Кластерные операционные системы microsoft реферат
Обновлено: 02.07.2024
Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Кластерные системы. Презентация на заданную тему содержит 34 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!
Основные определения Кластер - это группа вычислительных машин, которые связаны между собой и функционируют как один узел обработки информации В качестве узлов кластера могут служить серверы, рабочие станции и даже ПК
Идея появления Идея создания так называемого кластера рабочих станций явилась развитием МРР подхода. К концу 1990-х годов, благодаря развитию шины PCI (PCI-X, PCI-E), появлению гигабитного Ethetnet и т.п., стандартные персональные компьютеры, объединенные обычной локальной сетью, стали догонять специализированные MPP системы по коммуникационным возможностям. Таким образом, появилась возможность построения полноценной МРР системы из стандартных рабочих станций общего назначения при помощи серийных коммуникационных технологий. Причем стоимость такого кластера оказывалась ниже в среднем на два порядка! В настоящее время кластер состоит из процессорных элементов (стандартных вычислительных узлов на базе стандартных процессоров), соединенных высокоскоростной сетью передачи данных. Большинство передовых современных кластерных систем (из списка Top500) базируется на процессорах Intel (Quad-Core Intel Xeon, Dual-Core Intel Itanium 2). В качестве процессорных элементов обычно используются SMP сервера 1U в 19-дюймовом форм-факторе. Процессоры других производителей также используются (IBM Power 6, IBM PowerPC, Sun UltraSPARC Niagara II, DEC Alpha (в Cray T3E) и т.д.).
Архитектура кластеров Типы архитектур Single Instruction Single Data Multiple Instruction Single Data Single Instruction Multiple Data Multiple Instruction Multiple Data
SMP архитектура Symmetric multiprocessing Наличие общей памяти Простота программирования Плохая масштабируемость. Одна шина – одна инструкция
MPP архитектура Massive parallel processing Память физически разделена Хорошая масштабируемость Ниже скорость. Дороже софт
Гибридная архитектура (NUMA) Nonuniform memory access Память физически разделена, но логически разделяема Неоднородный доступ к памяти. Быстрее MPP Проблема когерентности кешей
Архитектура кластеров Существует закономерность – производительность кластера в большей степени зависит от способа организации связи узлов, чем от производительности узлов
Типы связей Толстое дерево Наиболее эффективная Процессоры локализованы в листьях дерева, в то время как внутренние узлы дерева скомпонован во внутреннюю сеть
Кластеры высокой доступности (отказоустойчивый кластер) Обозначаются аббревиатурой HA (High Availability — высокая доступность) Создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером. Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов Типичное число узлов — два, это минимальное количество, приводящее к повышению доступности. Создано множество программных решений для построения такого рода кластеров
Кластеры распределения нагрузки (Network Load Balancing, NLB) Принцип их действия строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера — производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надёжность. Подобные конструкции называются серверными фермами. Программное обеспечение (ПО) может быть как коммерческим (OpenVMS, MOSIX, Platform LSF HPC, Solaris Cluster, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler), так и бесплатным (OpenMosix, Sun Grid Engine, Linux Virtual Server).
Вычислительные кластеры Кластеры используются в вычислительных целях, в частности в научных исследованиях. Для вычислительных кластеров существенными показателями являются высокая производительность процессора в операциях над числами с плавающей точкой (flops) низкая латентность объединяющей сети, и менее существенными скорость операций ввода-вывода, которая в большей степени важна для баз данных и web-сервисов.
Системы распределенных вычислений (grid) Такие системы не принято считать кластерами, но их принципы в значительной степени сходны с кластерной технологией. Их также называют grid-системами. Главное отличие — низкая доступность каждого узла, то есть невозможность гарантировать его работу в заданный момент времени (узлы подключаются и отключаются в процессе работы), поэтому задача должна быть разбита на ряд независимых друг от друга процессов. Такая система, в отличие от кластеров, не похожа на единый компьютер, а служит упрощённым средством распределения вычислений. Нестабильность конфигурации, в таком случае, компенсируется больши́м числом узлов.
