.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
  • credit.bystrickaya.ru/paranormalnaya-ichkeriya-mihail-gershtejn.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/nalogovaya-sistema-ukraini-chast-6.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tekushij-kontrol-programma-po-gistologii-citologii-i-embriologii-kafedra.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/5-matematika-estestvennie-nauki-chvash-knizhnaya-respublikin-5-2010-letopis.html
  • testyi.bystrickaya.ru/bankovskij-risk-menedzhment-v-usloviyah-intensifikacii-denezhno-kreditnoj-politiki.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/metodicheskie-ukazaniya-i-zadanie-dlya-domashnej-kontrolnoj-raboti-po-discipline-elektrosnabzhenie-predpriyatij-i-grazhdanskih-zdanij.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-7-m-teoriya-mat-vseh-strun-michio-kaku-parallelnie-miri-sofiya-2-0-0-8-ob-ustrojstve-mirozdaniya-visshih.html
  • assessments.bystrickaya.ru/denezhnaya-sistema-respubliki-kazahstan.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/rabskij-vopros-v-ideologii-ellinizma.html
  • lektsiya.bystrickaya.ru/primernaya-programma-disciplini-sociologiya-religii-federalnogo-komponenta-cikla-opd-f-13-gos-vpo-vtorogo-pokoleniya-po-specialnosti-020300-sociologiya.html
  • thescience.bystrickaya.ru/informacionnij-byulleten-administracii-sankt-peterburga-37-688-27-sentyabrya-2010-g-stranica-7.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/referat-na-temu-idei-razvitiya-v-trudah.html
  • literatura.bystrickaya.ru/schetnaya-palata-vskrila-sistemnij-harakter-narushenij-informacionnij-byulleten-krasnoyarskij-kraj-mestnoe-samoupravlenie.html
  • education.bystrickaya.ru/23-fond-oblastnoj-biblioteki-i-istochniki-ego-agentstvo-svyazi-i-informa-tiza-cii-respubliki-uzbekistan-i-nformacionno-bibliotechnij.html
  • spur.bystrickaya.ru/kurs-upravlenie-kachestvom-lekciya-11-osnovi-statisticheskogo-kontrolya-tehnologicheskih-processov-proizvodstva-evs-obshie-svedeniya.html
  • uchitel.bystrickaya.ru/referat-ot-drevnej-rusi-k-formirovaniyu-edinogo-rossijskogo-gosudarstva.html
  • paragraph.bystrickaya.ru/literatura-izdanie-prednaznacheno-dlya-studentov-aspirantov-prepodavatelej-uchenih-specializiruyushihsya-v-socialnih.html
  • occupation.bystrickaya.ru/obshaya-shema-splajn-interpolyacii-12-kontrolnie-voprosi-12.html
  • report.bystrickaya.ru/iv-nauchno-prakticheskaya-konferenciya-rossijskij-politicheskij-process-v-regionalnom-izmerenii-istoriya-teoriya-praktika.html
  • grade.bystrickaya.ru/moskovskij-institut-innovacionnih-tehnologij-na-temu-modeli-cenoobrazovaniya-aktivov-tiraspol-2005.html
  • esse.bystrickaya.ru/programma-razvitiya-selskogo-hozyajstva-i-reguliro.html
  • studies.bystrickaya.ru/glava-iv-otdih-tovarisham-yulii-i-doncho-papazovim-uchastnikam-ekspedicii-plankton-iii.html
  • control.bystrickaya.ru/chast-vtorayatehnika-igra-v-associacii-15-zritelnij-i-zvukovoj-ryad-23.html
  • college.bystrickaya.ru/2-organizacionno-rasporyaditelnaya-deyatelnost-plan-raboti-shkoli-na-2010-2011-uchebnij-god-cel-raboti-shkoli.html
  • essay.bystrickaya.ru/biologicheskoe-obosnovanie-zashiti-pshenici-ot-kornevih-gnilej-i-tverdoj-golovni-v-predurale-respubliki-bashkortostan-06-01-07-zashita-rastenij.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/b-a-astafev-strategicheskoe-prognozirovanie-i-upravlenie-na-osnove-genoma-i-zakonov-mira-teoriya-i-praktika-stranica-3.html
  • abstract.bystrickaya.ru/-6-primenenie-elementov-matematicheskogo-analiza-k-resheniyu-funkcionalnih-uravnenij.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/razmerno-vozrastnoj-sostav-samok-uchastvuyushih-v-razmnozhenii-v-vodoemah-azovo-donskogo-rajona-v-2011g-.html
  • reading.bystrickaya.ru/kratkoe-opisanie-novih-immigracionnih-procedur-obyazatelnie-trebovaniya-o-predostavlenii-lichnoj-informacii.html
  • bystrickaya.ru/yaponskaya-kuhnya-chast-5.html
  • thesis.bystrickaya.ru/posobie-kandidatu-postupayushemu-v-novosibirskoe-visshee-voennoe-komandnoe-uchilishe-voennij-institut-stranica-2.html
  • school.bystrickaya.ru/chtobi-ne-zavidovali-podgotovlen-po-rezultatam-ezhednevnogo-monitoringa-i-vklyuchaet-v-sebya-analiz-otkritih-istochnikov.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/gruppi-i-podgruppi-vzrivozashishennogo-elektrooborudovaniya-posobie-k-vsn-205-84mmss-sssr-srok-vvedeniya-ustanovlen-s-01-05-89-g.html
  • books.bystrickaya.ru/diplomatiya-bibliograficheskij-ukazatel-2004-g.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/resursnie-fondi-biblioteki-modelirovanie-fonda-bibliotechno-informacionnij-centr.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.