نوع فایل: word
قابل ویرایش 90 صفحه
چکیده:
هنگامی که صحبت از کلاسترها می‌شود، مقصود فناوری‌هایی است که از طریق آن کامپیوترهای مختلف بتوانند با هم و با اشتراک قدرت پردازش هم، بتوانند امور پردازشی را که به آنها محول شده است، انجام دهند. این امور پردازشی همه چیز می‌تواند باشد. از پردازشهای سنگین علمی تا تبدیل فایل‌های موسیقی و یا رندر کردن جلوه‌های ویژه فیلم‌های سینمایی. برای مثال، تمامی جلوه‌های ویژه فیلم‌های ارباب حلقه‌ها توسط کلاسترهای لینوکس رندر و پردازش شده‌اند.
برای اولین بار محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج ابرکامپیوتر موسوم به سنگ را تکمیل کرده‌اند که متشکل از 130 کامپیوتر معمولی است که به صورت کلاستری عمل می کنند. یکی از این 130 دستگاه به عنوان ورودی کل سیستم عمل می‌کند که از یک سو با شبکه‌ها و سیستم‌های دیگر در تماس است و از سویی دیگر با بقیه اعضا شبکه خود ارتباط برقرار می‌کند. این شبکه مسائلی را که بدان محول می‌شود، با استفاده از شیوه محاسبه موازی و با تقسیم کار میان اعضاء شبکه به انجام می‌رساند.
نکته حائز اهمیت آن است که می‌توان از کامپیوترهای موجود در اوقاتی که کاربران از آنها استفاده نمی‌کنند، بهره گرفت. به عنوان مثال، پروژه ستی که به وسیله دانشگاه کالیفرنیا و برای بررسی امکان وجود موجودات هوشمند در کیهان در حال اجراست، فعالیت خود را از طریق اینترنت و به کمک 3 میلیون کامپیوتر شخصی متعلق به شهروندان، و در ساعات آخر شب که کامپیوترها مورد استفاده صاحبان آنها نیستند، دنبال می‌کند.
پروژه «طراحی و ساخت ابررایانه با فناوری کلاستر» از طرف مرکز تحقیقات پردازشهای فوق سریع دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در بیست ویکمین جشنواره بین‌المللی خوارزمی رتبه دوم پژوهش‌های کاربردی را کسب نموده است، مرکز تحقیقات پردازشهای فوق سریع در دانشگاه صنعتی امیرکبیر به دانش فنی ساخت ابررایانه‌های کلاستر دست یافته که بستر مناسبی را جهت رشد و شکوفایی صنایع و مراکز تحقیقاتی پیشرفته فراهم می‌کند. حاصل آخرین پروژه، طراحی و ساخت یک سیستم کلاستر با 216 هسته پردازشی و حداکثر توان پردازشی 860 میلیارد عمل در ثانیه می‌باشد. در حال حاضر این سیستم قویترین ابررایانه موجود در ایران و قدرتمندترین ابررایانه ساخته شده در خاورمیانه می‌باشد.
دومین ابررایانه کشور در گروه فیزیک دانشگاه اصفهان طراحی و ساخته شد، این ابررایانه که جی- صفر نام دارد، یک کلاستر محاسباتی با ۶۰ گره محاسباتی است و قدرت پردازش آن (300گیگا فلاپس) می‌باشد و توان انجام ۴/۴ میلیون عمل را در ثانیه دارد.
1– مقدمه
دانشمندان موفق شده‌اند با الهام گرفتن از یک روایت کهن، شیوه کارآمد و در عین حال ارزانی را برای دستیابی به توان‌های محاسباتی بسیار بالا، تکمیل کنند. به نوشته ماهنامه علمی ساینتیفیک آمریکن این شیوه هم‌اکنون در بسیاری از مراکز علمی و آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، مورد استفاده قرار گرفته است.
