Több számítógép összekapcsolásának főbb módjai

Több számítógép Több számítógép összekapcsolásának főbb összekapcsolásának főbb

módjaimódjai

Készítette: Göndör Gábor és Verseczki Roland

Tartalom

Clusterekről általában:•Clusterek vs. szuperszámítógépek

Clusterek típusai:• Load-balance (LB)• High Availability (HA)• High-Performance Clusters (HPC)• Grid

A szuperszámítógépA szuperszámítógép

• Olyan nagyteljesítményű számítógépek ill. számítástechnikai rendszerek, amelyek teljesítménye néhány nagyságrenddel nagyobb, mint egy átlagos szerver vagy egy nagyteljesítményû munkaállomás.

• Elterjedtek ipari (pl. járműgyártás), kutatási területeken (pl. geofizika), ill. egyetemeken.

• Legnagyobb gyártók: IBM, HP, Cray.

Példa szuperszámítógépekrePélda szuperszámítógépekre

Earth Simulator

Globális felmelegedés hatásait, földrengés és metereológiai előrejelzéseket számít.

Clusterek – Fürtözött rendszerekClusterek – Fürtözött rendszerek

Nagy számítási teljesítményt igénylő alkalmazások futtatására,szuperszámítógépek kiváltására tervezett megoldás: lokális hálózattal összekötött munkaállomások és PC-k.

Előnyök:•Magas rendelkezésre állás•Kedvező ár/teljesítmény arány, olcsó hardver és szoftver

Hátrány: - felügyeletük, menedzsmentjük bonyolultabb

ClusterekClusterek

• Első nagy áttörés: Beowulf (1994, NASA Goddard Space Flight Center)

Olcsón, kiskereskedelemben is megvásárolható alkatrészekből állt, így hamar népszerűvé vált.

Azóta az ehhez hasonló HPC fürtöket Beowulf-fürtöknek is nevezik.

•16 darab i486DX processzor •Slackware Linux

•A csomópontokat 10 Mbps Ethernet hálózat kapcsolta össze

A Clusterek típusaiA Clusterek típusai

I. Load Balance <<

II. High Availability

III. High-Performance Clusters

IV. Grid

I. Load-BalanceI. Load-Balance

Célja:

1. hatékonyabb erőforrás elosztás/kihasználás

2. tehermentesítés (terheléselosztás)- nagy terhelés esetén nem egy, hanem több kiszolgálóval oldják meg a szolgáltatást

3. bizonyos esetben magas rendelkezésre állás biztosítása

I. Load-BalanceI. Load-Balance

• Egy virtuális szerver cím mögött több fizikai erőforrás áll, amelyek vagy aktív-aktív módban, vagy aktív-készenlét módban üzemelnek

• Leggyakoribb alkalmazása a webkiszolgálóknál figyelhető meg

• Webszerverek célja, a Slashdot effektus elkerülése

I. Load-BalanceI. Load-Balance

I. Load-BalanceI. Load-Balance

Fail-over cluster (fürt) 

– Több szervert összekapcsolunk hibatűrés céljából. Kívülről közös virtuális néven érjük el őket.

– Egy aktív közülük, ha az kiesik, valamelyik másik átveszi a szerepet (fail-over)

– Nagyságrendileg 30 sec az átállási idő

A Clusterek típusaiA Clusterek típusai

I. Load Balance

II. High Availability <<

III. High-Performance Clusters

IV. Grid

High-AvailabilityHigh-Availability

• Célja: Több számítógép és periféria összekapcsolása olyan módon, hogy azok egyetlen rendszerként látsszanak és ez a rendszer működőképes maradjon akkor is, ha valamelyik komponens meghibásodik.

• Magas rendelkezésre állás az üzleti alkalmazások részére, általában: bankokban, tőzsdéken, globális helyfoglalási rendszerekben, internetes áruházakban találhatók.

High-AvailabilityHigh-Availability

High-AvailabilityHigh-Availability

Magas rendelkezésre állású fürtök típusai:

1. Átkapcsolásos fürtök (Failover Cluster)

Egy adott alkalmazás egyszerre csak egy tagon futhata fürt tagjai figyelik egymás állapotát és hiba esetén átveszik amásikon futó alkalmazásokat.

2. Párhuzamos fürtök (Parallel Cluster)

Az alkalmazás párhuzamosan futhat mindegyik fürt tagon.Ehhez az alkalmazás módosítása szükséges.

3. Egyetlen rendszernek látszó fürt (Single System Image)

Egyetlen rendszernek látszik (Egységesített fájlrendszer kezelés).Általában nem igényel alkalmazás módosítást.

High-AvailabilityHigh-Availability

High-AvailabilityHigh-Availability

Magas rendelkezésre állás jellemzése számokkal:

• két kilences: 99%-os rendelkezésre állás: évi maximum 3,6 nap nem tervezett leállás

• három kilences: 99,9%-os rendelkezésre állás: évi maximum 8 és fél óra leállás

• négy kilences: 99,99%-os rendelkezésre állás: évi maximum 52 perc leállás

• öt kilences: 99,999%-os rendelkezésre állás: évi maximum 5 perc leállás – ezt már hibatűrőnek nevezzük!!

