.RU

Массивно-параллельные суперкомпьютеры серии Cry T3 и кластерные системы класса BEOWULF

Дипломная работа

по дисциплине: Параллельное программирование и параллельные вычисления

на тему: Массивно-параллельные суперкомпьютеры серии Cry T3 и кластерные системы классаBEOWULF


Реферат

Курсовой проект содержит 38 страниц машинописного текста, 11 литературных источников, 12 рисунков.

Ключевые слова: суперкомпьютер, архитектура, процессор, кластер, интерфейс, технология, операнд, компиляция, команда, оптимизация, переменная, данные, регистр, операция, итерационность,конвейерность,электронно-вычислительная машина.

В данном курсовом проекте рассматриваются многопроцессорные вычислительные системы Cry T3D(E) и Беовульф-кластеры рабочих станций, а также в все сопутствующие этим двум темам понятия и определения необходимые для понятного изложения материала.


Содержание

Введение

Основные понятия

1. Общие вопросы решения "больших задач"

1.1 Современные задачи науки и техники, требующие для решения суперкомпьютерных мощностей

1.2 Параллельная обработка данных

1.2.1 Принципиальная возможность параллельной обработки

1.2.2 Абстрактные модели параллельных вычислений

1.2.3 Способы параллельной обработки данных, погрешность вычислений

1.3 Понятие параллельного процесса и гранулы распараллеливания

1.4 Взаимодействие параллельных процессов, синхронизация процессов

1.5 Возможное ускорение при параллельных вычислениях (закон Амдаля)

2. Принципы построения многопроцессорных вычислительных систем

2.1 Архитектура многопроцессорных вычислительных систем

2.2 Распределение вычислений и данных в многопроцессорных вычислительных системах с распределенной памятью

2.3 Классификация параллельных вычислительных систем

2.4 Многопроцессорные вычислительные системы c распределенной памятью

2.4.1 Массивно-параллельные суперкомпьютеры серии Cry T3

2.4.2 Кластерные системы класса BEOWULF

2.4.3 Коммуникационные технологии, используемые при создании массово-параллельных суперкомпьютеров

Заключение

Список используемой литературы


Введение

Еще на заре компьютерной эры, примерно в середине прошлого века, конструкторы электронно-вычислительных машин задумались над возможностью применения параллельных вычислений в компьютерах. Ведь увеличение быстродействия только за счет совершенствования электронных компонентов компьютера – достаточно дорогой способ, который, к тому же, сталкивается с ограничениями, налагаемыми физическими законами. Так параллельная обработка данных и параллелизм команд были введены в конструкцию компьютеров и сейчас любой пользователь "персоналки", возможно, сам того не зная, работает на параллельном компьютере.

Одной из заметных тенденций развития человечества является желание максимально строго моделировать процессы окружающей действительности с целью как улучшения условий жизни в настоящем, так и максимально достоверного предсказания будущего. Математические методы и приемы цифрового моделирования во многих случаях позволяют разрешать подобные проблемы, однако с течением времени имеет место серьезное качественное и количественное усложнение технологии решения задач. Во многих случаях ограничением является недостаток вычислительных мощностей современных электронно-вычислительных машинах, но значимость решаемых задач привлекли огромные финансовые ресурсы в область создания сверхсложных электронно-вычислительных машин.

С некоторых пор повышение быстродействия компьютеров традиционной (именуемой "фон Неймановской") архитектуры стало чрезмерно дорого вследствие технологических ограничений при производстве процессоров, поэтому разработчики обратили внимание на иной путь повышения производительности – объединение электронно-вычислительных машин в многопроцессорные вычислительные системы. При этом отдельные фрагменты программы параллельно (и одновременно) выполняются на различных процессорах, обмениваясь информацией посредством внутренней компьютерной сети.

Идея объединения электронно-вычислительных машин с целью повышения, как производительности, так и надежности известны с конца пятидесятых годов.

Требования получить максимум производительности при минимальной стоимости привели к разработке многопроцессорных вычислительных комплексов; известны системы такого рода, объединяющие вычислительные мощности тысяч отдельных процессоров. Следующим этапом являются попытки объединить миллионы разнородных компьютеров планеты в единый вычислительный комплекс с огромной производительностью посредством сети Internet. На сегодняшний день применение параллельных вычислительных систем является стратегическим направлением развития вычислительной техники. Развитие "железа" с необходимостью подкрепляются совершенствованием алгоритмической и программной компонент – технологий параллельного программирования.

Метод распараллеливания вычислений существует уже давно, организация совместного функционирования множества независимых процессоров требует проведения серьезных теоретико-практических исследований, без которых сложная и относительно дорогостоящая многопроцессорная установка часто не только не превосходит, а уступает по производительности традиционному компьютеру.

Потенциальная возможность распараллеливания неодинакова для вычислительных задач различного типа – она значительна для научных программ, содержащих много циклов и длительных вычислений и существенно меньше для инженерных задач, для которых характерен расчет по эмпирическим формулам.

