализует защиту от отказов носителя и накопителя. В действительности, даже при отказе накопителя или картриджа, операции резервного копирования или восстановления данных продолжаются без потери данных. В массив можно устанавливать 3, 5 или 7 накопителей. При двухкратной компрессии данных общая емкость ленточного массива может достигать 48 Гбайт.

Кластеры DIGITAL
Как и Sequent и Data General, фирма Digital (DEC) прекратила свое самостоятельное существование, сначала став отделением компании Compaq, а затем вместе с ней войдя в состав Hewlett-Packard. Компания DEC известна тем, что она являлась разработчиком серверов AlphaServer, на основе которых строились Alpha-кластеры. Перейдя в другую компанию, коллектив Digital под маркой HP продолжает работу по обновлению этой линии серверов.
Архитектура систем на основе процессора Alpha была разработана в 1988-1991 гг. с перспективой развития на 20-25 лет. Выпускаемое в настоящее время четвертое поколение процессоров содержит четырехканальное суперскалярное ядро, 80 регистров для целочисленных операций, 72 регистра с плавающей запятой, причем в процессе обработки одновременно может находиться до 80 инструкций. Для архитектуры процессора Alpha характерно внеочередное исполнение команд, логика предсказания ветвлений, полностью интегрированная на кристалле кэш-память первого уровня, многоканальные устройства доступа к оперативной памяти. В семейство Alpha-сервер входит четыре серии серверов: AlphaServer DS, AlphaServer ES, AlphaServer GS и AlphaServer SC. Если в моделях AlphaServer DS используется не более 64 процессоров, то в серверах AlphaServer SC их может быть несколько сотен (до 512 и более). Максимальная тактовая частота процессоров в настоящее время составляет 1,25 ГГц. Все компьютеры семейства построены по коммутируемой технологии, что позволяет избежать недостатков, присущих системной шине.
С каждой системой поставляется пакет HP Insight Manager - инструментальное средство, обеспечивающее мониторинг и управление серверами платформы Alpha. Системы AlphaServer GS разработаны специально для поддержки самых мощных бизнес-приложений. Модульная архитектура систем обеспечивает высокую масштабируемость.
В настоящее время на системах AlphaServer начального уровня поддерживаются операционные системы Tru64 Unix, OpenVMS и Linux, а в серверах среднего уровня и высокопроизводительных серверах - Tru64 Unix и OpenVMS.
Одним из преимуществ платформы Alpha стали развитые решения в области построения кластеров. Операционная система OpenVMS Cluster позволяет объединять до 95 узлов с практически неограниченным территориальным распределением, с полностью кооперативным совместным использованием ресурсов - систем хранения данных, файлов и даже отдельных записей. При этом каждая система имеет отдельное оборудование, может запускаться и останавливаться независимо. Приложения и программные продукты допускают динамическое обновление, новые устройства хранения данных также можно добавлять и заменять в <горячем> режиме, а обновление ОС OpenVMS развертывается во всем кластере поэтапно, останавливать его работу для этого не требуется. OpenVMS Galaxy позволяет выполнять в одной системе несколько экземпляров OpenVMS. Каждый экземпляр OpenVMS Galaxy можно запускать и останавливать отдельно. Вычислительная среда OpenVMS Galaxy предлагает широкие возможности масштабирования в SMP-конфигурациях. Серверы AlphaServer нового поколения имеют высокую степень масштабируемости, позволяя строить системы с числом процессоров от 2 до 128 с использованием всего двух типов <блоков>: 2-процессорных и 8-процессорных.


Таблица 15.2. Серии DS, ES, GS80, GS160, GS320

Серия DS

Серия ES

GS80

GS160

GS320

Количество моделей

6

3

1

1

1

Поддерживаемые процессоры

EV67 600 МГц, EV68 833 МГц, EV68 1.25 ГГц

EV68 833 МГц, EV68 1 ГГц, EV68 1.25 ГГц

EV68 1.224 ГГц

EV68 1.25 ГГц

EV68 1.25 ГГц

Количество процессоров

1-2

1-4

1-8

1-16

1-32

Кэш-память 2-го уровня на один процессор, Мбайт

2-4-8

8-16

16

16

16

Макс. объем оперативной памяти, Гбайт

4

32

64

128

256

Макс. объем внутренних дисков, Гбайт

436

2900

252

504

504

Макс. кол-во PCI слотов в/в

5

10

56

112

224

Пропускная способность шины в/в, Гбайт/с

0,532

1,85

3,2

6,4

12,8

Макс. число аппаратных разделов

1

1

2

4

8

Макс. число программных разделов (Open VMS)

-

-

8

16

32

 

 
На главную | Содержание | < Назад....Вперёд >
С вопросами и предложениями можно обращаться по nicivas@bk.ru. 2013 г.Яндекс.Метрика