A Clusterek típusaiA Clusterek típusai

I. Load Balance

II. High Availability

III. High-Performance Clusters <<

IV. Grid

High-Performance Clusters High-Performance Clusters

• Felhasználási terület: Nagy számításigényű tudományos-technikai szoftverek futtatása, ahol elsődleges cél a minél nagyobb számítási teljesítmény.

• Elsődlegesen tudományos alkalmazások számára jelent megfelelő megoldást, üzleti alkalmazások számára nem!

High-Performance ClustersHigh-Performance Clusters

• Egyetemeken, kutatólaboratóriumokban, renderfarmokon ( pl. az új-zélandi WETA Digital)

• HPC cluster építésének akkor van értelme, ha a futtatni kívánt feladat párhuzamosítható

• Rendszerint egyedi fejlesztésű alkalmazások futnak rajtuk

High-Performance Clusters High-Performance Clusters

Beowulf:

• Az egyik legrégebbi és legismertebb HPC-jellegű cluster

Earth-Simulator:

• 2002-ben a Top500 első helyén állt, ez a HPC-jellegű cluster

• Képes az egész Földet "virtuális bolygóként" megjeleníteni

• Mérete akkora mint egy teniszpálya

A Clusterek típusaiA Clusterek típusai

I. Load Balance

II. High Availability

III. High-Performance Clusters

IV. Grid <<

Hogyan született a Grid?Hogyan született a Grid?

Első megközelítés:• Igény nagy számításigényű,

bonyolult feladatok elvégzésére• Sokáig a szuperszámítógépeké

volt a főszerep

Ez azonban rendkívül költséges, sőt: sokszor nem elég a teljesítmény!

Hogyan született a Grid?Hogyan született a Grid?

Második megközelítés:A személyi számítógépek terjedésével ma már több százmillió működik a Földön, ezek közül sokak teljesítménye nincs megfelelően kihasználva.

Ötlet: hogyan lehetne hasznosítani a kihasználatlanul maradt erőforrást és tárterületet?

Grid: A megoldásGrid: A megoldás

A Grid egy kifejlesztés alatt álló technológia, amely az Internetre csatlakozott számítógépek kihasználatlanul maradt teljesítményeit egyfajta virtuális szuperszámítógéppé alakítja.Fejlesztésében élen járnak az IBM mérnökei.

Grid: A megoldásGrid: A megoldás

Előnyei:

• Eddig lehetetlennek tartott feladatok, számítások elérhetőek lesznek, akár sokkal kisebb teljesítményű gépeken is.

• Megszűnnek a földrajzi korlátok

• Tudományos területen áttörő jelentősége van (pl. génkutatás, meteorológia)

• Platformfüggetlen

Grid: A megoldásGrid: A megoldás

A szuperszámítógépek és a Grid alkalmazási területei

• gépipar, építészet  – anyagkutatás, statikai-, mechanikai vizsgálatok• autó- és repülőgépgyártás – szélcsatorna és baleseti kísérletek

kiváltása• kozmetikai cégek – hatóanyag vizsgálat, állatkísérletek elkerülése• humán gyógyszerkutatás – emberkísérletek előtti ellenőrzés, sejt

anyagcsere modellezés, gén funkció megfejtése• üzleti szféra, biztosítók – analízis, kockázat elemzés, gazdasági és

szociológiai folyamatok modellezése• meteorológia – időjárás előrejelzés, klímamodellezés• űrkutatás, csillagászat, geológia – kép- és jelfeldolgozás• mobilszolgáltatók – hálózat optimalizáció• atomenergetikai ipar – működési paraméterek vizsgálata,

katasztrófa modellek• katonai szervezetek – csapatmozgások optimalizációja

Grid: Az álom(?)Grid: Az álom(?)

•A grid globális hálózata még nem létezik, de részrendszerei már működnek.•A technológia európai fejlesztőközpontja a franciaországi Montpellier-ben működik. Magyarországon is több olyan kutatás folyik, amelyik a GRID-rendszerek kialakításából veszi ki a részét. A Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézet (SZTAKI) a GRID-kutatásokban élenjáró szerepet játszik.

Grid: A jelenGrid: A jelen

Ismertebb, tényleges Gridnek tekintett rendszer: SETI@home:Ismertebb, tényleges Gridnek tekintett rendszer: SETI@home:• egy virtuális szuperszámítógép, ami analizálja a Puerto Ricoi Arecibo

rádió teleszkópból kapott adatokat, földönkívüli intelligenciára utaló jeleket kutatva.

• több mint 3 millió számítógépet használ fel számításaihoz

Egy képernyőkímélő program, bárki letöltheti a webről.  A különböző PCk közösen dolgoznak a problémák részein, majd az eredményeket továbbítják a központi rendszerbe feldolgozásra.

Letölthető innen is: http://seti.index.hu/downl.html

Köszönjük a Figyelmet!