.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
  • college.bystrickaya.ru/1-ponyatie-lichnih-prav-nesovershennoletnego-i-ih-socialnaya-sushnost.html
  • tetrad.bystrickaya.ru/vakcinaciya-pri-gramotnom-podhode-samoe-effektivnoe-sredstvo-zashiti-ot-infekcionnih-zabolevanij-i-sohraneniya-zhizni-izvestnoe-sovremennoj-medicine.html
  • reading.bystrickaya.ru/konspekt-uroka-po-teme-infrazvuk-i-ultrazvuk-i-ego-ispolzovanie.html
  • knigi.bystrickaya.ru/rukovodstvo-po-glaukome-putevoditel-dlya-poliklinicheskih-vrachej.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/konspekt-uroka-chteniya-a-s-pushkin-skazka-o-mertvoj-carevne-i-semi-bogatiryah.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/523-pravila-bezopasnosti-pb-perechen-pravovih-aktov-soderzhashih-gosudarstvennie-normativnie-trebovaniya-ohrani-truda.html
  • laboratory.bystrickaya.ru/zhurnalistika-v-trudnih-zhiznennih-situaciyah.html
  • letter.bystrickaya.ru/mnogoetazhnoe-proizvodstvennoe-zdanie.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/statya-1-storoni-peredayut-na-razreshenie-suda-voprosi-soderzhashiesya-v-p-21-prilozheniya-k-soglasheniyu.html
  • grade.bystrickaya.ru/obshie-polozheniya-statya-1.html
  • exchangerate.bystrickaya.ru/26-resursnoe-obespechenie-obrazovatelnogo-processa-publichnij-otchet-municipalnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya.html
  • education.bystrickaya.ru/4-44-opredelenie-lakokrasochnih-materialov-osnovnie-komponenti-vhodyashie-v-ih-sostav-i-naznachenie-osnovnih-komponentov.html
  • uchebnik.bystrickaya.ru/vidi-reshenij-suda-po-ugolovnim-delam-chast-2.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/52populyarnie-modeli-bankomatov-institut-kafedra-matematicheskoe-obespechenie-sistem.html
  • klass.bystrickaya.ru/4-primernij-perechen-tem-kursovih-kontrolnih-rabot-po-discipline-grazhdanskoe-pravo-modul-tri-dogovor-kak-instrument-organizacii-vzaimosvyazej-uchastnikov.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/prilozhenie-44-fguz-centr-gigieni-i-epidemiologii-v-leningradskoj-oblasti-konkursnaya-dokumentaciya-po-poverke.html
  • report.bystrickaya.ru/igri-ledokoli-stranica-14.html
  • testyi.bystrickaya.ru/9-o-tom-kak-neprosto-postoyat-za-sebya-bernard-verber-revolyuciya-muravev.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/trankvilizatori-i-ih-rol-v-pogranichnoj-psihiatrii-chast-2.html
  • portfolio.bystrickaya.ru/p454-emissiya-akcij-i-investicij-v-akcii-metodicheskie-rekomendacii-po-ocenke-effektivnosti-investicionnih-proektov.html
  • education.bystrickaya.ru/25-statistika-finansov-predpriyatiya-n-a-yarushkina-ekonomiko-statisticheskij-analiz-deyatelnosti-predpriyatiya.html
  • nauka.bystrickaya.ru/ukazatel-sokrashenij-stranica-36.html
  • spur.bystrickaya.ru/literatura-sebeok-th-a-an-introduction-to-semiotics-l-1994-ch-p-3-16-eu.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/programma-po-predmetu-muzika-dlya-obsheobrazovatelnih-shkol-goroda.html
  • lesson.bystrickaya.ru/tipi-izmenenij-v-buhgalterskom-balanse-uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-specialnostej-080111-marketing-080301.html
  • turn.bystrickaya.ru/opredelenie-normalnih-koordinat-simmetriya-molekul-i-kristallov.html
  • reading.bystrickaya.ru/koncepciya-neprerivnogo-formirovaniya-kommunikativnoj-kompetencii-talantlivoj-molodezhi-v-sisteme-shkola-vuz.html
  • klass.bystrickaya.ru/aleksandr-belousenko-belousenkoyahoo-com-1-oktyabrya-2003-stranica-4.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/problemi-prichinnogo-kompleksa-prestupnosti-v-soremennoj-rossii-chast-11.html
  • essay.bystrickaya.ru/bilet-17-obshestvoznanie-ekzamenacionnie-bileti-s-otvetami-dlya-9-klassa.html
  • predmet.bystrickaya.ru/referat-po-predmetu-marketingovie-kommunikacii-tema-integrirovannie-marketingovie-kommunikacii-v-mestah-prodazh.html
  • grade.bystrickaya.ru/nastrojka-parametrov-bukleta-informacionnie-tehnologii.html
  • thesis.bystrickaya.ru/predislovie-k-pervomu-izdaniyu-17-stranica-3.html
  • bukva.bystrickaya.ru/raskolnikov-i-sonya-marmeladova.html
  • institut.bystrickaya.ru/syuzen-viggz.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.