Лекция: Кластерная архитектура Beowulf

Архитектура Beowulf была разработана в 1994 году как результат проекта, выполненного в Агентстве космических исследований США (NASA). Главной ее особенностью является отказ от использования дорогого аппаратного обеспечения, чтобы достичь оптимального соотношения цены и производительности. Сегодня это распространенная кластерная архитектура.

Рассмотрим характеристики Beowulf-кластера.

♦ Основной целью его использования является выполнение параллельных вычислений (Beowulf-кластер всегда является вычислительным кластером).

♦ Узлами такого кластера являются стандартные персональные компьютеры с архитектурой ІА-32.

♦ Все узлы являются выделенными и не могут быть использованы для других целей.

♦ Все программное обеспечение должно быть доступное в исходных кодах. Большинство Beowulf-кластеров работают под управлением Linux.

♦ Связь между узлами осуществляют через выделенную внутреннюю сеть, которая использует Ethernet, Fast Ethernet или другие сетевые технологии, поддерживаемые Linux. Заметим, что, как и для узлов, основным требованием к сети является стандартность и низкая стоимость компонентов.

Обычно один из узлов является главным (head node). Его преимущественно оснащают монитором и клавиатурой, связывают с внешней сетью, и он играет роль управляющего узла для разных функций системы. Рекомендуют, чтобы другие вычислительные узлы (computing nodes) имели одинаковую аппаратную конфигурацию (так легче поддерживать выполнение параллельных применений).

Приведем примеры ППО, которое можно использовать в Beowulf-системах.

| Для повышения производительности сетевого обмена есть возможность установить набор модификаций ядра Linux, которые реализуют поддержку параллельного использования нескольких сетевых интерфейсов (в этом случае все интерфейсы рассматривают как один виртуальный канал с большей пропускной способностью).

| Общий образ системы может быть реализован с использованием пакета распределенного пространства процессов Beowulf (Beowulf distributed Process space, BPROC). Он состоит из модификаций ядра и утилит режима пользователя, что поддерживают единственное пространство процессов.

Во время разработки параллельного программного обеспечения для Beowulf-систем можно использовать любые средства, доступные в Linux (например, PVM или реализации стандарта МРI).