o o o o HA (High-availability) HPC (High-performance clusters) Grid Load-balancing Készítette: Molnár Veronika Fazekas Erzsébet
Tartalomjegyzék Hálózatokról általában... 3 Fürtözött rendszerek... 3 Fürtök típusai... 4 HPC (High-Perfomance Computing)... 5 HA (High Availability)... 6 Load-balancing... 6 Grid... 7 Felhasznált irodalom... 9 2
Hálózatokról általában "A hálózat maga a számítógép." A hálózat kettő vagy több számítógép egymással összekapcsolt rendszere, ahol a számítógépek különböző kategóriájúak lehetnek (nagyszámítógéptől kezdve a mikrokomputerig). A hálózatok létrejöttének legfőbb céljai A kapacitáscsúcsok jobban kiegyensúlyozhatók (erőforrás megosztás). Az egyébként nehezen elérhető perifériákat több felhasználó is könnyebben elérheti. Adatokhoz, amelyek fizikailag más helyen vannak a hálózaton keresztül könnyen hozzáférhetünk. Lehetővé vált a felhasználók közötti információcsere. Lehetséges a párhuzamos feldolgozás több számítógépen. Üzembiztonság fokozása - egy számítógép kiesése esetén azt helyettesítheti a hálózatba kapcsolt másik gép. Fürtözött rendszerek (cluster) A clustereket üzleti és tudományos céllal is használják. Üzleti szempontokból a fürtözött rendszerek előnye elsősorban a magas rendelkezésre állás, tudományos szempontokból vizsgálva leginkább a kedvező ár/teljesítmény arány szól a fürtök mellett. Ma már bárki összeépíthet egy szinte szuperszámítógépes teljesítményt nyújtó, tudományos célú fürtözött rendszert, miközben az ár töredéke lehet egy azonos számítási teljesítményt nyújtó szuperszámítógépének. A fürtözött rendszerek előnye a nagy, SMP (shared memory multi-processor) vagy MMP (massively parallel multi-processor) rendszerekhez képest, hogy azonos processzorszám, illetve számítási teljesítmény mellett rendszerint olcsóbban telepíthetők, a felépítésből adódóan érzéketlenebbek a hibákra. A több csomópontból álló rendszerek az egyik csomópont kiesése esetén nem omlanak össze, teljesítményük ugyan lecsökken, azonban a fürt továbbra is működőképes marad, az alkalmazások futása folytatódhat. Természetesen mindig az adott alkalmazástól függ, hogy lehet-e és érdemes-e fürtözött rendszeren futtatni. 3
A clusterek hátránya, hogy mivel több számítógépből állnak, ezért a felügyeletük, menedzsmentjük bonyolultabb, azonban mivel a csomópontok rendkívül hasonló, vagy azonos felépítésűek, a menedzsment-feladatok bonyolultsága a csomópontok számának növelése esetén az egyenesnél jóval kisebb arányban nő. A sok alkatrész miatt a hibalehetőségek száma is magas, azonban mivel a csomópontok azonos felépítésűek és a felhasznált alkatrészek viszonylag olcsóak, ezért a javítások vagy cserék egyszerűek. Érdekesség Valószínűleg nem túlzás azt állítani, hogy a Google alapjául szolgáló cluster az üzleti szférát tekintve a világ legnagyobb fürtözött rendszere. A Google kereső motorját a kezdetektől fogva úgy tervezték, hogy hatékonyan működjön egy clusteren. 2002 végi adatok szerint a keresőmotort egy több mint 15 ezer számítógépből álló fürt szolgálta ki, amelyben ugyanúgy megtalálhatóak voltak egyprocesszoros, Celeron-alapú számítógépek, mint két Xeon lapkára épülő rendszerek. Fürtök típusi o HPC (High-Perfomance Computing) o HA (High Availability) o Load-balancing o SSI (Single System Image) o Grid 4
HPC (High-Perfomance Computing) Nagy számításigényű tudományos-technikai szoftverek futtatása, ahol elsődleges cél a minél nagyobb számítási teljesítmény, ezért legtöbbször tudományos számításokhoz használják Az ilyen klaszterek legtöbbször kifejezetten erre a célra írt programokat futtatnak, hogy ki tudják használni a párhuzamos feldolgozás adta előnyöket. A HPC-k hatalmas munkaterhelésre vannak optimalizálva: a klaszter egy elkülönített gépe miközben végzi a saját számítását aktívan tud kommunikálni a többi állomással. (Természetesen HPC cluster építésének csak akkor van értelme, ha a futtatni kívánt feladat párhuzamosítható.) HPC-jellegű clusterekkel rendszerint egyetemeken, kutatólaboratóriumokban, illetve digitális tartalomkészítéssel foglalkozó stúdiókban, renderfarmokon találkozhatunk. (a Top500 lista előkelő helyein foglalnak helyet az új-zélandi WETA Digital renderfarmjai, amelyeken a Gyűrűk ura filmtrilógia trükkjei készültek). Érdekesség Az egyik legrégebbi és legismertebb HPC-jellegű cluster a Beowulf nevet kapta. A Beowulfot 1994 nyarán építették a NASA Goddard Space Flight Centerben: a rendszer eleinte 16 darab i486dx processzoros csomópontot tartalmazott, amelyeken Slackware Linux operációs rendszer futott. A csomópontokat 10 Mbps Ethernet hálózat kapcsolta össze. Mivel ezt a fajta "szuperszámítógépet" kiskereskedelemben megvásárolható alkatrészekből is könnyen, olcsón össze lehetett állítani, ezért nagyon gyorsan népszerűvé vált nem csak a NASA-n belül, hanem az egész világon. A hasonló, kiskereskedelemben kapható alkatrészekből összeállított HPC fürtöket ma már szokás egyszerűen Beowulf-fürtnek is nevezni. 5