В данном курсовом проекте рассматриваются две основные темы:

1. Многопроцессорные вычислительные системы – (массивно-параллельные суперкомпьютеры) Cray T3D(E) с количеством процессоров от 40 до 2176. Это суперкомпьютеры с распределенной памятью на RISC-процессорах типа Alpha21164A, с топологией коммуникационной сети – трехмерный тор, операционной системой UNIX с микроядром и трансляторами для языков FORTRAN, HPF, C/C++. Поддерживаемые модели программирования: MPI, PVM, HPF.

2. Беовульф-кластеры рабочих станций. Кластеры рабочих станций – совокупность рабочих станций, соединенных в локальную сеть. Кластер – вычислительная система с распределенной памятью и распределенным управлением. Кластерная система может обладать производительностью, сравнимой с производительностью суперкомпьютеров.Кластеры рабочих станций обычно называют Беовульф-кластерами (Beowulf cluster – по одноименному проекту), связанны локальной сетью Ethernet и используют операционную систему Linux.

Также в данном курсовом проекте рассматриваются все сопутствующие этим двум темам понятия и определения необходимые для понятного изложения материала.


Основные понятия

Наиболее распространенной технологией программирования для кластерных систем и параллельных компьютеров с распределенной памятью в настоящее время является технология MPI. Основным способом взаимодействия параллельных процессов в таких системах является передача сообщений друг другу. Это и отражено в названии данной технологии – MessagePassingInterface (интерфейс передачи сообщений). Стандарт MPI фиксирует интерфейс, который должен соблюдаться как системой программирования на каждой вычислительной платформе, так и пользователем при создании своих программ. MPI поддерживает работу с языками Фортран и Си. Полная версия интерфейса содержит описание более 125 процедур и функций.

Интерфейс MPI поддерживает создание параллельных программ в стиле MIMD (MultipleInstructionMultipleData), что подразумевает объединение процессов с различными исходными текстами. Однако писать и отлаживать такие программы очень сложно, поэтому на практике программисты, гораздо чаще используют SPMD-моделъ (SingleProgramMultipleData) параллельного программирования, в рамках которой для всех параллельных процессов используется один и тот же код. В настоящее время все больше и больше реализаций MPI поддерживают работу с так называемыми "нитями".

Поскольку MPI является библиотекой, то при компиляции программы необходимо прилинковать соответствующие библиотечные модули.

После получения выполнимого файла необходимо запустить его на требуемом количестве процессоров.

После запуска одна и та же программа будет выполняться всеми запущенными процессами, результат выполнения в зависимости от системы будет выдаваться на терминал или записываться в файл.

MPIпрограмма – это множество параллельных взаимодействующих процессов. Все процессы порождаются один раз, образуя параллельную часть программы. В ходе выполнения MPI-программы порождение дополнительных процессов или уничтожение существующих не допускается (в дальнейших версиях MPI такая возможность появилась). Каждый процесс работает в своем адресном пространстве, никаких общих переменных или данных в MPI нет. Основным способом взаимодействия между процессами является явная посылка сообщений.

Для локализации взаимодействия параллельных процессов программы можно создавать группы процессов, предоставляя им отдельную среду для общения – коммуникатор. Состав образуемых групп произволен. Группы могут полностью совпадать, входить одна в другую, не пересекаться или пересекаться частично. Процессы могут взаимодействовать только внутри некоторого коммуникатора, сообщения, отправленные в разных коммуникаторах, не пересекаются и не мешают друг другу. Коммуникаторы имеют в языке Фортран тип integer (в языке Си – предопределенный тип MPIComm).

При старте программы всегда считается, что все порожденные процессы работают в рамках всеобъемлющего коммуникатора. Этот коммуникатор существует всегда и служит для взаимодействия всех запущенных процессов MPI-программы. Все взаимодействия процессов протекают в рамках определенного коммуникатора, сообщения, переданные в разных коммуникаторах, никак не мешают друг другу.


