Параллельді жəне таратылған есептеу жүйелерінің ерекшеліктері
Қазіргі таңда əр түрлі таратылған есептеу жүйелері бар. Бұл мақалада жүйелердің классификациясы, сондай-ақ «таратылған есептеу жүйелері» мен «параллельді есептеу жүйелерінің» арасындағы айырмашылық көрсетіледі.
«Таратылған есептеу жүйелері» жəне «параллельді есептеу жүйелері» терминдерін бір- бірінен ажырату қиындық тудырып жатады. Параллельді жүйелер термині əдетте суперкомпьютерлердің көп процессорлы архитектура екендігін ерекшелеу үшін қолданылады. Қазіргі заманауи параллельді компьютерлер архитектурасының негізгі класстары деп:
- SMP(Symmetric Multiprocessing, қысқаша SMP) – симметриялы мультипроцессорлық жүйелер. Симметриялық мультипроцессорлеу – екі немесе одан да көп бірдей жалпы жадыға қосылатын көп процессорлы компьютерлер архитектурасы. Қазіргі таңда көп процессорлы жүйелердің көпшілігі SMP архитектурасын қолданады;
- MPP (ағыл. massive parallel processing, қысқаша MPP) – массивті-параллельдік жүйелер. Бұл архитектураның негізгі ерекшелігі жады физикалық тұрғыда бөлінген. Аталған жағдайда жүйе жеке модульдерден, процессорлардан, амалдық жадының жергілікті банкінен, тасымалдаушы процессорлардан немесе желілік адаптерлерден, кейде қатты дискілер жəне/немесе енгізу/шығару құрылғыларынан құрастырылады. Мəні жағынан, мұндай модульдер толық функционалды компьютерлер болады. Модульдер арнайы коммуникациялық каналдармен байланыстырылады;
- NUMA (ағыл. Non Uniform Memory Access, қысқаша NUMA)– жадыға біркелкі емес қатынау жүйелері. NUMA жүйесі – бірнеше процессорлық элементтерді өзінің жедел жадысына жергілікті блоктарын, сонымен қатар жалпы блок жедел жадысының барлық процессорларын қосатын бірнеше бір текті негізгі модульдерден тұрады. Осылайша барлық жедел жады физикалық тұрғыда процессорлық элементтер арасында таратылған, бірақ логикалық тұрғыдан бірыңғай адрестік кеңістікте тұтас болып саналады. Физикалық тұрғыдан бөлу себепті жадының жалпы блогына жəне басқа процессорлық элементтердің жергілікті жады блоктарына қатынауына қарағанда процессорлық элементтің жеке жергілікті жадыға қатынауы бірнеше ретке жылдам болады. NUMA жүйесі – масштабтаудың өте жақсы мүмкіндіктеріне ие. Процессорлық элементтер саны бірнеше мыңға жетуі мүмкін;
- PVP (ағыл. Parallel Vector Process, қысқаша PVP) – параллельді-векторлық жүйелер. PVP жүйесінің негізгі белгілері конвейерлі функционалды құрылғыларда тиімді орындалатын, тəуелсіз мəліметтер векторларының бір типті өңделу командалары ретінде қарастырылатын, арнайы векторлы-конвейерлік процессорлардың қатысуы болып табылады. Бірнеше мұндай процессорлар (1-16) көп процессорлы конфигурация аумағында жалпы жадымен (SMP ұқсас) бір уақытта жұмыс жасайды. Бірнеше түйін коммутатор көмегімен біріктірілуі мүмкін. Векторлы форматта мəліметтер скалярлыға қарағанда жылдамырақ берілетіндігіне байланысты деректер ағындарының арасында өзара əрекеттесу мəселеcі параллельдеу маңыздылығын жоғалтады;
- кластерлер – MPP-дің арзан нұсқасы ретінде қолданылады. Түйіндері ретінде серверлер, жұмыс станциялары жəне дербес компьютер болуы мүмкін. Түйіндерді байланыстаруды стандартты желілік технологиялардың бірі қолданылады. Кластерлеу аппараттық қамтама операциялық жүйелер, утилиттік программалар, басқару жүйесі жəне қосымшаларды қоса алғанда компьютерлік жүйелердің əр түрлі деңгейлерінде жүзеге асады.