HA (High Availability) Magas rendelkezésre állás az üzleti alkalmazások részére. A HA clusterek esetében a csomópontok kommunikációja rendszertin csupán az "életjelekre" korlátozódik. A high availability clusterek célja, hogy több számítógép és periféria olyan módon kapcsolódjon össze, hogy azok egyetlen rendszert alkossanak, amely akkor is működőképes marad, ha valamely komponens meghibásodik. Ilyen jellegű rendszerek általában bankokban, tőzsdéken, globális helyfoglalási rendszerekben, internetes áruházakban, illetve más, elektronikus tranzakciókat bonyolító helyeken találhatók. Load-balancing Az elsődleges cél a nagy hálózati terhelés megosztása a csomópontok között. Ezek a fürtök túlnyomó többségben két csomópontot tartalmaznak, amelyek azonos adatbázissal dolgoznak, vagyis azonos háttértárra vagy tárolóhálózatra (SAN) kapcsolódnak. Ilyen jellegű fürtöket rendszerint adatbázis-kezelő alkalmazások (Oracle, IBM DB2, Sybase) felhasználói telepítenek. 6
Érdekesség A load balance és high availability funkciókat egyszerre valósítja meg az Oracle Real Application Clusters (RAC). Az Oracle RAC esetében az adatbáziskezelő több számítógépen önállóan fut, azonban azonos adatbázisból dolgoznak. A csomópontoknak egyformán írnak, olvasnak és törölnek adatokat. Éppen ezért az egyik csomópont meghibásodása esetén az adatbáziskezelő nem áll le, csupán a teljesítmény csökken, azaz a fürt továbbra is ki tudja szolgálni a kéréseket. SSI (Single System Image) Nagy rendelkezésre állást és skálázhatóságot biztosító fürtözött rendszer, amely az alkalmazások és az operációs rendszer felé is egy számítógépnek látszik. Az SSI fürtök megkívánják a speciálisan finomhangolt operációs rendszert és alkalmazásokat, ezért telepítésük rendkívül erőforrás-igényes. SSI-fürt a világ jelenlegi legnagyobb teljesítményű számítógépe, a 4096 processzort tartalmazó NEC Earth Simulator. Grid Képzeljetek el rengeteg számítógépet, mondjuk sok milliót. Vannak köztük asztali PC-k és munkaállomások, központi egységek és szuperszámítógépek, adattárak és egyéb eszközök, mint például meteorológiai érzékelők és vizualizációs berendezések. Képzeljétek el, hogy ezek a világ minden táján jelen vannak. Nyilvánvalóan ezek sok különböző emberhez (diákok, orvosok, titkárnők ) és szervezethez (cégek, egyetemek, kórházak ) tartoznak. Ebben eddig semmi új nincsen Most képzeljétek el, hogy ezen számítógépek mindegyikét csatlakoztatják az Internethez. Még mindig nem sok újdonságot mondtunk. Most pedig kapcsoljuk a számítógépeket úgy, hogy egyetlen hatalmas, erőteljes számítógépként viselkedjen! 7
Többé nem okoz gondot, ha a futtatni kívánt program nincs telepítve gépünkre: megkérhetjük a gridet, hogy futtassa távolról ezt a progit egy ismerősünk számítógépén, vagy ha az foglalt, akkor másolja át a programot egy másik gépre vagy gépek egy csoportjára, melyek éppen kihasználatlanul állnak jelenleg Sőt, a grid megtalálja saját magától a legmegfelelőbb helyet a program futtatásához, és oda fogja telepíteni azt Amennyiben nagy mennyiségű adatot kell elemeznünk a világ több pontjáról, felkérhetjük a gridet ennek elvégzésére. Ismét a Grid meg fogja találni a legalkalmasabb adatforrást helyét a mi pontosításunk nélkül is, és elvégzi az adat elemzését, bárhol is legyen az Azért használunk gridet, mert az az adatmennyiség, melyre szükségünk van, óriási, és különböző intézetekben található Ha a feldolgozást egy különálló gépen végeznénk, hamar belebotlanánk a jelenlegi technika szabta korlátokba: egyszer csak (valószínűleg elég hamar ) elfogyna a memória, megtelne a háttértár, valamint a feldolgozás lefutása jobb esetben éveket venne igénybe A megoldás a memória-megosztás, adatmegosztás, valamint a több processzornak köszönhetően a futási idő jelentősen lerövidül (Az Eötvös Loránd Tudományegyetemen a nyelvi laborban található grid, de itt a kedves, segítőkész, éleslátású, hatalmas munkabírású, jóképű, szorgalmas, és mindezek felett okos rendszergazdák két UT 2004//WOW party között mindig sikerrel oldották meg a felmerülő problémákat (az elmúlt 2 napban )) 8
Felhasznált irodalom www.hwsw.hu http://gridcafe.ik.bme.hu 9