metodicheskie-ukazaniya-k-vipolneniyu-kursovoj-raboti-dlya-studentov-specialnosti-280201-65-ohrana-okruzhayushej-sredi-i-racionalnoe-ispolzovanie-prirodnih-resursov-habarovsk.html
metodicheskie-ukazaniya-k-vipolneniyu-laboratornoj-raboti-po-discipline.html
metodicheskie-ukazaniya-mu-726-98-stranica-2.html
metodicheskie-ukazaniya-o-provedenii-ekspertizi-promishlennoj-bezopasnosti-razrabotani-po-zadaniyu-ao-rd-kazmunajgaz.html
metodicheskie-ukazaniya-po-gosudarstvennomu-ekzamenu-po-menedzhmentu-dlya-studentov-specialnostej-menedzhment-organizacii-080507-65-ochnoj-i-zaochnoj-form-obucheniya-moskva-2011-udk-658-012-073.html
metodicheskie-ukazaniya-po-izucheniyu-disciplini-i-zadaniya-dlya-vipolneniya.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/transformatori-rukovodstvo-po-remontu-2004.html
  • shpora.bystrickaya.ru/vuchebnikah-informatiki-v-obshem-vide-informacionnij-process.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/razdel-3-dokumenti-neobhodimie-dlya-realizacii-osnovnih-polozhenij-fgos-noo.html
  • tests.bystrickaya.ru/konsultacionnij-sovet-po-voprosam-nalogooblozheniya-kodeks-respubliki-kazahstan.html
  • report.bystrickaya.ru/iiiobsledovanie-navikov-i-umenij-svyazannih-s-muzikalnoj-kulturoj.html
  • tests.bystrickaya.ru/medicina-byulleten-novih-postuplenij-v-nb-rgu-za-2-kvartal-2011-g.html
  • crib.bystrickaya.ru/indeksnij-metod-faktornogo-analiza-metodika-buhgalterskogo-ucheta-28-osnovnie-principi-vedeniya-buhgalterskogo-ucheta-pbu-198-28.html
  • thesis.bystrickaya.ru/produktivnie-i-nekotorie-biologicheskie-osobennosti-ovec-buryatskogo-tipa-zabajkalskoj-tonkorunnoj-porodi-raznih-linij-06-02-10-chastnaya-zootehniya-tehnologiya-proizvodstva-produktov-zhivotnovodstva.html
  • klass.bystrickaya.ru/aktualnie-aspekti-ekstrakorporalnogo-ochisheniya-krovi-v-it.html
  • teacher.bystrickaya.ru/gemischte-mbel-aus-restposten-eines-namhaften-deutschen-versandhauses.html
  • assessments.bystrickaya.ru/elektivnij-kurs-po-matematike-procenti-na-vse-sluchai-zhizni.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-po-discipline-teoriya-veroyatnostej-i-matematicheskaya-statistika.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razvitie-ekonomicheskoj-misli-v-nachale-19-veka.html
  • crib.bystrickaya.ru/k-b-n-prepodavatel-biologii-konsultant-napartovich-e-sh-iskusstvoved-prepodavatel-mhk.html
  • textbook.bystrickaya.ru/issledovanie-gipnosuggestivnih-metodov-v-psihoterapii-i-psihologicheskoj-pomoshi-stranica-2.html
  • report.bystrickaya.ru/iii-mezhpredmetnie-svyazi-v-sisteme-obucheniya-geografii-karopa-g-n-stranica-2.html
  • uchit.bystrickaya.ru/strategicheskij-plan-ministerstva-obrazovaniya-i-nauki-respubliki-kazahstan-na-2011-2015-godi-nastoyashee-postanovlenie-vvoditsya-v-dejstvie-s-1-yanvarya-2011-goda-i-podlezhit-oficialnomu-opublikovaniyu-stranica-15.html
  • tests.bystrickaya.ru/literaturovedenie-byulleten-novih-postuplenij-2007-god.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/literatura-mifi-drevnej-grecii-dedal-i-ikar.html
  • exam.bystrickaya.ru/yan-dobrachinskij-pisma-nikodima-stranica-5.html
  • desk.bystrickaya.ru/pered-otkritiem-moskovskogo-hudozhestvennogo-teatra-m-n-kedrov-glavnij-redaktor-o-l-knipper-chehova-a-d.html
  • college.bystrickaya.ru/2-zakonodatelnoe-sobranie-sankt-peterburga.html
  • essay.bystrickaya.ru/borodulin-be-ftiziatriya-uchebnik-yu-p-lisicing-e-ulumbekova-m-geotar-media2011-544s.html
  • reading.bystrickaya.ru/literatura-19-veka.html
  • esse.bystrickaya.ru/radio-rossii-vesti-20032008-bogdanova-marina-1400-gosduma-rf-monitoring-smi-21-marta-2008-g.html
  • doklad.bystrickaya.ru/uchebniku-makaricheva-yu-n-i-dr-algebra.html
  • turn.bystrickaya.ru/payalnie-i-elektromontazhnie-raboti-metodicheskie-rekomendacii-rukovoditelyam-uchrezhdenij-obrazovaniya-po-organizacii.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/meteorologicheskie-issledovaniya.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-disciplini-modulya-farmakologiya.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/obzor-istochnikov-feodora-yannici-grecheskij-mir-v-konce-18-nachale-20-vv-po-rossijskim-istochnikam-k-voprosu-ob.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/razdel-1-rebenok-i-drugie-lyudi-programma-municipalnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-detskogo-sada.html
  • crib.bystrickaya.ru/instrukciya-po-deloproizvodstvu-v-organah-prokuraturi-rossijskoj-federacii-i-ih-uchrezhdeniyah-utverzhdena-prikazom-generalnogo-prokurora-rf-ot-5-iyunya-2008g-107.html
  • control.bystrickaya.ru/boris-grebenshikov-dal-deneg-doktoru-rossijskaya-blagotvoritelnost-v-zerkale-smi.html
  • crib.bystrickaya.ru/kazhushijsya-ves-tela-uchebnoe-posobie-ufa-2008-udk-531075-3-bbk-22-2ya73.html
  • universitet.bystrickaya.ru/svojstva-portlandcementa.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.