Массивно-параллельные суперкомпьютеры серии Cry T3 и кластерные системы класса BEOWULF
.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
  • tests.bystrickaya.ru/kognitivnie-iskazheniya-v-ocenke-riskov-nlo-nlo-kak-faktor-globalnogo-riska-aleksej-turchin.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/aktualnost-strategii-razvitiya-strani-stranica-25.html
  • school.bystrickaya.ru/blagoustrojstvo-vnutri-dvorovoj-territorii.html
  • studies.bystrickaya.ru/epizootologiya-chast-16.html
  • education.bystrickaya.ru/35-vozrast-i-vozrastnaya-struktura-naseleniya-uchebnoe-posobie-seriya-uchebniki-i-uchebnie-posobiya.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/metodicheskie-razrabotki-po-prepodavaemim-disciplinam-kafedri-processi-i-apparati-pishevih-proizvodstv.html
  • turn.bystrickaya.ru/pbk-daily-moskva-n019-522009-ogorodnikov-evgenij-biki-proignorirovali-fitch.html
  • diploma.bystrickaya.ru/zemledelie-s-osnovami-pochvovedeniya-chast-6.html
  • abstract.bystrickaya.ru/103-osobennosti-remonta-krovelnih-pokritij-s-primeneniem-stalnogo-profilirovannogo-nastila.html
  • uchit.bystrickaya.ru/sravnitelnaya-ocenka-potrebitelskih-svojstv-ledencovoj-karameli-razlichnih-proizvoditelej.html
  • literatura.bystrickaya.ru/sabati-tr-zhaa-blmd-megertu-sabati-tip-aralas-saba-sabati-ds-tsndru-sra-zhauap-sto.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/avtoritarnuyu-tema-chtenij.html
  • report.bystrickaya.ru/govorit-marina-gorkina-na-puti-k-rabote-kogo-oni-hotyat-i-pochemu-oni-vas-vozmut.html
  • writing.bystrickaya.ru/administrirovanie-korporativnoj-seti-na-osnove-microsoft-windows-2000-advanced-server-chast-11.html
  • teacher.bystrickaya.ru/formirovanie-elektronnogo-obrazovatelnogo-prostranstva-v-respubliki-tatarstan.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-vtoraya-rejmond-moudi-dajyana-arkendzhel-zhizn-posle-utrati.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/primernij-uchebnij-plan-16-annotacii-programm-uchebnih-disciplin-profilya-20-annotaciya-primernoj-programmi-disciplini-ekonomika-predpriyatiya-organizacii-20-annotaciya-primernoj-programmi-disciplini.html
  • college.bystrickaya.ru/-kazakhstan-being-the-center-of-eurasia-will-play-a-role-of-an-economic-and-cultural-link-between-three-fast-growing-regions-china-russia-and-the-musli.html
  • thescience.bystrickaya.ru/hudozhestvennaya-literatura-bbk-84-byulleten.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/obekt-i-predmet-prestupleniya-chast-3.html
  • composition.bystrickaya.ru/plenum-visshego-arbitrazhnogo-suda-rossijskoj-federacii-byulleten-pravovoj.html
  • universitet.bystrickaya.ru/temi-dlya-obsuzhdeniya-sostoyanie-i-kratkosrochnie-perspektivi-razvitiya-rossijskoj-ekonomiki.html
  • textbook.bystrickaya.ru/informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-25-776-ot-9-iyulya-2012-g-stranica-21.html
  • lesson.bystrickaya.ru/razvitie-poznavatelnogo-interesa-uchashihsya-za-schet-ispolzovaniya-kraevedcheskogo-materiala-pri-izuchenii-temi-krov-i-krovoobrashenie.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/pyatno-na-mundire-kolumba-ili-ispanskij-sled-vudu-kak-rodilas-eta-kniga-ili-nazad-v-budushee.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/programma-disciplini-istoriko-kulturnoe-nasledie-orlovsko-livenskoj-eparhii.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/programma-kontrolnie-zadaniya-i-metodicheskie-ukazaniya-k-izucheniyu-uchebnoj-disciplini.html
  • turn.bystrickaya.ru/polozhenie-o-rajonnoj-akcii-zelenij-patrul.html
  • literature.bystrickaya.ru/ekzamenacionnaya-programma-po-obshej-cerkovnoj-istorii-dlya-postupayushih-v-moskovskuyu-duhovnuyu-akademiyu-sektor-zaochnogo-obucheniya.html
  • books.bystrickaya.ru/dostizheniya-uchrezhdeniya-v-konkursah-nalichie-programmi-razvitiya-6-osobennosti-obrazovatelnogo-processa-7-harakteristika.html
  • urok.bystrickaya.ru/poryadok-primeneniya-svarochnih-tehnologij-pri-izgotovlenii-montazhe-remonte-i-rekonstrukcii-tehnicheskih-ustrojstv-dlya-opasnih-proizvodstvennih-obektov-stranica-4.html
  • teacher.bystrickaya.ru/gazoraspredelitelnie-sistemi.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sofej-urozhdyonnoj-knyazhnoj-golshanskoj-sbornik-istoricheskih-materialov-po-istorii-roda.html
  • composition.bystrickaya.ru/osobennosti-organizacii-issledovatelskoj-deyatelnosti-mladshih-shkolnikov.html
  • nauka.bystrickaya.ru/voprosi-teorii-radiozhurnalistiki-na-stranicah-professionalnoj-pressi.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.