در افسانه‌های قدیمی آمده است که روزی گذار کهنه سربازی گرسنه و بی‌پول به دهی فقرزده افتاد و برای رفع گرسنگی ابتکاری به خرج داد. او به مردم دهکده گفت که می‌تواند با استفاده از یک دیگ بزرگ آب جوش و یک تکه سنگ آش خوشمزه‌ای بپزد. مردم ده ابتدا با ناباوری به او که دیگ را بار گزارده بود نگریستند، اما بعد هر یک برای آنکه سهمی از آش داشته باشند، با اهدا یک تکه کوچک گوشت یا یک دسته سبزی، یا یکی دو تا هویج، یا مشتی برنج، در کار پختن و تهیه آش مشارکت کردند. دست آخر درون دیگ آنقدر ماده خوردنی جای گرفته بود که محصول نهایی را به اندازه کافی خوشمزه و مغذی می‌کرد. به نوشته این ماهنامه، محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج با استفاده از همین تمثیل ابر کامپیوتر تازه‌ای موسوم به سنگ را تکمیل کرده‌اند که متشکل از 130 کامپیوتر معمولی است که به صورت کلاستری عمل می‌کنند. یکی از این 130 دستگاه به عنوان ورودی کل سیستم عمل می‌کند که از یک سو با شبکه‌ها و سیستم‌های دیگر در تماس است و از سویی دیگر با بقیه اعضا شبکه خود ارتباط برقرار می‌کند. این شبکه مسائلی را که بدان محول می‌شود، با استفاده از شیوه محاسبه موازی و با تقسیم کار میان اعضاء شبکه به انجام می‌رساند.
یکی از بزرگترین طرح‌هایی که این ابر کامپیوتر مونتاژ شده از عهده آن برآمده، تهیه نقشه جامعی از ایالات متحده است که در آن کل مساحت امریکا به 8/7 میلیون قطعه، هر یک به مساحت یک کیلومتر مربع، تقسیم شده و 25 مولفه آب و هوایی مختلف برای نقاط گوناگون آن در نظر گرفته شده و در مجموع 1000 ناحیه آب و هوایی متفاوت در آن منظور شده است.
هرچند اندیشه به هم پیوستن کامپیوترهای معمولی و یا قدیمی برای دستیابی به توان عملیاتی بالاتر، اندیشه تازه‌ای نیست و سابقه آن به دهه 1950 باز می‌گردد، اما تنها در چند سال اخیر است که ظهور نرم‌افزارهای جدید امکان بهره‌گیری کلاستری از کامپیوترهای دیجیتالی را فراهم آورده است. به عنوان نمونه، هم‌اکنون در موزه تاریخ طبیعی آمریکا، 560 کامپیوتر پنتیوم 3 موجود است که محققان با به هم پیوستن آنها، ابر کامپیوتر قدرتمندی را بوجود آورده‌اند که از آن برای بررسی در نحوه تطور اختران و ستارگان بهره گرفته می‌شود.
نکته حائز اهمیت در رهیافت تازه آن است که می‌توان از کامپیوترهای موجود در اوقاتی که کاربران اصلی آنها از آنها استفاده نمی‌کنند، بهره گرفت. به عنوان مثال، پروژه ستی که به وسیله دانشگاه کالیفرنیا و برای بررسی امکان وجود موجودات هوشمند در کیهان در حال اجراست، فعالیت خود را از طریق اینترنت و به کمک 3 میلیون کامپیوتر شخصی متعلق به شهروندان، و در ساعات آخر شب که کامپیوترها مورد استفاده صاحبان آنها نیستند، دنبال می‌کند.
مقدمه:
فهرست مطالب:
چکیده
فصل 1
مقدمه
1– 1– دوره‌های محاسبات
1– 2– معماری‌های مقیاس‌پذیر کامپیوتر موازی
1– 3– به سوی محاسبات موازی کم‌هزینه و انگیزه‌ها
1– 4– دریچه‌ای به سوی فرصت‌ها
1– 5– کامپیوتر کلاستر و معماری آن
1– 6 – طبقه‌بندی کلاسترها
فصل 2
2– 1– پردازنده‌ها
2– 2– حافظه و کاشه
2– 3– دیسک و ورودی / خروجی
2– 4 – گذرگاه سیستم
2– 5– اتصالات درونی در یک کلاستر
2– 5– 1– اترنت، اترنت سریع و گیگابیت اترنت
2– 5– 2– مد انتقال غیرهمزمان (ATM)
2– 5– 3– رابط ارتباطی مقیاس‌پذیر (SCI)
2– 5– 4–Myrinet
2– 6– سیستم‌عامل‌ها
2– 6– 1– LINUX
2– 6– 2– SOLARIS
2– 6 –3 – Windows NT
فصل 3
3– 1– سرویس‌های شبکه / نرم‌افزارهای ارتباطی
3– 2– میان‌افزار کلاستر و تصویر سیستم واحد
3– 2– 1– لایه‌ها / سطوح تصویر سیستم واحد
3– 2– 2– حدود SSI
3– 2– 3– اهداف طراحی میان‌افزار
3– 2– 4– خدمات کلیدی SSI و زیرساختار قابلیت دسترسی
3– 3– مدیریت منابع و زمان‌بندی (RMS)
فصل 4
4– 1– ابزارها و محیط‌های برنامه‌نویسی
4– 1– 1– رشته‌ها (Threads)
4– 1– 2– سیستم‌های انتقال پیام (MPI و PVM)
4– 1– 3– سیستم‌های حافظه اشتراکی توزیعی (DSM)
4– 1– 4– برنامه‌های رفع اشکال و پیش‌نمای (Profiler) موازی
4– 1– 5– ابزارهای بررسی کارآیی
4– 1– 6– ابزارهای اداره کردن کلاستر
4– 2– موارد کاربردی کلاستر
4– 3– سیستم‌های کلاستری نمونه
4– 3 – 1– پروژه شبکه ایستگاه‌های کاری برکلی (Berkeley NOW)
4– 3 – 2– پروژه ماشین مجازی با کارآیی بالا (HPVM)
4– 3 – 3– پروژه Beowulf
4– 3 – 4– Solaris MC یک سیستم عامل با توانایی اجرایی سطح بالا
4– 3 – 5– مقایسه چهار محیط کلاستری
4– 4– کلاستری از SMP ها (CLUMPS)
فصل 5
5– 1– نتیجه گیری
5– 1 – 1– روندهای رشد نرم‌افزار و سخت‌افزار 75
5– 1 – 2– روندهای رشد تکنولوژی کلاستر
5– 1 – 3– تکنولوژی‌های آینده کلاستر
5– 1 – 4– استدلال نهایی
پیوست ها
مراجع
فهرست شکل ها:
شکل 1-1: تهیه نقشه جامع از آب و هوای ایالات متحده
شکل 1-2: تغییرات در عصرهای محاسبات
شکل 1-3: معماری کامپیوتر کلاستر
شکل 2-1: معماری Windows NT 40 36
شکل 4-1: معماری سیستم NOW
شکل 4-2: معماری لایه‌ای HPVM
شکل 4-3: معماری Solaris MC
ANASA Goddard’s PC 512 GB Bulk Data Server
BDigital Domain’s 160 node DEC Alpha Cluster
CFront View of a Los Alamos’s Avalon DEC Alpha Cluster
DBack View of a Los Alamos’s Avalon DEC Alpha Cluster
EClemson University’s 16 nodes PC (200 MHz) Cluster
فهرست جدول ها:
جدول شماره 1-1: خصوصیات اصلی کامپیوترهای موازی مقیاس‌پذیر
جدول شماره 3-1: بعضی سیستم‌های رایج مدیریت سیستم
جدول شماره 4-1: ابزارهای ارزیابی و مشاهده کارآیی و اجرا
جدول شماره 4-2: مقایسه سیستم‌های کلاستری
منابع و مأخذ:
[1] G. Pfister. In Search of Clusters. Prentice Hall PTR, NJ, 2nd Edition, NJ,1998.
[2] K. Hwang and Z. Xu. Scalable Parallel Computing: Technology, Architecture,Programming.
WCB/McGraw-Hill, NY, 1998.
[3] C. Koelbel et al. The High Performance Fortran Handbook. The MIT Press, Massachusetts, 1994.
[4] T. Anderson, D. Culler, and D. Patterson. A Case for Networks of workstations. IEEE Micro, Feb.95. http:/now.cs.berkeley.edu/
[5] M.A. Baker, G.C. Fox, and H.W. Yau. Review of Cluster Management Software. NHSE Review, May 1996. http://www.nhse.org/NHSEreview/CMS/
[6] The Beowulf Project. http://www.beowulf.org
[7] QUT Gardens Project. http://www.fit.qut.edu.au/CompSci/PLAS/
[8] MPI Forum.http://www.mpi-forum.org/docs/docs.html
[9] The Berkeley Intelligent RAM Project.
http://iram.cs.berkeley.edu/
[10] The Standard Performance Evaluation Co11Joratio.n (SPEC).http://open.specbench.org
[11] Russian Academy of Sciences.
VLSI Microprocessors : A Guide to High Performance Microprocessors.
ttp://www.microprocessor.sscc.ru/
[12] ATM Forum. ATM User Level Network Interface Specification. Prentice Hall,NJ, June 1995.
[13] SCI Association. http://www.SClzzL.com/
[14] MPI-FM: MPI for Fast Messages.
http://www-csag.cs.uiuc.edu/projects/comm/mpi-fm.html
[15] N. Boden et. al. Myrinet -A Gigabit-per-Second Local-Area Network. IEEE Micro, February 1995.
http://www.myri.com/
[16] The Linux Documentation Project.
http://sunsite.unc"edu/mdw/linux.html
[17] Parallel Processing using Linux.
http://yara.ecn.purdue.edu/~pplinux/
[18] H. Custer. Inside Windows NT. Microsoft Press, NY, 1993.
Kai Hwang et. al. Designing SSI Clusters with Hierarchical Checkpointing and Single I/O Space. IEEE
[19] Concurrency, vol.7(1), Jan.- March, 1999.
[20] J. Jones and C. Bricknell. Second Evaluation of Job Scheduling Software.
http://science.nas.nasa.gov/Pubs/TechReports/ NASreports/NAS-97-013/
[21] F. Mueller. On the Design and Implementation of DSM-Threads. In Proceedings of the PDPTA '97 Conference, Las Vegas, USA, 1997.
[22] The PVM project. http://www.epm.ornl.gov/pvm/
[23] mpiJava Wrapper. http://www.npac.syr.edu/projects/prpc/mpiJava/1
- 1998.
[24] TreadMarks. http://www.cs.rice.edu/~willy/TreadMarks/overview.html
Section 1.16 Bibliography 47
[25] N. Carriero and D. Gelernter. Linda in Context. Communications of the ACM, April 1989.
[26] D. Lenoski et al. The Stanford DASH Multiprocessor IEEE Computer, March 1992.
[27] C. Mapples and Li Wittie. Merlin: A Superglue for Multiprocessor Systems.
In Proceedings of CAMPCON'90, March 1990.
[28] Parallel Tools Consortium project.
http://www.ptools.org/
[29] Dolphin Interconnect Solutions.
http://www.dolphinics.no/
[30] P. Uthayopas et. al. Building a Resources Monitoring System for SMILE Beowulf Cluster.
In Proceedings of HPC Asia98 Conference, Singapore, 1998.
[31] R. Buyya et. al. PARMON: A Comprehensive Cluster Monitoring System. In Proceedings of the AUUG '98 Conference, Sydney, Australia, 1998.
[32] C. Roder et. al. Flexible Status Measurement in Heterogeneous Environment.
In Proceedings of the PDPTA '98 Conference,Las Vegas, 1998.
[33] Grand Challenging Applications.
http://www.mcs.anl.gov/Projects/grand-challenges/
[34] R. Buyya. High Performance Cluster Computing: Programming and Applications. vol. 2, Prentice Hall PTR, NJ, 1999.
[35] Computer Architecture Links.
http://www.cs.wisc.edu/~arch/www/
[36] HPVM.
http://www-csag.cs.uiuc.edu/projects/clusters.html
[37] Solaris MC.
http://www.sunlabs.com/research/solaris-mc/
پروژه کلاسترینگ و جنبه‌های مختلف سخت‌افزاری و نرم‌افزاری آن. doc