Таратылған жүйе термині қолданыушыға біріңғай біріктірілген жүйені беретін тəуелсіз компьютерлердің жиынтығын көрсетеді. Бұл анықтамаға сəйкес екі жағдайды ерекше атап өтуге болады. Біріншіден, барлық машиналар автономды. Екіншіден, таратылған жүйе аппараттық қамтаманың қандай негізде құрылғанын, яғни күрделілігі мен гетерогенді табиғатын жасырынды түрде көрсетеді. Таратылған жүйені ұйымдастыру қолданушы мен қосымша орналасқан жоғарғы деңгей мен операциялық жүйеден тұратын төменгі деңгей арасындағы программалық қамтама қосымша деңгейін қосуды талап етеді.
Бүгінгі күнде таратылған жүйенің үш типін ерекшелеп көрсетуге болады:
- кластер - бір ресурстары жұмыс тобында қолданылатын қарапайым есептеу жүйесі. Бұл жергілікті желі көмегімен біріктірілген, есептеулер жүретін бірнеше ондаған компьютерлер.
Параллельді жүйелердегі анықталған кластерлерден таратылған жүйелердегі кластерлеу программалық қамтама деңгейінде жүзеге асатындығымен ерекшеленеді;
- корпаративті деңгейдегі есептеу жүйесі – бұл əр түрлі жобалармен жұмыс жасайтын бірнеше топқа қызмет көрсететін есептеу жүйесі. Мұндай желіде ресурстарды бірлесіп қолданудың ережелерін, кейбір жағдайларда өзара есептесуді орнату қажет. Жүйенің көлемі ереже бойынша үлкен емес жəне ресурстар мен қолданушылардың жұмысын ұйымдастыруды қолдан басқаруға болады;
- ғаламдық (GRID - жүйе) – бұл бірнеше жеке ұйымдар қатысатын, бір-бірінен географиялық алыс орналасқан жəне бір-біріне өздерінің ресурстарын анықталған ережелері мен өзара əрекеттесу хаттамалары арқылы ұсынатын жүйе. Мұнда тура əкімшілік əдістері тиімсіз. Жалпы жиі қолданылмайтын жəне ұйымдастыру мəселелері мен басқару мəселелерін программалық қамтама деңгейінде шешу қажет.
Осылайша терминдерді қолдану нақты жүйелердің ерекшеліктеріне байланысты. Параллельді есептеу жүйелері терминін қолданғанда MPP, SMP, NUMA жəне тағы да басқа архитектуралық ерекшеліктері айқындалады. Егер бір тұтас жұмыс жасайтын жəне программалық қамтамаға нұсқауланатын тəуелсіз компьютерлер архитектурасынан тұратын жүйені сипаттау қажет болса, онда таратылған есептеу жүйесі терминін қолдану қажет.
ƏДЕБИЕТТЕР
- Карпов Л.Е. «Архитектура распределенных систем программного обеспечения», М., МАКС Пресс, 2007. Шифр библиотека МГУ: 5ВГ66, К – 265 стр.
- Таненбаум Э. Распределенные системы: принципы и парадигмы. – СПб: Питер, 2003. – 877 с.
- Andrew S. Tanenbaum, Maarten van Steen. “Distributed Systems. Principles”. Prentice Hall, Inc., 2002 (Э. Таненбаум, М. Ван Стеен. «Распределенные системы. Принципы и парадигмы». СПб.: Питер, 2003)
- R. Butler and E. Lusk. Monitors, message, and clusters: The p4 parallel programming system. Parallel Computing, 20:547–564, 1994.