Бутрик Є.М., Пикало В.А.

Черкаський державний технологічний університет

Дослідження підвищення ефективності інформаційної системи на основі кластерних систем

Персональний комп'ютер (ПК), що використовуються як АРМ користувачів, одержують подальший широкий розвиток, як прогресивний метод організації в ритмі виробництва збирання та обробки, зберігання й оперативного видавання за безпаперової технології об’єктивно необхідної для управління інформації. Проте, коло питань, які вирішуються за допомогою цих АРМ, ще не велике. Можливості АРМ, особливо універсальних, для зазначеної мети в недалекому майбутньому будуть безмежні, коли одержать належний розвиток інформаційні канали та мережі. Зразок зв’язку універсального АРМ користувача недалекого майбутнього, створеного на базі інтеграції різних типів інформаційного устаткування, каналів зв’язку і мереж за без паперової технології.

Існє безліч шляхів вдосконалення ефективності інформаційної системи одним з них є застосування кластерної архітектури.

Обчислювальний кластер — це сукупність комп'ютерів, об'єднаних у рамках деякої мережі для рішення одного завдання, що являється для користувача єдиним ресурсом. Сучасний ПК, на даний час, може задовольнити вимоги користувача для виконання більшості офісних задач, але у випадку розрахункових задач зі складними громіздкими розрахунками ситуація інша. Для їх виконання завжди бракує ресурсів.

Розробники архітектур кластерних систем мали різні цілі при їхньому створенні. Першою була фірма Digital Equipment із кластерами VAX/VMS. Метою створення цієї машини було підвищення надійності роботи системи, забезпечення високої готовності й відмовостійкості системи. Сьогодні існує безліч аналогічних по архітектурі систем від інших виробників.

Іншою метою створення кластерних систем є створення дешевих високопродуктивних паралельних обчислювальних систем. Один з перших проектів, який дав ім'я цілому класу паралельних систем - кластер Beowulf виник у центрі NASA Goddard Space Flight Center для підтримки необхідними обчислювальними ресурсами проекту Earth and Space Sciences. Проект Beowulf почався влітку 1994 року, і незабаром був зібраний 16-процесорний кластер на процесорах Intel 486DX4/100 Мгц. На кожному вузлі було встановлено по 16 Мбайт оперативної пам'яті й по 3 мережних Ethernet-адаптери. Ця система виявилася дуже вдалою по відношенню ціна/продуктивність, тому таку архітектуру стали розвивати й широко використати в інших наукових організаціях й інститутах.

Сфера застосування кластерних систем зараз не вужча, ніж суперкомп'ютерів з іншою архітектурою: вони не менш успішно справляються із завданням моделювання різних процесів та явищ. Суперкомп'ютерне моделювання може в багато разів здешевити і прискорити вихід на ринок нових продуктів, а також поліпшити їхню якість. Наприклад, замість того щоб будувати дорогі тестові моделі нових автомобілів, які потім розбивають заради проведення інженерних розрахунків, можна швидше й точніше все порахувати на комп'ютерних моделях. Завдяки цьому багатьом західним автомобільним концернам вдалося скоротити терміни розробки нових моделей авто в п'ять разів - з 10 до 2 років. Комп'ютерна обробка геофізичних даних дозволяє створювати високодеталізовані моделі нафтових і газових родовищ, забезпечуючи більше ефективну, безпечну й дешеву розробку свердловин.

Кластерні рішення володіють найкращим на сьогодні співвідношенням ціна/продуктивність і мають істотно більш низьку сукупну вартість. Це досягається завдяки масштабованості й використанню стандартних загальнодоступних компонентів, ціна яких постійно знижується. Два кластерні двопроцесорні вузли в середньому на 35% дешевше, ніж один чотирипроцесорний SMP-сервер, причому з ростом кількості процесорів перевага кластерних рішень за цим параметром збільшується. Крім того, кластерна архітектура забезпечує чудову відмовостійкість системи: при виході з ладу одного або декількох обчислювальних модулів (або вузлів) кластер не втрачає працездатності і нові завдання можуть бути запущені на меншій кількості вузлів. Вузол, що вийшов з ладу, легко й швидко виймається зі стійки і замінюється новим, котрий відразу ж включається в роботу. Це можливо завдяки топології сучасних системних мереж, коли обмін повідомленнями між двома вузлами може йти багатьма шляхами.

Саме розвиток кластерних технологій зробив високопродуктивні обчислення широко доступними й дозволив підприємствам скористатися їхніми перевагами. От як розподіляються області застосування 500 самих потужних комп'ютерів світу: 44,3% - видобувна, електронна, автомобільна, авіаційна та інші галузі важкої промисловості і машинобудування, 20% - наука й освіта. 18% дістається погодним та кліматичним дослідженням, 7% - ядерним, космічним, енергетичним та військовим державним програмам, 3,5% - використовують фінансові компанії та банки. Крім того, у списку є компанії, що займаються медициною, розробкою нових ліків, комп'ютерною графікою, виробництвом продуктів харчування, і державним керуванням.

Література:

1. Хорошевский В.Г. Архитектура вычислительных систем: Учебное пособие для вузов. –М.: Изд-во МГТУ,2005. – 512 с.

2. Авен О.И., Гурин Н.Н., Коган Я.А. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. — М.: Наука,1982. — 464 с.

3. Столингс У. Структурная организация и архитектура компьютерных систем. — М.: Вильямс, 2002. — 893 с.

4. Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах. Материалы пятого Международного научно-практического семинара /Под ред. проф. Р.Г. Стронгина – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2005–253 с.