Кластер серверов Кластер серверов (в информационных технологиях) — группа серверов, объединённых логически, способных обрабатывать идентичные запросы и использующихся как единый ресурс. Чаще всего серверы группируются посредством локальной сети. Группа серверов обладает большей надежностью и большей производительностью, чем один сервер. Объединение серверов в один ресурс происходит на уровне программных протоколов. В отличие от аппаратного кластера компьютеров, кластеры организуемые программно, требуют: наличия специального программного модуля (Cluster Manager), основной функцией которого является поддержание взаимодействия между всеми серверами — членами кластера синхронизации данных между всеми серверами — членами кластера распределение нагрузки (клиентских запросов) между серверами — членами кластера От умения клиентского программного обеспечения распознавать сервер, представляющий собой кластер серверов, и соответствующим образом обрабатывать команды от Cluster Manager если клиентская программа не умеет распознавать кластер, она будет работать только с тем сервером, к которому обратилась изначально, а при попытке Cluster Manager перераспределить запрос на другие серверы, клиентская программа может вообще лишиться доступа к этому серверу (результат зависит от конкретной реализации кластера).
Применение кластеров серверов В большинстве случаев, кластеры серверов функционируют на раздельных компьютерах. Это позволяет повышать производительность за счёт распределения нагрузки на аппаратные ресурсы и обеспечивает отказоустойчивость на аппаратном уровне. Однако, принцип организации кластера серверов (на уровне программного протокола) позволяет исполнять по нескольку программных серверов на одном аппаратном. Такое использование может быть востребовано: при разработке и тестировании кластерных решений при необходимости обеспечить доступность кластера только с учётом частых изменений конфигурации серверов — членов кластера, требующих их перезагрузки (перезагрузка производится поочерёдно) в условиях ограниченных аппаратных ресурсов.
Уровни кластерных решений Двухузловой кластер Использование двухузлового кластера при простоте реализации и невысокой стоимости позволяет добиться автоматической репликации (копирования) операций с активного узла на резервный. Данное решение имеет существенные ограничения в выборе приложений, по производительности и возможностям модернизации. Использование внешнего разделяемого ресурса хранения позволяет добиться широкого выбора приложений, автоматического восстановления исходной схемы на основной сервер, возможности модернизации до сетей хранения данных.
Уровни кластерных решений Многоузловое масштабируемое кластерное решение Масштабирование кластера до многоузлового с использованием внешнего ресурса хранения требует дополнительных вложений в инфраструктуру, программных инструментов поддержки функционирования, требований к квалификации на этапах проектирования и внедрения. Вместе с тем подобное решение обеспечивает развитое масштабирование, высокую отказоустойчивость, возможность балансировки нагрузки, поддержку эффективной виртуализации и консолидацию информационных ресурсов.
Уровни кластерных решений Территориально-распределенные кластерные системы При внедрении кластерного решения в условиях предприятия с территориально распределенным присутствием, особых требований к катастрофоустойчивости, консолидации вычислительных ресурсов или непрерывной модели бизнес-процессов с интегрированной информационной средой и высокой стоимостью простоев может потребоваться построение территориально-распределенной кластерной системы. Подобные решения классифицируются на три категории:
Уровни кластерных решений Кампусные кластеры размещение компонентов в одном или нескольких зданиях одного предприятия
Уровни кластерных решений Метро кластеры размещение узлов на нескольких площадках в пределах города/региона
Уровни кластерных решений Геокластеры размещение узлов инфраструктуры на географически удаленных объектах с коммуникациями через глобальные каналы связи.
Будущее кластерных систем Удешевление межузловых интерфейсов Повышение скорости их работы Создание GRID систем
Выводы Кластер — это сложный программно-аппаратный комплекс, состоящий из вычислительных узлов на базе стандартных процессоров, соединенных высокоскоростной системной сетью, а также, как правило, вспомогательной и сервисной сетями. Сфера применения кластерных систем сейчас нисколько не уже, чем суперкомпьютеров с другой архитектурой: они не менее успешно справляются с задачей моделирования самых разных процессов и явлений. Суперкомпьютерное моделирование может во много раз удешевить и ускорить вывод на рынок новых продуктов, а также улучшить их качество.
Читайте также: