Повышение производительности обработки информации на базе создания компьютерных кластеров

Распараллеливание процессов обработки информации является кардинальным направлением повышения производительности компьютеров. Последнее необходимо для решения сложных задач, требующих обработки больших объемов информации, использования мультимедийных технологий.

Как известно, компьютерные кластеры (далее просто кластеры) на промышленной основе не выпускаются, в Республике практически отсутствуют, но в тоже время могут быть созданы на базе объединения даже простых коммерческих компьютеров, без использования эксклюзивных компонентов. Однако возникает вопрос: какие принципы построения использовать при этом, какова технология организации и управления совместного одновременного действия компьютеров, каковы оптимальные параметры, надежность и масса других вопросов сочетания свойств и особенностей аппаратного, программного обеспечения.

Представляется целесообразным разработать и использовать кластеры на базе стандартных недорогих компьютеров. Заманчивым при этом является то, что для создания кластеров используются не рабочие станции, не специальные, а простые коммерческие компьютеры. При этом, во-первых, распараллеливание процессов обработки информации обеспечит повышение производительности в число раз, близкое к количеству объединенных компьютеров. Во-вторых, кластеры дадут возможность повысить надежность и отказоустойчивость аппаратно-программных комплексов, обработки информации, особенно необходимых при использовании информационно-поисковых, автоматизированных систем, в т.ч. управления технологическими процессами.

Ценность данного направления обусловлена тем, что для кластеров используются не только компьютеры, имеющие стандартные конфигурации, но и то, что они могут быть, как сосредоточены в одном из помещений, так и распределенные в кампусе. Последние вызывают особый интерес, поскольку охватывают вопросы, связанные с работой компьютеров в сети. Число объединенных в кластер компьютеров в нашем случае может составлять от единиц до сотен.

Что касается использования кластеров в целях повышения надежности и отказоустойчивости систем. Известно, что одним из кардинальных способов повышения надежности является резервирование, т.е. введение дополнительного ресурса. Резервирование различают структурное, временное, алгоритмическое, программное и его использование само по себе представляет самостоятельный практический интерес. Ценность использования кластеров в данном случае еще более интересна, т. к позволяет объединить все, или по меньшей мере, большинство указанных методов резервирования, причем обеспечивая режим не замещения, а «горячий» режим. Уточнению подлежат при этом многочисленные вопросы, включая изучение оптимальных моделей и методов оценки количественных параметров и характеристик резервирования, влияние на них самих параметров, режимов работы кластеров.

Практическая ценность использования кластеров не вызывает сомнения, хотя бы потому, что позволяет значительно повысить производительность компьютеров и расширить их функциональные возможности. И еще. Кластеры, тем более, организованные на базе простых коммерческих компьютеров, значительно дешевле очень дорогих и практически не доступных кластеров рабочих станций, суперкомпьютеров, являющихся по сути стратегическими товарами, но в то же время приближающихся по возможностям к последним.

Для подтверждения теоретических аспектов авторами был создан кластер на базе использования трех обычных компьютеров с использованием стандартных процессоров Pentium 4. При этом в основу был положен принцип распараллеливания процессов путем объединения ресурсов в виде мультикомпьютеров, т.е. каждый из которых имеет свою локальную память. Это позволило применить программное обеспечение, значительно более простое, чем то, которое необходимо при создании кластера, работающего на принципах мультипроцессора, т.е. с распределенной памятью.

Кластер был апробирован при решении реальных достаточно сложных задач по обработке информации в различных режимах, в том числе и при введении искусственных отказов в отдельные составные части кластера.

Созданный кластер показал высокую надежность, параметры и характеристики, втрое превышающие отдельных компьютеров, хорошую устойчивость и безотказность в работе и реальные перспективы его широкого совершенствования и использования.

Литература:

1. Крученецкий В.З., Мименбаева А.Б, Леонов А.Ю. Разработка и исследование кластерной системы на базе коммерческих компьютеров. Материалы экспозиции выставки достижений АТУ. Препринт АТУ. Алматы, ноябрь, 2012.

2. Воеводин В.В., Воеводин Вл.В. Параллельные вычисления. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. - 608 с.

3. Андреев А.Н., Воеводин Вл.В., Жуматий С.А. Кластеры и суперкомпьютеры - близнецы или братья? Открытые системы, 2000, N5-6. С. 9-14.