Кластерные системы

Кластерная система представляет собой объединение машин, являющегося единым целым для операционной системы, системного программного обеспечения, прикладных программ и пользователей. Кластерные системы в последнее время получили широкое распространение, так как обеспечивают высокую степень отказоустойчивости за счет возможности мгновенно автоматически перейти с вышедшего из строя узла на работающий. Другое достоинство таких систем – более низкая, чем у суперкомпьютеров, стоимость создания и эксплуатации.

Разработчиком идеологии кластерной системы можно назвать компанию DEC. Разработанная фирмой система кластеров характеризуется возможностью разделения ресурсов, высокой готовностью (быстрым переводом пользователей на другой компьютер кластера), высокой пропускной способностью, удобством обслуживания системы, расширяемостью.

Практической областью применения кластерных систем может служить реализация технологии параллельных баз данных. При этом большое число процессоров разделяет доступ к одной базе данных, что позволяет достичь высокого уровня пропускной способности транзакций и поддерживать быструю работу большого числа одновременно работающих пользователей. Параллельные базы данных формируются на основе симметричной многопроцессорной архитектуры с общей памятью (Shared Memory SMP Architecture), архитектуры с общими дисками (Shared Disk Architecture) и архитектуры без разделения ресурсов (Shared Nothing Architecture).

Для практической работы в современных условиях использование параллельных баз данных весьма актуально, так как может проходить в режиме непосредственного доступа. Особое значение данные технологии приобретают для предприятий и организаций с непрерывным циклом производства.

Согласно проекту «Беовульф», в ряде университетов Европы и США были построены кластерные конфигурации, которые имеют высокую производительность при минимальной стоимости. Несмотря на это, так как отдельные станции взаимодействуют между собой по локальной сети, происходит ограничение области применения таких систем задачами с массовым параллелизмом. Однако, при замене существующей сети сетью устройств памяти SAN (Storage Area Network), ядром системы становится общая для процессоров память, что в значительной степени повышает производительность.

Практическим воплощением таких усовершенствований стал первый суперкомпьютерный кластер в Центре высокопроизводительных вычислительных систем (High Performance Computing System), в лаборатории систем прогнозирования (Forecast Systems Laboratory). Кластер заказан министерством торговли США для Национального управления по атмосферным и океаническим явлениям (National Oceanic and Atmospheric Administration). Производительность первой системы составит 1 терафлоп с последующим увеличением до 4 терафлоп.

Кластерные системы находят широкое применение и в России. Так, к примеру, Институт высокопроизводительных вычислении и баз данных (ИВВБД) Миннауки РФ оснащен самым мощным в России суперкомпьютерным парком, в который входят системы HP CONVEX, машины серии Sun Enterprise, массивно-параллельные компьютеры фирмы Parsytec и специализированные графические станции SGI Octane. Они объединены в кластер общей производительностью 46,76 гигаопераций в секунду. Данный кластер используется для: развития технологии параллельных СУБД для суперЭВМ, компьютерного моделирования, прогноза экономических ситуаций, разработки интеллектуальных систем проектирования и поддержки баз знаний в слабоструктурированных и трудноформализуемых предметных областях и создания систем виртуальной реальности.