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PC-Cluster

PC-Cluster. 14.06.20022 Motivation Definition Beispiel Hardware Software Diskussion Rechenintensive Probleme -Genomsequenzierung -Wettervorhersage Große

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PC-Cluster

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Motivation

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

• Rechenintensive Probleme- Genomsequenzierung- Wettervorhersage

• Große Datenbanksysteme- Suchmaschinen wie Google

... Sollen möglichst schnell ein Ergebnis liefern!

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• Härter arbeiten – schnellere Prozessoren

• Eleganter arbeiten – bessere Algorithmen

• Hilfe holen – parallel rechnen

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

Wie löst man eine Aufgabe schneller?

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Was ist ein PC-Cluster?

Ein PC-Cluster ist ein paralleles oder verteiltes System, daß

• aus mehreren, miteinander vernetzten PC´s besteht

• als eine einheitliche Rechenressource genutzt wird

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

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Was ist ein PC-Cluster?

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

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Single System Image (SSI)

• SSI ist das Konzept, welches die Illusion schafft, daß eine Kollektion von Rechenressourcen wie eine einzelne erscheint.

• Realisiert durch Hard- und Software

• Bsp.: Datenbanksystem auf Cluster ist ein SSI für Datenbankanwendungen

SSI macht eine Gruppe von Computern zu einem Cluster

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

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Cluster vs. SMP

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

Cluster

SMP

• Vervielfältigung der ganzen Einheit

• Vervielfältigung eines Teils der ganzen Einheit (hier: CPU)

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Cluster vs. Verteilte Systeme

- Knoten sind anonym

- Jeder Knoten hat gleiche Funktionalität

- Knoten sind homogen

- Erscheint wie ein PC im Netzwerk

- Knoten sind bekannt

- Knoten haben untersch. Funktionalität

- Knoten sind heterogen

- Client-Server organisation

Bsp.: Internet

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

Cluster Verteilte Systeme

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Beispiel: ASCI Blue Mountain

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

Nutzung:

• Paralleles Rechnen

• Lastverteilung

Konfiguration:

• 48 Silicon Graphics SMP`s mit je 128 Prozessoren à 250 Mhz

• 1.5 Terabyte RAM, 76 Terabyte HD

• 12 * 800 Mbit/s pro Knoten

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Hardware

• Wie sind die Knoten aufgebaut?– CPU, RAM, I/O

• Was für ein Netzwerk wird verwendet?– Topologie, Geschwindigkeit

• Wie wird I/0 organisiert?– Datenzugriff Knotenorientiert: Daten liegen

verteilt auf allen Knoten

– Datenzugriff Serverorientiert: Daten liegen auf Fileserver(n)

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

Grundgedanken zur Cluster-Hardware:

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SoftwareWie erreicht man eine gewisse Parallelität auf Softwareebene?

request()

do_io()

return_data()request()

request()request()request()

return_data()return_data()return_data()

POSIX-Threads:

Message-Passing:

• Kommunikation zwischen den Knoten

• C++ Bibliothek: Message Passing Interface

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

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Warum Cluster?

• Leistung– Durch Einsatz mehrerer Rechner– Immer schnellere Prozessoren und

Netzwerktechniken

• Hohe Verfügbarkeit– Ausfall einzelner Knoten i.d.R. nicht schlimm

• Gutes Preis / Leistungs – Verhältnis• Skalierbarkeit

– Keine Grenze nach oben– „Ältere“ Knoten müssen nicht ersetzt werden

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion

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• Hoher Administrationsaufwand– 20 Computer zu verwalten ist schwieriger als

einen zu verwalten

– Personal ist teuer

• Schwere Programmierung– Die Implementation paralleler Programme ist

nicht trivial

Warum nicht?

Motivation

Definition

Beispiel

Hardware

Software

Diskussion